石化装置管廊上π形补偿器的设计和应用.pdf

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1、设备管理石化装置管廊上π形补偿器的设计和应用李芹车春媚范海玲（中国石油工程建设公司华东设计分公司山东青岛266071）摘要：工业生产中的大多数管道在高于安装温度下工作，普图1管廊上π形补偿器设置典型管段图[3]遍存在热膨胀问题，只有对热膨胀进行妥善的补偿处理，才能避（1）固定点的选用原则免胀量对管道的破坏力。文章针对管道的热膨胀，介绍了管廊上固定点的选定原则是能合理利用管线的自然补偿，且使位移管道热补偿的相关计算，提出形补偿器支架的选用设置原则。量不超过管托长度，且固定点的受力不应过大。π形补偿器宜设通过对其设置原则的分析和探讨，得出如何计算和选用形补偿置在两固定点中部或接近中部的位置，此

2、时补偿效果最好。当不器，以保证高温热管道在实际运行中的安全性。能位于两固定支架中部时，补偿器距固定支架的距离不宜小于两关键词：热胀量；形补偿器；结构尺寸支架间距的三分之一。在石化装置管道设计安装过程中，随工况的不同，工艺管道（2）为防止管道横向位移过大，保证位移沿着预定方向进行，必然存在热胀冷缩，从而产生热膨胀。长管段的热胀量会达到较π形补偿器两侧宜设导向支架。一般弯头、分支处不应设置导向大数值，从而对相连设备和土建结构产生作用力，设备和土建结支架。水平管道上导向支架与补偿器管端的距离按图2确定，最构也会产生反作用力，引起管道应力。为了防止热膨胀产生的破终结果按照管道特性、现场自然条件和应

3、力分析结果确定。坏作用，设计中需考虑自然补偿或设置补偿器以吸收热胀和端点[1]位移。一、管道热膨胀工业生产中高温管道从冷状态到工作状态，温度变化很大，如果允许自由膨胀，管道会受到端部设备管口和中间支吊架的约束，产生管道应力，引起管道热变形。[2]其热胀量按下式计算：Δt=αtΔTl式中：Δt—管道在温度t时的胀量，mm；αt—管道材料在温度t时的热膨胀系数，mm/(mm·℃)，在一般资料中可查到；图2π形补偿器与导向支架间距ΔT—管道温升，℃。一般ΔT=T-20℃，T指管道内介2.结构尺寸的确定质温度，一般为管道的设计温度；常用结构形式有4种，如图3，且要求弯头半径R=1.5DN。l—管道

4、长度，mm。在空间管道中应是管道在某个坐标方向上的投影长度。如，单位长度蒸汽供热管道，规格为273×10mm，材料为20#，其升温到200℃时管道胀量：-6Δt=αt·(200-20)×1000=12.9×10×(200-20)×1000=2.32(mm)两端固定的情况下，管道不能自由伸长，由热膨胀产生的内应力：5σt=Et·εt=Et·Δt/l=1.91×10×2.32/1000=439.3(N/mm2)=439.3(MPa)其中Et为钢材的弹性模量。可见，σt已远远超过了20#钢200℃时的许用应力123图3π形补偿器MPa。进行管道设计时，一般步骤如下：钢管截面积A=πS(Do-S)

5、=3.14×10×(273-10)=（1）据管径确定管道固定支架间距；28258.2(mm)（2）计算管道热胀量；此时管道传给固定支架的力：（3）据管道布置的具体情况确定具体的结构形式；6Ft=σtA=439.3×8258.2=3.63×10(N)（4）据管径、热胀量及结构形式，按照《动力管道设计手册》表在工程实际中，两固定点间的距离往往是几十米，显然，这样6-2进行选择，确定其尺寸。大的作用力是不允许的。若胀量得不到有效补偿，将对管道及设注：备产生很强的破坏力。1.π形补偿器的自由臂一般为40倍公称直径的长度；二、管道的π形补偿器2.π形补偿器安装时一般必须预拉伸，预拉伸值：当介质温度在

6、管道设计时主要采用自然补偿和使用管道补偿器的形式小于250℃时，为计算热伸长量的50%；在250~400℃时，为70%。减少管道产生的应力。自然补偿是是最为经济的补偿形式，主要结语有L形、Z形和π形补偿，其中π形补偿器由于结构简单，运行可管廊上的π形补偿器是专门用来吸收两固定支架间长度上管靠，投资少而被广泛采用。道轴向位移的。其臂长越长，管道应力和对固定支架的推力越1.支架设置小，补偿能力越大，管道柔性越好。设计时根据管道规格、介质温长管线应用固定点将管系分成简单的、可独立膨胀的、固定度和管架的具体布置来选用合适的π形补偿器，可有效降低由管管段进行柔性设计，典型管段图见图1。道热胀或附加位

7、移而产生的应力水平。参考文献:[1]石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇设计与计算（第四版）[M].中国石化出版社.2009,09:669.[2]宋苛苛编著.工业管道应力分析与工程应用[M].中国石化出版社.2011,03:57~58.[3]彭荣杰.π形补偿器的设计和应用[J].广东化工.2013,08:151.1982014年9月