熱力管道設(shè)計(jì)與應(yīng)用范文

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《環(huán)球市場信息導(dǎo)報(bào)雜志》2015年第三期

1、總體設(shè)計(jì)的基本原則

減少多樣化，規(guī)格統(tǒng)一。在管道的設(shè)計(jì)過程中我們必須要考慮到熱應(yīng)力對熱力管道的影響。熱應(yīng)力是熱力管道特有的應(yīng)力，它是鋼材熱脹冷縮產(chǎn)生的力。在熱力管道的設(shè)計(jì)中被稱為二次熱力。也有一部分管道的工作狀態(tài)為常溫，對常溫管道在設(shè)計(jì)階段只需做一次應(yīng)力分析。剪應(yīng)力是指管道內(nèi)壓和作用于管道持續(xù)外載在管道內(nèi)部產(chǎn)生的正應(yīng)力。對熱力管道進(jìn)行二次熱力分析，其目的主要是為保證管道的結(jié)構(gòu)滿足靜力平衡的條件。當(dāng)作用于管道上的應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到或是超過屈服極限，那么管道材料就會(huì)進(jìn)入屈服狀態(tài)。如果不能滿足靜力條件，管道就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生變形甚至出現(xiàn)破壞。因此熱力管道的設(shè)計(jì)階段必須要考慮管道熱應(yīng)力產(chǎn)生的影響，要將熱應(yīng)力作用進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)符合實(shí)際需要。在熱力管道的設(shè)計(jì)階段還應(yīng)該考慮到管道的熱伸長量以及熱補(bǔ)償?shù)姆绞剑_地計(jì)算出推力并確定固定支架的形式。如果在熱應(yīng)力管道的設(shè)計(jì)階段不重視對熱應(yīng)力的計(jì)算以及相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的把握產(chǎn)生的應(yīng)力破壞作用竟會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果，威脅到企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全和企業(yè)員工的人身安全。

2、管道熱伸長及熱補(bǔ)償在熱力管道的熱伸長量的影響因

素中溫度和長度是最主要的，他們對管道的熱伸長量的影響起到了決定性的作用，而與管道的管徑和管子的壁厚沒有關(guān)系。一般在設(shè)計(jì)時(shí)，熱伸長量為計(jì)算的數(shù)值乘以管道在最不利于運(yùn)行的工況下的安全系數(shù)，再依此選擇合適的、符合要求的補(bǔ)償器。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求采用維修工作量小和價(jià)格便宜的補(bǔ)償器。應(yīng)根據(jù)管道敷設(shè)條件，盡可能地兼顧各種補(bǔ)償器的尺寸和流體阻力差別，權(quán)衡利弊后綜合選定。例如，安裝波紋補(bǔ)償器前，應(yīng)對其進(jìn)行冷緊，可降低管道初次啟動(dòng)對固定支架的推力和避免波紋失穩(wěn)；相對來說，套筒補(bǔ)償器的價(jià)格較低，初始安裝費(fèi)用低，但其維修量大，安裝時(shí)應(yīng)隨溫度的變化調(diào)整補(bǔ)償器的安裝長度，以保證補(bǔ)償器在熱狀態(tài)下和冷狀態(tài)下都能夠安全地運(yùn)行；最優(yōu)選的補(bǔ)償方式是空間立體自然補(bǔ)償，但安裝時(shí)必須考慮支架失穩(wěn)與管道滑落問題。

3、熱應(yīng)力及消除熱應(yīng)力的措施

熱應(yīng)力與管子長度、壁厚和截面積無關(guān)，只與管道溫差有關(guān)，熱應(yīng)力會(huì)隨著溫度的變化而變化。當(dāng)安裝溫度大于管道的工作溫度時(shí)，熱應(yīng)力為拉應(yīng)力。當(dāng)安裝溫度小于介質(zhì)的工作溫度時(shí)，熱應(yīng)力為壓應(yīng)力。因此，熱應(yīng)力除受溫度變化影響外，管道熱脹可能性的大小對熱應(yīng)力的影響很大。管道系統(tǒng)在溫度變化時(shí)的熱脹可能性稱為管系的柔性，在同樣的溫度變化條件下，管系的柔性越大，其熱應(yīng)力就越小。

4、管道推力

管道會(huì)對管道支架產(chǎn)生一定的推力，管道對固定支架的推力應(yīng)包括下列三個(gè)部分：①管道熱脹冷縮受約束時(shí)產(chǎn)生的作用力；②內(nèi)壓產(chǎn)生的不平衡力；③活動(dòng)端位移產(chǎn)生的作用力。固定點(diǎn)兩管段作用力合成時(shí)應(yīng)按下列原則進(jìn)行：（1）固定點(diǎn)兩側(cè)管段由熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的作用力和活動(dòng)端位移產(chǎn)生的作用力的合力相互抵消時(shí)，較小方向作用力應(yīng)乘以0.7的抵消系數(shù)；（2）固定點(diǎn)兩側(cè)管段內(nèi)壓不平衡力的抵消系數(shù)取1；（3）當(dāng)固定點(diǎn)承受幾個(gè)支管的作用力時(shí)，應(yīng)考慮其最不利的組合，選擇最不利的工況和最大溫差進(jìn)行計(jì)算，以免低估影響。推力與管道的長度無關(guān)，在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮計(jì)算管道的熱伸長量，然后對其伸長量進(jìn)行消化和分解。熱應(yīng)力對固定支架和設(shè)備的推力按力的分解消化于不同類型的伸縮器。將管道對各固定支架的推力轉(zhuǎn)化成對伸縮器的壓縮力，熱應(yīng)力被伸縮器吸收，從而實(shí)現(xiàn)消除熱應(yīng)力的目的。

5、結(jié)語

總而言之，管道運(yùn)輸已經(jīng)在運(yùn)輸領(lǐng)域占有重要的地位，我們應(yīng)該做好管道設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作。熱力管道是管道中的重要組成部分在工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活中擔(dān)當(dāng)重要的角色。熱力管道的設(shè)計(jì)工作的好壞決定了管道后期運(yùn)行的質(zhì)量因此我們應(yīng)該充分了解熱力管道設(shè)計(jì)階段存在的問題并進(jìn)行妥善的解決，以保證熱力管道的安全平穩(wěn)的運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活保駕護(hù)航。

作者：龐建平袁石單位：遼寧冶金設(shè)計(jì)研究院