熱力管道設計與應用范文

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《環(huán)球市場信息導報雜志》2015年第三期

1、總體設計的基本原則

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

2、管道熱伸長及熱補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系。一般在設計時，熱伸長量為計算的數(shù)值乘以管道在最不利于運行的工況下的安全系數(shù)，再依此選擇合適的、符合要求的補償器。設計時應力求采用維修工作量小和價格便宜的補償器。應根據(jù)管道敷設條件，盡可能地兼顧各種補償器的尺寸和流體阻力差別，權衡利弊后綜合選定。例如，安裝波紋補償器前，應對其進行冷緊，可降低管道初次啟動對固定支架的推力和避免波紋失穩(wěn)；相對來說，套筒補償器的價格較低，初始安裝費用低，但其維修量大，安裝時應隨溫度的變化調(diào)整補償器的安裝長度，以保證補償器在熱狀態(tài)下和冷狀態(tài)下都能夠安全地運行；最優(yōu)選的補償方式是空間立體自然補償，但安裝時必須考慮支架失穩(wěn)與管道滑落問題。

3、熱應力及消除熱應力的措施

熱應力與管子長度、壁厚和截面積無關，只與管道溫差有關，熱應力會隨著溫度的變化而變化。當安裝溫度大于管道的工作溫度時，熱應力為拉應力。當安裝溫度小于介質(zhì)的工作溫度時，熱應力為壓應力。因此，熱應力除受溫度變化影響外，管道熱脹可能性的大小對熱應力的影響很大。管道系統(tǒng)在溫度變化時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，其熱應力就越小。

4、管道推力

管道會對管道支架產(chǎn)生一定的推力，管道對固定支架的推力應包括下列三個部分：①管道熱脹冷縮受約束時產(chǎn)生的作用力；②內(nèi)壓產(chǎn)生的不平衡力；③活動端位移產(chǎn)生的作用力。固定點兩管段作用力合成時應按下列原則進行：（1）固定點兩側(cè)管段由熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的作用力和活動端位移產(chǎn)生的作用力的合力相互抵消時，較小方向作用力應乘以0.7的抵消系數(shù)；（2）固定點兩側(cè)管段內(nèi)壓不平衡力的抵消系數(shù)取1；（3）當固定點承受幾個支管的作用力時，應考慮其最不利的組合，選擇最不利的工況和最大溫差進行計算，以免低估影響。推力與管道的長度無關，在設計過程中重點考慮計算管道的熱伸長量，然后對其伸長量進行消化和分解。熱應力對固定支架和設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，熱應力被伸縮器吸收，從而實現(xiàn)消除熱應力的目的。

5、結(jié)語

總而言之，管道運輸已經(jīng)在運輸領域占有重要的地位，我們應該做好管道設計、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)和人們的生活中擔當重要的角色。熱力管道的設計工作的好壞決定了管道后期運行的質(zhì)量因此我們應該充分了解熱力管道設計階段存在的問題并進行妥善的解決，以保證熱力管道的安全平穩(wěn)的運行，為工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活保駕護航。

作者：龐建平袁石單位：遼寧冶金設計研究院