熱力管道設(shè)計中遇到的問題及其解決辦法

龐建平，袁石遼寧冶金設(shè)計研究院

熱力管道設(shè)計中遇到的問題及其解決辦法

龐建平1，袁石2
遼寧冶金設(shè)計研究院

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的不斷發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中對熱力管道的應(yīng)用也隨之增加。作者根據(jù)自身多年的工作經(jīng)驗對熱力管道設(shè)計過程中經(jīng)常遇到的固定管道熱脹冷縮的問題進(jìn)行簡要介紹，并從理論上對此問題進(jìn)行分析，同時提出了相應(yīng)的解決方案。

熱力管道；設(shè)計；遇到的問題；解決

0 前言

對熱力管道設(shè)計的時候，尤其需要注意熱脹冷縮的情況，為保證熱力管道在平穩(wěn)運(yùn)行中的安全性，并且控制熱力管道在熱脹冷縮的情況下所產(chǎn)生的應(yīng)力，就需要充分考慮到補(bǔ)償管道由于受熱所出現(xiàn)的伸長情況。但是在設(shè)計的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)規(guī)范不明確的情況，并且還可能出現(xiàn)細(xì)節(jié)描述不詳細(xì)的情況，這樣情況的出現(xiàn)也給熱力管道的設(shè)計人員對熱力管道應(yīng)力的計算以及布置造成了一定的困難。下文對在熱力管道設(shè)計的實際過程中所遇到的問題進(jìn)行說明。

1 、固定熱力管道之間的跨距問題

在進(jìn)行熱力管道設(shè)計的過程中需要注意固定管道之間的跨距需要執(zhí)行管道固定支架間距確定的原則，即：

1.1 管道的熱伸長量要在補(bǔ)償器允許的補(bǔ)償量的范圍內(nèi)；

1.2 要盡量避免熱力管道出現(xiàn)縱向彎曲的情況。

在對某熱電廠熱力管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部分蒸汽管道改造的過程中，中間存在有一直管段長251米，并且要求這段管段必須要為直管段，在對這樣的情況進(jìn)行設(shè)計時，通常會采用補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計，如下圖1所示：

圖1 某熱電廠局部蒸汽管道平面圖

按照常規(guī)的設(shè)計方式，熱力管道固定支架的最大間距在使用波紋補(bǔ)償器的時候為70米，并且其熱伸長量需要按照0.24厘米/米來計算。

2 、不同補(bǔ)償器的選用

在對某熱電廠原有管道進(jìn)行設(shè)計的過程中，通常選用的補(bǔ)償器為1.6兆帕的軸向型補(bǔ)償器，并且按照間隔43.88米使用固定支架，在不考慮其他影響力的情況下，其內(nèi)壓推力為：

Fp=100×P×A=140160N

在上面的這個式子中P代表工作時候的壓力，單位為兆帕；A為波紋管有效面積，單位為平方厘米。同時，所使用的補(bǔ)償器一般都是1.6TN300X6型的，其軸向補(bǔ)償量僅僅為1.50cm，所以需要做一個非常長的補(bǔ)償器，但是所選用的補(bǔ)償器其內(nèi)壓推力就為140160牛頓，這個推力很大，這就造成對支架的要求有所提高。

3 、對補(bǔ)償器的選擇

在對某電廠熱力管道進(jìn)行部分蒸汽高度的過程中，在設(shè)計階段選用的是單向鉸鏈膨脹節(jié)以及橫向大拉桿膨脹節(jié)上。由此可見指導(dǎo)，在對熱力管網(wǎng)進(jìn)行改造的過程中補(bǔ)償器的選型以及布置對熱力管道來講非常重要。通常來講，在熱力管道中較為常見的補(bǔ)償器主要有以下幾種：（1）軸向型補(bǔ)償器：（2）橫向行補(bǔ)償器；（3）角向性補(bǔ)償器；（4）壓力平衡性補(bǔ)償器；（5）球星補(bǔ)償器等。下面對補(bǔ)償器的選用方法進(jìn)行簡要的介紹：

3.1 軸向型補(bǔ)償器，軸向型補(bǔ)償器的主要功能是通過補(bǔ)償器的軸向變形對膨脹進(jìn)行吸收，但是軸向補(bǔ)償器也存在一定的局限性，每個波能吸收的軸向位移均比較小，并且還會承受著非常大的盲板力，由于這些原因在熱力管理的改造建設(shè)中，對那些具有一定壓力的管道最好不采用這種形式的補(bǔ)償器。

3.2 橫向行補(bǔ)償器，橫向行補(bǔ)償器的主要作用是通過補(bǔ)償器的橫向變形來吸收膨脹。橫向行補(bǔ)償器主要具有以下特點(diǎn)：吸收位移較大，并且產(chǎn)生的彈性力不大。橫向行補(bǔ)償器主要包含以下組成部分：（1）橫向大拉桿膨脹節(jié)；（2）橫向型拉桿膨脹節(jié)；（3）橫向鉸鏈膨脹節(jié)等。在以上的膨脹節(jié)中，橫向小拉桿膨脹節(jié)必須要考慮內(nèi)壓推力，而橫向大拉桿膨脹節(jié)、橫向鉸鏈膨脹節(jié)是不需要考慮內(nèi)壓推力的，所以橫向型補(bǔ)償器非常適用于具有一定溫度以及一定壓力的管道。

3.3 角向型補(bǔ)償器，角向性補(bǔ)償器主要包含有以下部分：（1）單向鉸鏈膨脹節(jié)；（2）萬向鉸鏈膨脹節(jié)等。這種膨脹器的主要功能是通過膨脹器的角向變形來吸收由于膨脹所產(chǎn)生的管道形變，角向型補(bǔ)償器的特點(diǎn)是，可以符合管道位移的特點(diǎn)，所以這種補(bǔ)償器所產(chǎn)生的應(yīng)力很小，一般來講，角向型補(bǔ)償器對固定支架所產(chǎn)生的應(yīng)力可以忽略，但是角向型補(bǔ)償器也有不足之處，角向型補(bǔ)償器的價格相對較高，同時在建造過程中必須成組進(jìn)行使用，不能單純的在直管道上進(jìn)行使用。

3.4 壓力平衡型補(bǔ)償器，壓力平衡型主要包括以下部分：（1）曲管壓力平衡型膨脹節(jié)；（2）萬能曲管壓力平衡型膨脹節(jié)；（3）內(nèi)壓直管壓力平衡型膨脹節(jié)；（4）外壓直管壓力平衡型膨脹節(jié)。這些膨脹節(jié)主要具有以下作用，可以有效的克服盲板力。

3.5 球形補(bǔ)償器，球星補(bǔ)償器屬于是一種對生產(chǎn)制造要求很高的補(bǔ)償器，這種補(bǔ)償器在我國國內(nèi)很少生產(chǎn)，并且球星補(bǔ)償器的性能與作用幾乎與萬向鉸鏈補(bǔ)償器相類似，但是相比于萬向鉸鏈補(bǔ)償器其需要的空間非常小，如果在使用的過程中僅僅考慮應(yīng)力的問題，這種球型補(bǔ)償器也非常適用。不過由于球型補(bǔ)償器的價格相對較高，所以建議在空間較小的地方進(jìn)行使用。

4 結(jié)語

總之，熱力管道設(shè)計要充分考慮到的固定管道熱脹冷縮的問題，可從固定熱力管道之間的跨距問題、對補(bǔ)償器的選擇入手。此外，管道固定支架之間的實際距離可以大于相關(guān)規(guī)定中要求的熱力管道固定支架之間的最大距離，但是在這種情況下需要對管道的支座進(jìn)行加長，以保證熱力管道在平穩(wěn)運(yùn)行中的安全性。

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