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管道的热位移与波纹管补偿器的应用

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管道的热位移与波纹管补偿器的应用

发布日期:2018-04-16 作者:扬州迈翔 点击:

1. 概述  

钢铁、石化、冶金、热力等行业的动力管道设计时必需考虑管道的热胀冷缩问题。为使管道在热状态下稳定和安全,并减少管道热胀冷缩时所产生的应力,管道受热时的热伸长量应预以补偿(吸收)。



一、管道热补偿的方法

1.利用管道自身的弯曲(走向)的特点及弹性变形的能力吸收管道的热位移,称之为管道的自然补偿能力;


2.采用波纹管补偿器吸收位移。


二、管道热补偿的设计原则

1.首先应从管道布置上考虑自然补偿;2.应考虑管道的冷紧;

3.在上述两条件未能满足管道热伸长补偿要求时,必需采用波纹补偿器;

4.在选择补偿器时,应结合管线的具体条件选择合适的补偿器形式。

5.补偿器的位置应使管道布置美观、协调。



  §2.管道热伸长量的计算

管道热伸长量按式(G―3)计算:

                 △L=α·L(t2-t1)                  (G―3)

式中   △L         热伸长量,cm;

       L            计算管长,m;

       α            管道的线膨胀系数,cm/(m·c),见表(B―5);

       t2               管内介质温度,℃;

       t1              管道安装温度,℃

            



                  常用钢材的线膨胀系数(×10-4cm/(m·℃))              B―5

钢号

设计温度(℃)

20

100

150

200

250

300

350

400

450

500

10

11.90

12.25

12.60

12.70

12.80

12.90

13.00

13.50

20

11.90

11.64

11.12

12.45

12.78

13.31

13.83

13.88

13.93

16Mn

8.31

9.65

10.99

11.60

12.31

12.77

13.22

13.47

13.71

16MnV

8.31

9.65

10.99

11.60

12.31

12.77

13.22

13.47

13.71

 

  §3.管道的自然补偿

在实际管道设计中,管道的走向常常出现L形直角弯、Z字形折角弯以及空间立体弯等典型管段,自然补偿就是利用这种管道自身的弯曲(柔性)来补偿管道的热伸长。



当弯管转角小于150时,该弯管具有自然补偿能力,能用作自然补偿;大于150时,该弯管不具有自然补偿能力,不能用作自然补偿。



自然补偿的管道臂长不应超过20~25米,弯角处的应力不应超过[σ bw]=80Mpa



   一、L形直角弯管段的自然补偿

    图3.为自然补偿的L形管段,其短臂长度按式(G―5)计算。

       =1.1×     (m)             (G―4)

式中△L          长臂L的热伸长量,mm;

      D           管道外径,mm  

波纹管补偿器

图3 为自然补偿的L形管段

   二、乙形折角弯管段的自然补偿

    图4.为自然补偿的Z形管段,其短臂长度按式(G―5)计算。

           =blob.png (m)             (G―4)

    式中  △t           计算温差,℃

      D            管道外径,mm

      E            管道材料的弹性模量,Mpa;

      K            等于L1/L2

         [σ bw]         管道材料的许用应力,Mpa。



波纹管补偿器厂家

图4 为自然补偿的Z形管段

    三、空间立体管段自然补偿能力的验算



    图5.为空间立体管段的自然补偿,

     其自然补偿能力是否满足要求,可按式(G―6)进行判断.

       blob.png   (G―6)

 



    式中  △L           管道三个方向热伸长量的向量总和,cm;

          DN           管道外径,mm;

          L              管道展开总长度,m;

          U             管道两端固定点之间的直线距离,m。



blob.png 

图5 空间立体管段的自然补偿

式(G―6)有几个使用条件:1.一根管道,管材直接一致;2.两端必须是固定点;3.中间无极限位支吊架;4.无分支管。



  §4.波纹补偿器在动力管道上的应用

波纹补偿器由于其配管简单,支架工程费用低、能够承受高温高压、寿命长、便于维修管理等优点,在钢铁、石化、冶金等行业的动力管道中被广泛应用。



波纹补偿器有三种基本的位移形式,即轴向型、横向型和角向型。所谓补偿器的选型就是结合工程管路的安装布局、空间环境以及受力条件,将复杂的管系分解为直线型、L型和Z型等典型管段,变复杂管系为简单管系,并进行热位移量的计算,然后选用相应型式的波纹补偿器,保证管系的安全运行。



用波纹补偿器对管段进行分段热补偿时,一个管段内原则上只能设一个直线位移补偿器,或设一组角向(角向型、角向加横向型)补偿器。



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