铁路线下输油管道安全性计算分析

铁路线下输油管道安全性计算分析（共2篇）

1.铁路线下输油管道安全性计算分析 篇一

该工点为河南省信阳市浉河北路道路排水工程, 在京广上行铁路K985+454.8处下穿, 结构采用2m~10.75m框架桥, 边墙厚0.9m。道路与铁路的交角为78度, 斜交斜作, 下穿位置铁路为直线, 区间1股道。桥位处地质情况铁路路基为填筑土, 其下为1.5m~2.0m薄层粉质粘土、4m~6m的粗细砂层, 粗细砂层中为弱承压水, 水量较丰富, 且与浉河水存在水力联系。设计的框架桥底板位于砂层表面以上0.5m~1.0m。

2 采取的加固措施

考虑到上述因素, 设计加固支点仍采用挖孔桩基础, 通过线下开槽, 砂层地段采用旋喷注浆法封水处理, 人工成孔, 完成加固支点的施工;加固便梁才用纵挑横抬方式, 边顶边拆施工, 具体如下。

(1) 纵向梁体采用9m+3×10m+9m的I100工字钢便梁 (3×16m的100工字钢焊接而成) , 便梁中心距为4.60m, 以满足客货共线铁路基本建筑限界要求, 采用连续梁形式, 便于架空支点转换, 减少便梁的抽换次数;横抬梁采用I20a工字钢, 间距50cm, φ22的圆钢制作U形螺栓。挖孔桩支点处设5根一束I63a束梁支座。

(2) 增设临时支点, 采用1.5×1.5m C20钢筋砼桩作为临时支点, 桩长3.0m。

(3) 在线路加固支点处线下开槽, 为便于旋喷机具线下施工, 开槽深度4m, 槽宽3m, 边坡按1∶1坡率放坡。

(4) 对加固支点处砂层地段采用旋喷注浆法封水加固处理。单管法旋喷注浆, 旋喷桩桩径60cm, 桩距50cm, 桩与桩间相互咬合。注浆材料为P32.5普通硅酸盐水泥, 水灰比1∶1, 并掺加适量早强剂。注浆压力控制在20Mpa左右, 钻杆提升速度为V=20~25cm/min, 钻机旋转速度n=20转/min。

(5) 施工挖孔桩, 挖孔桩采用2.0×2.0m C30钢筋砼空心桩, 壁厚30cm。采用20cm厚C20钢筋砼护壁。

(6) 加固支点养生并达到设计强度, 进行支点转换, 完成线路加固施工。

该工点线路加固方案见图1~图5。

3 加固结构构件的计算方法

(1) 根据恒载、活载的作用位置对纵、横梁进行强度和稳定性验算, 最终确定纵、横梁的跨度以及片数。

(2) 根据支撑处计算荷载的大小, 确定纵横梁间连接U形螺栓的直径及数量, 确保各种构件的连接的有效性。

(3) 根据各加固支点处的计算荷载大小, 确定桩长及埋深。

(4) 根据承压水头位置进行坑底突涌验算以确定桩下旋喷深度Hd, 计算公式如下

Hd≥ (Kty·Hw·γw) /γ

Kty为抗坑底突涌安全系数, 通常不应小于1.0;

Hd为坑底至承压含水层顶板的距离即桩下旋喷深度 (m) ;

Hw为承压水头高度 (m) ;

γ为Hd范围内土的平均天然重度;

γw为水的重度, 取10KN/m3。

4 特殊情况下加固支点的施工方法

上述为框架桥结构高度不高, 挖孔桩长度范围内砂层厚度适中, 旋喷及人工成孔难度小的情况, 当遇到箱桥结构高度较高, 箱桥底板至轨底高差达到15m~20m, 透水层埋深较浅, 且厚度较后, 人工难以成孔且旋喷成本较大这样的特殊情况时, 加固支点可采用钻孔桩形式, 钻机采用冲击钻 (机具高度相对旋转钻要小) , 桩中心与线路中心线间的距离不小于5m, 线下开槽深度不小于4.5m, 临时支点相应加长, 桩基施工时注意加强对钻孔机具的固定。对于一股道且运营不繁忙的铁路框架桥可采用现浇法施工。

摘要：当新建框架桥需下穿既有铁路时, 为不中断既有铁路的正常运营, 对铁路进行临时加固已成为既有铁路线下施工较为普遍的一种施工措施, 本文主要介绍桥址处于透水性地质地段时对铁路进行临时加固的方法。

关键词：既有铁路,刚构桥,透水性,线下加固,支点转换

参考文献

[1]高雪瑞.道岔下架设纵横梁吊轨加固线路的方法[J].铁道标准设计, 2005 (10) .

2.铁路线下输油管道安全性计算分析 篇二

1 安全阀排汽管道的水力计算

1.1 确定安全阀的排放参数

安全阀排放参数就是安全阀开始起跳进行泄放时的蒸汽参数, 包括排放压力pd, 排放温度td, 排放比容υd等。

安全阀的排放参数可以按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》 (以下简称《蒸规》) 或《压力容器安全技术监察规程》 (以下简称《容规》) 进行确定。

蒸汽系统或装置的额定的工作压力为pw, 安全阀的整定压力ps, 应按《蒸规》上的第143条进行确定, 一般情况ps=1.03pw～1.1pw, 安全阀的排放压力pd=1.03ps+0.1MPa (绝压) , 排放温度则可取安全阀前蒸汽工作温度td=tw, 根据pd及td, 可以计算或查表求得排放比容υd。

1.2 安全阀泄放能力计算 (排放量计算)

在DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》 (以下简称《管规》) 的附录C.8, 《容规》中的附件五, 《蒸规》中的第134条均有安全阀泄放能力的计算公式。若有安全阀生产厂的计算资料, 可以按1.2安全阀生产厂家的资料计算。

1.3 确定安全阀进口的质量流速及流速

式中, ω为介质流速, m/s;m为质量流速, kg/ (m2.s) ;G为安全阀的泄放能力, kg/s;A为安全阀进口的截面积, m2;υ为蒸汽安全阀进口的比容, m3/kg;Di为安全阀进口的管内径, m。

1.4 计算排汽管道的总阻力系数

根据《管规》中式 (6.1.4) 计算:

式中, ξt为管道总阻力系数;λ为管道摩擦系数;L为管道总展开长度, m;∑ξ1为管道总局部阻力系数。需要说明的是, 管道摩擦系数λ需要根据管道中排汽的雷诺数Re及管壁的相对粗糙度ε/Di从《管规》中的图6.1.3查取。

雷诺数Re由《管规》中式 (6.1.3) 计算:

式中, Re为雷诺数;ω为介质流速, m/s;Di为安全阀进口的管内径, m;γ为介质运动黏度, m2/s;η为介质动力黏度, Pa·s;ν为介质的比容, m3/kg。

对于安全阀排汽管道内蒸汽的流动, 大都处于粗糙管内的湍流区。从《管规》中图6.1.3 (见图1) 可以看出, 在第二临界值以上区域, 管子的摩擦系数λ近似水平, 随管壁的相对粗糙度ε/Di不同而明显变化, 雷诺数Re对其影响很小。因而, 在没有计算出排汽管道出入口的参数时, 可以按安全阀入口处的参数计算排汽管道的雷诺数。

水和水蒸汽的动力黏度可以由《管规》附录E中的表E.1.1查取。

在《管规》附录E.2中的表E.2.1-1～表E.2.1-3中, 列出了前苏联、美国和德国推荐的各种管子等值粗糙度ε。对于国内生产的管材, 一般可以按前苏联的推荐值选取;对于进口的管材, 可以根据出产地及其执行的标准, 参照其给出的粗糙度值或美国、德国推荐的值选取。管道附件的局部阻力系数ξ1同样可以参照《管规》附录E.2.2中相应内容查算而得。

1.5 计算管道内的临界压力或临界比容比

管道内临界压力可以按《管规》中式 (6.3.3-1) 计算:

式中, Pc为临界压力, Pa;P0为始端滞止压力, Pa;υ0为始端滞止比容, m3/kg。

对于安全阀排汽管道, 始端的滞止参数可以按安全阀入口处的排放参数, 用下式计算:

式中, k为蒸汽的绝热 (等熵) 指数, 对于过热蒸汽, k取1.3, 对于饱和温度为225℃的饱和蒸汽, k取1.135, 对于饱和温度为310℃的饱和蒸汽, k取1.08, 对于其它温度下饱和蒸汽的k值可按《管规》中图6.3.2查取。

临界比容比可以按《管规》中式 (6.3.3-3) 计算:

式中, βc为介质的临界比容与始端比容之比,

1.6 计算排汽管道终端和始端的介质参数

计算排汽管道终端和始端的介质参数, 首先要根据临界压力Pc (或临界比容比βc) 及排汽管道末端的空间压力P′, 判别管道内介质的流动特性———是临界流动还是亚临界流动, 采用不同的计算方法。

1.6.1 临界流动的计算

如果Pc≥P′, 则为临界流动, 按下式计算管道终端参数:

介质临界压力比αc按《管规》中式 (6.3.4-8) 计算:

式中, αc为临界压力比,

管道始端参数按下式计算:

1.6.2 亚临界流动的计算

如果pc<p′, 则为亚临界流动, 按下式计算管道终端参数:

介质比容比β按下式计算:

式中, Pd2为管道终端介质的动压力, Pa。

管道始端参数按下式计算:

2 安全阀排汽管道的排汽反力及力矩计算

2.1 排汽反力计算

在稳态流动的条件下, 安全阀开启时, 排汽反力包括介质流动的动量效应和内压所产生的应力效应两部分。

与管道轴线垂直的排汽口或管段进出口断面处的反力可按下式计算:

式中, Fi为断面i处的反力, N;Gi为断面i处的蒸汽流量, kg/s;ωi为断面i处的介质流速, m/s;Pi为断面i处的介质压力, Pa;Pa为当地的大气压, Pa;Ai为断面i处的通流面积, m2。

对于排汽反力的计算, 在《小型热电站实用设计手册》 (以下简称《小热电手册》) 、《中小型热电联产工程设计手册》 (以下简称《热电联产手册》) 和《管规》均有该类型的计算公式, 其中《热电联产手册》与《管规》的计算公式相同, 却因为单位换算的错误, 而使公式错误。其表达式如下:

式中, Fi为断面i处的反力, kN;Gi为断面i处的蒸汽流量, kg/h;ωi为断面i处的介质流速, m/s;Pi为断面i处的介质压力, kPa;Pa为当地的大气压, kPa;Ai为断面i处的通流面积, m2。

只要通过简单的量纲分析, 就可以知道上式的第一项是错误的:

因而, 按原公式中物理量的单位, 《热电联产手册》与《管规》中的公式应改为下式:

同样, 《管规》中的式 (7.3.5-2) ～式 (7.3.5-8) , 也应把系数改为才对。

对于斜切口、T型、Y型排汽口的排汽反力可按《管规》中的式 (7.3.5-2) ～式 (7.3.5-8) , 把系数纠正后计算, 这里不再赘述。

为了考虑瞬态流动的影响, 排汽反力的计算结果应乘以动载系数1.1～1.2, 一般可取1.2。

2.2 排汽反力矩计算

由安全阀排汽管所受排汽反力引起的弯矩可按下式计算:

式中, Mi为排汽管根部所受弯矩, N·m;k为动载系数, 可取1.2;Fi为垂直管线的排汽口所受的排汽反力, N;R为排汽管轴线到安全阀轴线的距离, m。

以上是按排汽管道与安全阀出口管同一直径、直接联接 (见图1) 进行计算的。如果安全阀的排汽管道由出口管道外加放空管 (见图2) 或排汽管加消音器 (见图3) , 也可以按以上步骤进行计算, 但是应把不同管径的管段阻力系数折算到计算管径Di1下的阻力系数, 再计算总阻力系数, 先计算出排入大气端的参数, 再分段计算出各变截面处的参数, 再通过受力分析计算各段受力情况。不同管径的阻力系数按下式进行折算:

式中, ξt1为计算管径下的阻力系数;ξt2为需折算的管径Di2段阻力系数;Di1为计算管内径, m;Di2为需折算的管内径, m;G1为Di1管径中的质量流量, t/h;G2为Di2管径中的质量流量, t/h.

通过水力计算, 确定了安全阀排汽管中蒸汽流动的状态参数, 并以此计算出排汽反力和力矩, 就可以对安全阀的排汽管道进行动、静荷载分析和进行支吊架设计, 以保障安全阀和蒸汽管道系统安全、正常的工作。

摘要：介绍了蒸汽安全阀排汽管道的水力计算及排汽反力计算的一般步骤, 并指出《中小型热电联产工程设计手册》及现行规范DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》中, 计算安全阀排汽管道的排汽反力公式错误, 并给予纠正, 对于工程设计具有一定指导意义。

关键词：安全阀排汽管道,临界流动,滞止参数,排汽反力

参考文献

【1】中华人民共和国劳动部.蒸汽锅炉安全技术监察规程[Z].北京:中国劳动出版社, 1996.

【2】国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程[Z].北京:中国劳动社会保障出版社, 1999.

【3】DL/T5054-1996火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].

【4】《小型热电站实用设计手册》编写组.小型热电站实用设计手册[K].北京:水力电力出版社, 1989.