厂区外网供氧管道系统设计

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摘 要：我厂氧气使用量大，但前期用氧主要依靠氧气瓶或者氧气汇流，效率低下且安全性差，采用供氧管道的方式，效率高及安全保障高，本文以此为基点，介绍厂区外网供氧管道系统的设计要求，设计数据的选取，氧气设计流量和主要设计步骤，包括：氧气管道系统的管线布置及管材选用，管径及管壁厚，氧气管道系统的压力试验等。

关键词：供氧管 设计 安全

中图分类号：TU998 文献标志码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-01

我厂是一个机械制造厂，在80、90年代厂内车间用氧，主要依靠空分设备制氧、充装氧气瓶、再运往各个车间、分散使用气瓶或氧气汇流排等一系列繁琐过程。该供氧系统投资大、操作复杂、维护保养难、效率低下、供氧压力不足、流量不稳且安全性较差，近十年我厂制造能力的不断提高及周边单位用气量的增大，氧气供应与生产需求量之间的矛盾日渐突出，基于周边用气量及我厂铆焊、铸工、下料等主要生产车间用气的特点，设计一套以液氧储罐为气源的供氧系统即：一路以低压供氧管道直接输送至用气车间，一路以高压充装管道输送至充装间。该系统不仅生产效率高、安全性好而且经济成本相当低（由原来的20几人操作减至4人）。高压供氧管路及液氧罐的设计、安装均由供应厂家设计实施，现将厂区低压供氧外网管路的设计阐述如下：

1 设计要求

（1）用氧车间的供氧管路一般工作压力在1.6 Mpa以下，属于常温、低压操作的供氧管路，目前车间用氧的最大工作压力为1Mpa；（2）供氧管材、阀门及附件的选择应根据氧气工作压力及《氧气及相关气体安全技术规程》选用；（3）管径大小应满足所有用氧车间同时使用时的最大用气量。

2 氧气设计流量

2.1 下料车间氧气流量

四台四割嘴的数控火焰切割机、一台两割嘴的数控火焰切割机、2-3把手工割炬，数控火焰切割机每只割嘴的最大氧气消耗量是15m3/h，其工作压力为0.8Mpa；每只手工割嘴的最大氧气消耗量为6 m3/h（以3号割嘴割70㎜钢板计算），其工作压力为0.4Mpa，

其工作状态下的氧气流量为：Q=Q2（273+t）/2730P

式中：Q——工作状态下气体流量，m3/h；Q2——自由状态下气体流量，m3/h；t——工作状态下气体温度，一般取t=30℃；P——工作状态下气体压力Mpa；

Q2切割机=15×（4×4+2）=270 m3/h；Q2手工=6×3=18 m3/h；Q切割机=270×（273+30）/（2730×0.8）≒38 m3/h；Q手工=18×（273+30）/（2730×0.4）≒5 m3/h；Q下料= Q切割机+ Q手工=43 m3/h。

2.2 铆焊车间、铸工车间氧气流量

铆焊车间两台机器手坡口机，其氧气最大消耗量为7.84 m3/h ，工作压力为0.8 Mpa ；6-8只手工割嘴，每只手工割嘴的最大氧气消耗量为6 m3/h（以3号割嘴），其工作压力为0.4Mpa；铸工车间4-6只手工割嘴，每只手工割嘴的最大氧气消耗量为10.5 m3/h（以5号割嘴割120㎜钢板计算），其工作压力为0.5Mpa，

Q2铆焊机=7.84×2=15.68 m3/h；Q2铆焊手=6×8=48 m3/h；Q2铸工=10.5×6=63 m3/h；Q铆焊机=15.68×（273+30）/（2730×0.8）≒2 m3/h；Q铆焊手=48×（273+30）/（2730×0.4）≒13 m3/h；Q铸工=63×（273+30）/（2730×0.5）≒14 m3/h；Q铆焊、铸工= Q铆焊机+ Q铆焊手+ Q铸工=29 m3/h；Q全厂= Q下料+ Q铆焊、铸工=43+29=72 m3/h。

3 氧气管道系统的设计

3.1 管线布置及管材选用

氧气是一种助燃气体，敷设供氧管道必须先考虑其安全性，根据用氧气车间的地理位置及周围建筑特点，供氧管道采用架空敷设，即：沿供暖管道走向，在原供暖支架上加高250mm，采用非燃烧体的支架。管材选择，取决于管内所输送介质的化学性质对管材的特殊要求，由于我厂氧气源是由液氧经气化器气化后输送至各个车间，氧气温度偏低，碳素钢管在低温条件下（-40℃）会变脆，架空敷设外表面腐蚀严重，故外网管道一律采用不锈钢管，车间内采用碳素无缝钢管。

3.2 管径及管壁厚的计算

3.2.1 管内径计算（按体积流量）：d=18.8（Q/V）1/2

式中：d——管内径，㎜；Q——工作状态下气体体积流量，m3/h；V——气体流速，

m/s，氧气流速取10m/s。

d全厂=18.8（Q全厂/V）1/2=18.8×（72/10）1/2≒50mm；d下料=18.8（ Q下料/V）1/2=18.8×（43/10）1/2≒39mm；d铆焊=18.8（ Q铆焊/V）1/2=18.8×（15/10）1/2≒23mm；d铸工=18.8（ Q铸工/V）1/2=18.8×（14/10）1/2≒22mm。

3.2.2 管壁厚的计算

δ=PSd/（2﹒[σs]ψ/1.3-Ps） +C

其中：δ——钢管壁厚㎜；PS——水压试验压力Mpa，（水压试验压力等于1.5倍

工作压力）；d——钢管内径㎜；σs——常温下材料的屈服强度MPa；（不锈钢管为205.8Mpa；碳钢管为235.2MPa）；ψ——焊缝减弱系数（无缝钢管取1）；C——管壁附加量㎜，（对单面腐蚀管道C>2，对双面腐蚀管道C>3）；

δ全厂=1.5×50/（2×205.8×1/1.3-1.5） +2=45/321.58 +2=0.24+2=2.24㎜

全厂供氧管不锈钢管管径和壁厚的理论值为Φ54.48×2.24，根据不锈钢管管径、壁厚规格的标准及安全性，将管径、壁厚修正为Φ60×3.0，即厂区外网供氧管道采用Φ60×3.0的不锈钢管。

δ下料=1.5×39/（2×235.2×1/1.3-1.5） +3=3.16㎜

δ铆焊=1.5×23/（2×235.2×1/1.3-1.5） +3=3.10㎜

δ铸工=1.5×22/（2×235.2×1/1.3-1.5） +3=3.09㎜

按无缝钢管规格标准下料车间、铆焊车间、铸工车间的供氧管分别修正为Φ48×3.5、Φ30×3.2、Φ28×3.2.

3.2.3 其它附件的参数选用

氧气输送需要恒稳的压力、较好的安全性以及维修时能及时切断气源的方便性，在主干管两端分别设一只法兰截止阀J41W-25P，且干管末端阀门之前设一套放气装置（DN15不锈钢管、截止阀）及一压力表（型号Y-100，其量程为0～2.5Mpa），在气化器出口处设一减压阀Y43-25P，安全阀PN-20，一压力表（型号Y-100，其量程为0～2.5Mpa），每一支管入口处分别设一法兰截止阀。厂区架空氧气管道每隔80～100m应设有防雷、防静电接地措施；厂房内氧气管道应有防静电接地措施，接地电阻小于10Ω。氧气管道的法兰、螺纹接口两侧应用导线作跨接，其电阻应小于0.03Ω。

3.2.4 系统的压力试验

管道安装完毕之后，应进行强度试验和严密性试验。

强度试验，一般采用水压试验，其试验压力为1.5MPa，水应洁净，试压泵应无油，当压力升至所要求的试验压力时，观测 10分钟，如压力不降，再降至工作压力进行外观检查，如无破裂、变形和渗水等现象，则认为试验合格。

严密性试验，强度试验合格后再作严密性试验。采用气压试验，其介质为氮气，压力升至1.0Mpa，所有接口处涂肥皂水检查，并观测24小时，如无缺陷且平均小时漏气率不超过1%为合格。

严密性试验合格后，管道用氮气吹刷，其流速度不小于20m/s，连续吹刷8小时，所有管道都应吹刷到，在气流出口处放一张白纸，如无灰尘微粒及水分痕迹管道系统为合格。

4 结语

用供氧管道取代汇流排及氧气瓶，既解决了供氧压力不稳、流量不足的问题，又极大地降低了生产成本，同时提高了生产的安全性和企业的经济效益，有利于企业的持续发展。