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1、第16卷第4期 辽阳石油化工高等专科学校学报Vol.16No.42000年12月 JournalofLiaoyangPetrochemicalCollegeDecember2000压力管道热膨胀的简化计算及其快速校核刘世杰(辽阳石化分公司炼油厂,辽阳111003)摘 要 介绍了对过热蒸汽管道热膨胀的计算,热补偿装置的简单计算以及管道系统挠性的快速核算法.关键词 压力管道;热膨胀;简化计算;校核中图分类号TQ055 辽化炼油厂常减压蒸馏装置0.3MPa过热蒸汽主管道全长98米,材质为20钢,公称直径为DN100,操作温度为400℃1作为
2、装置部分工艺管道伴热线的取汽主管道,它的正常运行,尤其是在冬季的安全运行,关系到全装置的平稳生产1该管道自1995年投用后,弯曲变形严重,总共18处管托就有12处脱离管架支承,呈悬空状态,并且管道轴向位移量较大,使末端的伴热取汽管线(DN20)与该管道焊口径向切断1经检查,该管道在从开工(20℃)至正常生产状态(400℃)时有较大的轴向位移量1从管托位移看,最大轴向图1 原设计安装的过热蒸汽管道示意图位移可达300mm以上1由于设计、安装上的错误1.1 主管道的热膨胀量计算和疏漏,使得这条长98米的管道无任何热补偿装将该管道引出处视为基准点,采用公式[1]置1见
3、图11并且管道支承全部采用非固定式管ΔL=(α2×T2-α1×T1)托,致使管道在升、降温时沿轴向大幅膨胀和收ΔL表示每米管长由T1升至T2时的膨胀量缩,造成支管与主管焊口的疲劳断裂1mm.式中T1—初始温度℃1 管道系统挠性的简化分析T2—操作温度℃α—平均线膨胀系数采用简化法对该管系的弹性作一简单分析,对于该管道:-6[1]看其弹性是否合适1首先要讨论一下该管道的线α2=(11.56+0.0055T2)×10-6膨胀量,即初步计算出管道在无拘束条件下的伸=(11.56+0.0055×400)×10-6长量,也就是说把要讨论的管道系统分割成若干=13.76×1
4、0[1]α-6[1]个管段,让各管段各自独立地进行膨胀1如图11=(11.56+0.0055T1)×10-6所示1=(11.56+0.0055×20)×10收稿日期:2000-10-11·38·辽阳石油化工高等专科学校学报第16卷第4期-6=11.67×10 故有 ΔL=(13.76×400-11.67×20)-6×10m=5.27mm所以该管道直管段总膨胀量为e=L直×ΔL=98×5.27=516.5mm=20.33in1.2 管系的挠性分析图2 热膨胀弯管示意图对于一般管系,若不能满足下列条件:如果管线安装空间有限,则可以在原两固定2[2]点之间加一个固定
5、点,其热膨胀量和补偿弯管尺DE/(L-U)≤0.03则视其弹性不合适,需做应力分析.寸的计算与上面所述一致.本装置这条管线由于式中D—公称直径in;L—管线总长度ft;安装位置的限制,只有采用分段热补偿方式,即在E—两固定点间管线总膨胀量in;U—两固定点管段中间位置加一固定支承点,这样,两段管道所间直线距离ft1产生的热膨胀分别为e分=258.25mm,所需补对于本管系:偿弯管长度L弯分=51ft=15.54m,则H分=L=1+98=99m=324.819ft6.22m;W分=3.11m1D=100mm=3.973in这样就形成了两段补偿的形式,如图3所示.2
6、2但要注意的是,应尽可能用最少的固定点来解决U=1+98=98.005m=321.554ft[1]管线的弹性问题.E=U×ΔL=98.005×5.27mm[2]=20.315in2故DE/(L-U)=3.937×20.315/(324.819-2321.554)=7.53>0.03,所以原来的管系不满足要求.可以看出,该蒸汽管道在从开工状态(20℃)达到正常操作状态(400℃)时,轴向位移多达516.5mm,如此大的线膨胀量,若没有热补偿装置,管道自身以及其与支管的连接处都会产生较图3 两段弯管热补偿形式示意图大的应力,使管道弯曲变形,缩短其使用寿命.2.2 快
7、速核算管线设计人员的任务一般仅限于通过快速核算来判断管线布置是否在合理的偏差范围内1对2 解决办法那些很明显看出弹性是合适的管系或经过快速核算法证明可以采用的管系,可不进行全面的应力本管系对压力损失和管长没有特殊要求,应[2]分析,以节省全面分析的费用1尽可能利用管道固有挠性进行补偿,即利用由管由于在上面的论述中没有进行详细的应力分线和管件构成的补偿弯管,使管系保持适当弹析,因此还应对该管系进行快速核算,目的是判断[2]性1补偿弯管大量应用在有较大膨胀量需要由未经详细应力分析的管系的弹性是否合适.对于直管段吸收的热管线系统,是一种最先被采用也弯管型膨胀节,有:[
8、1]是最成熟的控制热膨胀
