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    壓力容器

    管道伸長量與管道補償計算
    發布時間:2021-11-22 16:55:17瀏覽次數:
    引    言

    熱脹冷縮是一個很自然的現象,在管道施工過程中因為這個原因,我們通常需要知道因為溫度管道會伸長多少或縮短多少,從而采用合理的補償以消除這部分影響。常用的補償措施有自然補償與增加管道補償器。
    自然補償是利用管路自然轉彎形成的具有彈性的幾何形狀來吸收管道的熱伸長。自然補償簡單、經濟,在設計中應充分加以利用。在供熱管線設計中經常采用L形和Z形彎管。
    管道補償器是專門用來吸收管路熱伸長的裝置。常用的補償器有波紋管補償器、方形補償器、套筒補償器等。

    管道.jpg

    管道伸長量
    管道伸長量量,按下式進行計算:
    ΔL=α*(t1-t2)*L
    式中:
    ΔL:管道伸長量,m;
    α:管道線膨脹系數,1/K或1/℃;溫度變化1度相應的長度成比例變化量稱為管道的線膨脹系數。
    t1:管道運行是的介質溫度℃;
    t2:管道安裝時的溫度℃,可取20℃;
    L:計算管段的長度,m;
    不同材質管材的線膨脹系數:

    管道線膨脹系數.png

    例1:一段輸送飽和水蒸汽的管道,材質為碳素鋼,壓力0.6Mpa,溫度165℃,長度20m,試計算此段管道的熱伸長量。
    ΔL=α*(t1-t2)*L=12/1000000*(165-20)*20=0.0348m=34.8mm
    如果溫度是低于20℃的則計算的是管道縮短量。
    熱應力
    如果管道兩端不固定,允許它自由伸縮,則熱伸縮量對管子的強度沒有什么影響。若在管子的兩端加以限制,阻止管子伸縮,這時在管道內部將產生很大的熱應力,熱應力的計算式為:
    σ=E*ε
    式中:
    σ:管道受熱時所產生的熱應力MN/m2;
    E:管材的彈性模量,MN/m2
    ε:管段的相對變形量;ε=ΔL/L
    即上式可改寫為:
    σ= E*α*(t1-t2)
    同樣上面的例子中管道的熱應力為
    σ= E*α*(t1-t2)=206000*12/10000000*(165-20)=358.44 MN/m2
    超過一般鋼管及接頭等配件的容許應力σ鋼=129.45MN/m2,所以需要設置補償,可以采用自然補償或增加補償器。
    自然補償

    (1) L形直角彎自然補償

    L形自然補償.png

    計算公式:

    L形自然補償計算公式.png

    l:L形自然補償短臂長度,m;
    ΔL:長臂的熱伸長量,mm;
    D:管道外徑,mm;
    同例1中假定管道外徑為219mm則采用L形自然補償需要的長度為:
    L=5.544m

    (2)Z形自然補償

    Z形折角自然補償.png


    計算公式:


    Z形折角自然補償計算公式.png

    式中:

    l:Z形自然補償短臂長度,m;

    ΔL:(L1+L2)總熱伸長量,mm;

    E:管道材料的彈性模量,Mpa;

    Dw:管道外徑,mm;

    σbw:彎曲應力,采用[σbw]≤80Mpa,一般取70~80Mpa;

    n:等于(L1+L2)/L1,且L1<L2;

    同例1,假定管徑為219mm,L1為20m,L2為25m

    n=(20+25)/20=2.25

    ΔL=12/10000000*(165-20)*(20+25)=0.0783m=78.3mm

    l=2.86m

    結束語
    本文介紹了管道因為熱脹冷縮而造成的伸長量與自然補償計算,采用自然補償需要注意以下幾點:
    1:當彎管轉角小于150°時,能用作自然補償;大于150°時不能用作自然補償;
    2:自然補償的管道臂長一般不應超過25m,彎曲應力不應超過80Mpa。

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