熱力管道柔性設(shè)計(jì)在工程中的應(yīng)用

張峰燕　李鵬

摘要：熱力管道的熱脹冷縮是工程中常見(jiàn)的規(guī)律現(xiàn)象，但是從根本上減少熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力才是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。工程中的熱力管道都是結(jié)合管道的布置特點(diǎn)通過(guò)自身彎曲的方式進(jìn)行補(bǔ)償，若此方法不能消除管道的應(yīng)力，則需要在管道上增加補(bǔ)償器的方式進(jìn)行解決。本文對(duì)消除熱力管道應(yīng)力的常用方法及補(bǔ)償器的特性進(jìn)行闡述，通過(guò)對(duì)熱力管道進(jìn)行柔性分析保證熱力管道安全平穩(wěn)的進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：熱力管道;柔性分析;自然補(bǔ)償;熱補(bǔ)償

熱力管道是生活和生產(chǎn)普遍存在，但是熱力管線存在輸送距離較長(zhǎng)、輸送介質(zhì)溫度比較高的現(xiàn)象，在管道輸送的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)管道應(yīng)力過(guò)大造成管道斷裂介質(zhì)泄漏的情況，對(duì)操作人員或周邊的居民造成人身傷害，也會(huì)在一定程度上造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失。因此熱力管道設(shè)計(jì)必須重視熱脹冷縮的問(wèn)題，為了保證管道在熱狀態(tài)下穩(wěn)定和安全運(yùn)行，減少管道熱脹冷縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，需要在管道在受熱時(shí)對(duì)熱伸長(zhǎng)量應(yīng)考慮補(bǔ)償措施。

1 管道伸長(zhǎng)量的計(jì)算

熱力管道的伸長(zhǎng)量等于其安裝溫度與介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度之差乘管道長(zhǎng)度乘管道材質(zhì)的線膨脹系數(shù)。公式如下：

△L=Lα（t2-t1）

2 管道熱補(bǔ)償?shù)脑瓌t

首先根據(jù)管道布置要求考慮自然補(bǔ)償;其次安裝管道時(shí)預(yù)先施加于管道的彈性變形，以產(chǎn)生預(yù)期的初始位移和應(yīng)力;在上述兩個(gè)條件未能滿足管道熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償要求時(shí)，必須采用補(bǔ)償器;在選擇補(bǔ)償器時(shí)，應(yīng)根據(jù)管道布置及空間要求進(jìn)行補(bǔ)償器的選擇;補(bǔ)償器的安裝位置應(yīng)保證管道布置美觀、協(xié)調(diào)。

3 管道熱補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

3.1自然補(bǔ)償

自然補(bǔ)償是熱力管道利用管道本身的自然彎曲所具有的彈性，來(lái)吸收管道的熱變形量。管道彈性，是指管道在應(yīng)力作用下所產(chǎn)生彈性形變，幾何形狀發(fā)生改變，應(yīng)力消失后，又能恢復(fù)原狀的能力。實(shí)踐證明，當(dāng)彎管角度大于30°時(shí)，能用作自然補(bǔ)償，管子彎曲角度小于30°時(shí)，不能用作自然補(bǔ)償。自然補(bǔ)償?shù)墓艿篱L(zhǎng)度一般為15～25m，彎曲應(yīng)力бbw不應(yīng)超過(guò)80MPa。熱力管道工程中常用的自然補(bǔ)償有：L型補(bǔ)償、Z型補(bǔ)償和空間立體彎三類自然補(bǔ)償。

3.2熱補(bǔ)償

如果熱力管道自然補(bǔ)償不能滿足，應(yīng)在管路上增加設(shè)補(bǔ)償器來(lái)補(bǔ)償管道的熱變形量。補(bǔ)償器是設(shè)置在管道上吸收管道熱脹冷縮和其他位移的元件。常用的補(bǔ)償器有方形補(bǔ)償器、波紋管補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器和球形補(bǔ)償器。

在實(shí)際的熱力管道施工中，由于方形補(bǔ)償器安裝、拆卸方便，其安全系數(shù)也較為可靠，使用周期較長(zhǎng)，后期維護(hù)次數(shù)也不用很高。所以在實(shí)際使用中，頻次較高，除非遇特殊情況，現(xiàn)場(chǎng)施工人員才改用其它補(bǔ)償器。該類型補(bǔ)償器采用特殊工藝制成，其原理制成U型彎管后，通過(guò)吸收管道內(nèi)部熱量，進(jìn)行變形從而補(bǔ)償管道應(yīng)力。主要的補(bǔ)償方式也是彎管變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。在組成上，方形補(bǔ)償器主要有水平、伸縮以及自由臂三部分組成，構(gòu)造簡(jiǎn)單。但遺憾的是，方形補(bǔ)償器外形缺乏美觀性，占地空間較大。

其次，波紋管補(bǔ)償器，其構(gòu)造與方形補(bǔ)償器類似，亦是十分簡(jiǎn)單，其后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也不高，使用頻次上也僅次于方形補(bǔ)償器。構(gòu)造上有一個(gè)或多個(gè)波紋管以及其它配件組成。波紋管補(bǔ)償器主要工作原理，通過(guò)自身變形來(lái)彌補(bǔ)管道設(shè)備的尺寸變化。在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)給予此類補(bǔ)償器不低于50%的變形補(bǔ)償量。此外，在安裝注意上，兩個(gè)固定支架間只能安裝一套補(bǔ)償器。安裝位置和固定架支點(diǎn)也有較高要求，需在工程圖紙中明確指出。

第三種，套管式補(bǔ)償器，主要管套、插管和密封填充料組成，也正是因?yàn)槿绱?，也稱為填料式補(bǔ)償器。安裝環(huán)境也多為室外，彌補(bǔ)方式與以上兩種補(bǔ)償器不同，主要為插管與管套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)彌補(bǔ)變量。管套式補(bǔ)償器，根據(jù)外表材料的不同，也分為鐵制管道和鋼制管道式補(bǔ)償器。較方形補(bǔ)償器，本段落類型空間占用較少，補(bǔ)償能力更大，安裝上也十分方便。但其缺點(diǎn)也更為明顯，該補(bǔ)償器在進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，多存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，一旦泄漏就必須更換管套和內(nèi)部填充物質(zhì)。此外，外部管套也極容易出現(xiàn)卡套風(fēng)險(xiǎn)。故后期維護(hù)次數(shù)較前兩種補(bǔ)償器較多。

第四種，球形補(bǔ)償器。其結(jié)構(gòu)主要由球體與密封裝置等元件組成，安裝在人力管道上受熱后利用補(bǔ)償器的活動(dòng)球形部分角向轉(zhuǎn)彎來(lái)補(bǔ)償管道的熱變形，從而減少管道應(yīng)力，它允許管子在一定范圍內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而兩直管可以不保持在一條直線上。球形補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)是：補(bǔ)償能力大，占據(jù)空間小，流體阻力小，安裝方便，投資少。

4 結(jié)束語(yǔ)

熱力管道通過(guò)自然補(bǔ)償和熱補(bǔ)償?shù)姆绞皆诤艽蟪潭壬辖鉀Q了管道熱應(yīng)力的問(wèn)題，保證了熱力管道穩(wěn)定安全的運(yùn)行。在補(bǔ)償器形式的選擇方面需要因地制宜結(jié)合管路的特點(diǎn)以及補(bǔ)償器的不同優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行合理的選用，能更好的保障熱力管道的柔性。

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