管道波紋補償器計算方法，為保證管道在熱狀態(tài)下的穩(wěn)定和安全,減少管道熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力,在配管設(shè)計時管道上每隔一段距離應(yīng)裝設(shè)固定支架及補償裝置,補償一般分自然補償和人工補償2種。
自然補償是利用管道系統(tǒng)中由于布置而出現(xiàn)的彎頭、垂直和水平等空間走向的形狀,引起管道本身彈性彎曲和扭轉(zhuǎn)變形,以達到熱脹和冷縮的要求。
人工補償是在有熱脹或冷縮的管道上人為裝設(shè)專門的管道補償器,如套筒補償器、球形補償器、波紋管補償器和旋轉(zhuǎn)補償器等。
蒸汽管道補償器因其自身的柔性而具有補償功能,在整個管系中是最脆弱的環(huán)節(jié)。如某1 km的 273 mm× 7mm熱網(wǎng)管道,工作壓力1. 8 MPa,工作溫度350℃ ,
其上一只大拉桿波紋管補償器在管道正常運行1年后發(fā)生爆炸,附近建筑物面目全非,幸無人員傷亡。后運用CASEAR II反復(fù)計算,
只需將個別固定點松開,整根管道利用自身的柔性就能滿足熱補償?shù)囊?根本無需采用補償器。
因此,在配管設(shè)計中應(yīng)充分利用管道本身的柔性進行補償,當(dāng)空間位置受到限制,自補償不能滿足要求時,才考慮增設(shè)補償器。
管道的兩端點間,無限位支吊點的無分支的管道,其自補償能力是否滿足要求,可采用如下方法核算。
a)彈性指標(biāo)法[1],根據(jù)ANSI提供的公式進行核算。
DN Δ總(L -r)2≤ 2. 083式中,DN———管道的公稱直徑,mm;Δ總———管系的總變形量,cm,Δ總= ΔX2+ΔY2+ΔZ2;L———管系在兩固定端之間的展開長度,m;r———兩端固定點之間的直線距離,m。
當(dāng)計算結(jié)果滿足上述判斷式時,則管段的自然補償能力可以認為滿足要求。
b)查圖法,根據(jù)公式計算坐標(biāo)(u,v)的值。
u= L/r -1v= nDw/L式中,L———固定點間的管道展開長度,m;r———固定點間的直線距離,m;Dw———管道外徑,mm;n———管道強度特性,n= 10 -3 Etα t(t-ter),其中t為設(shè)計溫度,℃ ;ter為設(shè)計安裝溫度,℃ ;Et為設(shè)計溫度下管材的彈性模量,kN/mm2;αt為設(shè)計溫度下管材的線膨脹系數(shù),× 10 -6 /℃。
當(dāng)求出的坐標(biāo)(u,v)值在圖1上查得的對應(yīng)點落在A區(qū)域時,則管道可滿足自補償;當(dāng)落在B區(qū)域時,必須精確計算后確定;當(dāng)落在C區(qū)域內(nèi),則不能滿足自補償。
特定的管系能否依靠自身的彈性變形來吸收熱膨脹,必須通過計算進行判定。
熱力管道補償器設(shè)計的核心是管道的應(yīng)力分析計算,由于應(yīng)力計算軟件的普及,蒸汽管道的設(shè)計變得更為方便。采用應(yīng)力分析軟件進行應(yīng)力計算,主要工作在于建模,一般步驟如下:
(1)依據(jù)地形、地貌和設(shè)計者的經(jīng)驗,繪制初步的管線布置圖,以固定支架和設(shè)備劃定需要計算的管道系統(tǒng);
(2)進入程序界面,正確設(shè)置配置文件;
(3)根據(jù)程序提示,輸入管系的各項計算參數(shù),如設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、管徑、材質(zhì)以及管件、支吊架形式和位置等,程序?qū)λ畨涸囼灩r、冷態(tài)、熱態(tài)及支吊應(yīng)力進行靜態(tài)和動態(tài)分析,若應(yīng)力分析未通過,
此時調(diào)整管道的走向,改變補償結(jié)構(gòu)或改變支架、吊架的形式和位置,重新驗算直至合格通過。
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