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热力管道设计与应用

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《环球市场信息导报杂志》2015年第三期

1、总体设计的基本原则

减少多样化,规格统一。在管道的设计过程中我们必须要考虑到热应力对热力管道的影响。热应力是热力管道特有的应力,它是钢材热胀冷缩产生的力。在热力管道的设计中被称为二次热力。也有一部分管道的工作状态为常温,对常温管道在设计阶段只需做一次应力分析。剪应力是指管道内压和作用于管道持续外载在管道内部产生的正应力。对热力管道进行二次热力分析,其目的主要是为保证管道的结构满足静力平衡的条件。当作用于管道上的应力已经达到或是超过屈服极限,那么管道材料就会进入屈服状态。如果不能满足静力条件,管道就会出现产生变形甚至出现破坏。因此热力管道的设计阶段必须要考虑管道热应力产生的影响,要将热应力作用进行严格的计算保证设计数据符合实际需要。在热力管道的设计阶段还应该考虑到管道的热伸长量以及热补偿的方式,精确地计算出推力并确定固定支架的形式。如果在热应力管道的设计阶段不重视对热应力的计算以及相关设计数据的把握产生的应力破坏作用竟会产生十分严重的后果,威胁到企业的财产安全和企业员工的人身安全。

2、管道热伸长及热补偿在热力管道的热伸长量的影响因

素中温度和长度是最主要的,他们对管道的热伸长量的影响起到了决定性的作用,而与管道的管径和管子的壁厚没有关系。一般在设计时,热伸长量为计算的数值乘以管道在最不利于运行的工况下的安全系数,再依此选择合适的、符合要求的补偿器。设计时应力求采用维修工作量小和价格便宜的补偿器。应根据管道敷设条件,尽可能地兼顾各种补偿器的尺寸和流体阻力差别,权衡利弊后综合选定。例如,安装波纹补偿器前,应对其进行冷紧,可降低管道初次启动对固定支架的推力和避免波纹失稳;相对来说,套筒补偿器的价格较低,初始安装费用低,但其维修量大,安装时应随温度的变化调整补偿器的安装长度,以保证补偿器在热状态下和冷状态下都能够安全地运行;最优选的补偿方式是空间立体自然补偿,但安装时必须考虑支架失稳与管道滑落问题。

3、热应力及消除热应力的措施

热应力与管子长度、壁厚和截面积无关,只与管道温差有关,热应力会随着温度的变化而变化。当安装温度大于管道的工作温度时,热应力为拉应力。当安装温度小于介质的工作温度时,热应力为压应力。因此,热应力除受温度变化影响外,管道热胀可能性的大小对热应力的影响很大。管道系统在温度变化时的热胀可能性称为管系的柔性,在同样的温度变化条件下,管系的柔性越大,其热应力就越小。

4、管道推力

管道会对管道支架产生一定的推力,管道对固定支架的推力应包括下列三个部分:①管道热胀冷缩受约束时产生的作用力;②内压产生的不平衡力;③活动端位移产生的作用力。固定点两管段作用力合成时应按下列原则进行:(1)固定点两侧管段由热胀冷缩受约束产生的作用力和活动端位移产生的作用力的合力相互抵消时,较小方向作用力应乘以0.7的抵消系数;(2)固定点两侧管段内压不平衡力的抵消系数取1;(3)当固定点承受几个支管的作用力时,应考虑其最不利的组合,选择最不利的工况和最大温差进行计算,以免低估影响。推力与管道的长度无关,在设计过程中重点考虑计算管道的热伸长量,然后对其伸长量进行消化和分解。热应力对固定支架和设备的推力按力的分解消化于不同类型的伸缩器。将管道对各固定支架的推力转化成对伸缩器的压缩力,热应力被伸缩器吸收,从而实现消除热应力的目的。

5、结语

总而言之,管道运输已经在运输领域占有重要的地位,我们应该做好管道设计、安装、调试、维修工作。热力管道是管道中的重要组成部分在工业生产和人们的生活中担当重要的角色。热力管道的设计工作的好坏决定了管道后期运行的质量因此我们应该充分了解热力管道设计阶段存在的问题并进行妥善的解决,以保证热力管道的安全平稳的运行,为工业生产和人们的生活保驾护航。

作者:庞建平袁石单位:辽宁冶金设计研究院

环球市场信息导报杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次