吳小琴（南京強思工程技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇　南京　210000）

化工管道設(shè)計中的自然補償法研究

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本文對化工管道設(shè)計中的自然補償法進行了研究和分析，同時闡述了自然補償法的優(yōu)點和分類，并就如何增強化工管道設(shè)計中的自然補償?shù)淖饔锰岢隽艘恍┮庖姾痛胧?/p>

化工管道設(shè)計；自然補償法；研究；措施

1　化工管道設(shè)計中的自然補償法概述

化工管道在使用時，如果不對其進行支撐和限制，隨著環(huán)境溫度的升高，化工管道就會發(fā)生熱脹冷縮的現(xiàn)象，進而發(fā)生嚴(yán)重的變形。而當(dāng)化工管道進行自然收縮時，不會給設(shè)備或者是其他的部件造成熱應(yīng)力的影響。但是當(dāng)化工管道受到一定的支撐和限制時，就不會發(fā)生自然收縮的現(xiàn)象。能起到支撐和限制作用的主要為支撐框架、相連接的設(shè)施以及其他部件等。因此當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生較大的變化時，熱應(yīng)力也會隨之產(chǎn)生，并影響支撐和限制化工管道的框架以及設(shè)備，從而使得化工管道以及相連接的設(shè)施發(fā)生故障而不能進行正常的運作，甚至還會引發(fā)非常嚴(yán)重的安全事故。因此為了避免熱應(yīng)力的出現(xiàn)，就必須將化工管道的柔性進一步增強，從而避免由于環(huán)境溫度變化使得化工管道形成熱應(yīng)力，進而對化工管道、支撐框架以及相連接的設(shè)施造成不良的影響。

在化工管道設(shè)計的過程中，首先要將其設(shè)備的布置流程進行優(yōu)化，再優(yōu)化化工管道的布局。只有當(dāng)布置流程設(shè)計完成后才能對化工管道進行安裝，然后根據(jù)管路的走向來分析應(yīng)力。補償設(shè)計一般有兩種方法，一種是使用補償設(shè)備，一種是自然補償法。后者由于具有結(jié)構(gòu)簡單、補償效果好、成本低以及使用可靠等優(yōu)點，因此在進行補償設(shè)計時一般都使用這種方法。

2　化工管道設(shè)計中的自然補償法分類

2.1計算公式

在化工管道設(shè)計中的自然補償法主要有三種，L、T、Z型，其補償量可以通過以下公式進行計算：

△L=a·△t·L

其中，a為化工管道材料的線性膨脹系數(shù)（mm（/mm·℃）；

△t一溫差（℃）；

Laxail為化工管道支撐框架之間的熱位移有效長度（mm）。

2.2L型

L型的自然補償是一種非常簡單的補償方法，它是利用一個彎曲的管頭來構(gòu)成轉(zhuǎn)彎，從而達到補償變形的作用。其中短臂長度的運算公式為：

l=l.1（△LDW/300）1/2

其中，l為L型的短臂長（mm）；

△L為化工管道長臂的實際熱增長量（mm）；

Dw為化工管道的外直徑（mm）。

2.3Z型

這種自然補償方式的使用也非常普遍，它主要是利用兩個化工管道的彎頭來構(gòu)成轉(zhuǎn)彎，其短臂長度的運算公式為：

l=｛6·△LED/107［b］（1+1.2n）1/2

其中，l為Z型短臂長（mm）；

△L為兩根化工管道的總熱增長量（mm）；

E為化工管道的材質(zhì)的模量（MPa）；

Dw為化工管道的外直徑（mm）。

化工管道設(shè)計中的Z型補償方式一般會受到兩種位移和重力，這兩種位移和重力分別來自不同的方向。而垂直方向上的管壁發(fā)生的變形，其熱應(yīng)力主要由水平方向上的管臂進行補償，而水平方向上的應(yīng)力你就會被垂直方向上的臂所吸收。如此一來，當(dāng)水平方向上的臂以及垂直方向上的臂越長時，這種補償方式所能提供的補償效果就更好。

2.4∏型

∏型的自然補償方式是將四根或者六根化工管道的彎頭用來構(gòu)成轉(zhuǎn)彎，一般布置的方式為立體形式。這種自然補償需要在固定的框架之間進行布置，并且要盡可能的布置在中點位置，從而保證其具有良好的補償作用。另外另個固定框架之間的距離要大于化工管路整體整體長度的三分之一。

3　化工管道設(shè)計中的自然補償法增強措施

3.1增加柔性

化工管道設(shè)計中的自然補償法對其柔性具有非常高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，因為較高的柔性能夠避免化工管道發(fā)生變形，即便是發(fā)生了變形也能將其控制在干彈性的狀態(tài)之中，從而使其不會發(fā)生塑性的變形。另外針對化工管道中的平面管系，可以通過伸長遠離固定框架的化工管路來延長其長度。同時可以通過使用沒有熱膨脹或者是只有少量熱膨脹的化工管道來增加其柔性。

3.2優(yōu)化布置

通過改變限制化工管道的條件也能夠達到增強化工管道自然補償作用的目的。在熱應(yīng)力比較大的局部區(qū)域內(nèi)，可以通過安裝具有彈性的支撐吊架、框架的限位吸收、熱應(yīng)力的分散等方法來降低其引力變形的效應(yīng)。另外當(dāng)管線沒有發(fā)生較大程度的位移時，為了避免化工管道發(fā)生較大的變形，遠距離的化工管路就需要依靠框架的固定點來進行分解，從而使其能夠形成個體的比較簡單的管系。同時還要在容易受到震動、沖擊或是需要進行限制位移的部位安裝固定框架。

3.3設(shè)備布置

當(dāng)常規(guī)的化工管道設(shè)計中的自然補償法不能有效的減少由于環(huán)境溫度變化而引起的應(yīng)力變形時，就需要通過布置設(shè)備來加以保護，從而確?；す艿赖陌踩砸约霸O(shè)備的安全性。另外在設(shè)備布置的過程中，還要盡量防止化工管道的熱應(yīng)力超出限制的問題，特別是針對自然補償法，應(yīng)盡可能做到一次性補償化工管道的熱應(yīng)力變形。

［1］王一.化工管道設(shè)計中常用的自然補償法研究［J］.化工管理，2016，02：24.

［2］閆錦霞，劉洪佳，榮守朋.淺談化工管道設(shè)計中常用的自然補償法［J］.氮肥技術(shù)，2014，03：3-4+26.