應(yīng)仲毅

（浙江天成工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江杭州310023）

化學(xué)工程

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應(yīng)仲毅

（浙江天成工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江杭州310023）

蒸汽管道通常用于輸送飽和或過熱蒸汽，溫度和壓力都較高。高溫管道在運(yùn)行中會出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，若該現(xiàn)象得不到有效補(bǔ)償，將會使管道承受巨大的應(yīng)力，導(dǎo)致管道變形、破裂。

蒸汽；自然補(bǔ)償；軸向型波紋補(bǔ)償器

在蒸汽管道設(shè)計(jì)中，管道熱脹冷縮為首要需解決的問題，管道熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)是否合理直接影響蒸汽管道的建設(shè)成本和安全。為使管道在熱狀態(tài)下穩(wěn)定和安全，減少管道熱脹冷縮時所產(chǎn)生的應(yīng)力，設(shè)計(jì)管道時應(yīng)采用合理的熱補(bǔ)償。

蒸汽管道的補(bǔ)償主要分為自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償兩種。設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況做到利用自然補(bǔ)償為主，補(bǔ)償器補(bǔ)償為輔的原則。

1 自然補(bǔ)償

管道自然補(bǔ)償是一種利用管道自身彎曲（柔性）的自然補(bǔ)償形式。當(dāng)管道轉(zhuǎn)角小于150°時，能用作自然補(bǔ)償；大于150°時不能用作自然補(bǔ)償。自然補(bǔ)償常用的補(bǔ)償形式為L形直角彎、Z形折角彎和立體補(bǔ)償三種。

1.1 L形直角彎補(bǔ)償計(jì)算

式中：

l—L形自然補(bǔ)償短臂長度/m；

ΔL—長臂L的熱伸長量/mm；

Dw—管道外徑/mm。

圖1 L形直角彎計(jì)算圖

1.2 Z形折角彎補(bǔ)償計(jì)算

式中：

l—Z形自然補(bǔ)償器短臂長度/m；

ΔL—長臂L的熱伸長量/mm；

Dw—管道外徑/mm；

E—管道材料的彈性模量/MPa；

[δbw]—彎曲應(yīng)力/MPa。

圖2 Z形折角彎計(jì)算圖

1.3立體補(bǔ)償計(jì)算

立體補(bǔ)償采用驗(yàn)算的方式來驗(yàn)證實(shí)際中的立體尺寸是否能滿足補(bǔ)償要求。立體管段補(bǔ)償能力是否滿足要求可按如下公式驗(yàn)算：

式中：

DN—管道公稱直徑/mm；

ΔL—管道三個方向熱伸長量的向量和/cm；

ΔL1、ΔL2、ΔL2—管道各方的向伸長量/cm；

L—管道展開總長度/m；

U—管道兩端固定點(diǎn)之間的直線距離/m。

圖3 立體彎計(jì)算圖

本公式的使用條件：

（1）同一根管道，管材管徑一致；

（2）兩端必須是固定點(diǎn)；

（3）中間無限位支吊架；

（4）無分支管。

計(jì)算結(jié)果小于20.8時說明此管道是安全的。

2 補(bǔ)償器補(bǔ)償

常用的補(bǔ)償器有方形補(bǔ)償器（π形補(bǔ)償、矩形補(bǔ)償）、套管補(bǔ)償器、旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器和球形補(bǔ)償器等。在設(shè)計(jì)中，方形補(bǔ)償器、軸向型波紋補(bǔ)償器和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器最為常用。補(bǔ)償器補(bǔ)償相對自然補(bǔ)償具有彈性力大、固定支架間跨距小等特點(diǎn)。

2.1 方形補(bǔ)償器計(jì)算

方形補(bǔ)償器是動力管道設(shè)計(jì)中最常用的補(bǔ)償方式。方形補(bǔ)償器安裝時一般必須預(yù)拉伸，預(yù)拉伸值：當(dāng)介質(zhì)溫度＜250℃以下時，為計(jì)算熱伸長量的50%；當(dāng)介質(zhì)溫度250℃～400℃時，為計(jì)算熱伸長量的70%。

方形補(bǔ)償器常用的類型為：b=2a；b=a；b= 0.5a；b=0。

彈性力計(jì)算：

式中：

FK—方形補(bǔ)償器的彈性力/N；

δBW—管道彈性彎曲應(yīng)力/MPa；

W—管道截面系數(shù)/cm3；

H—補(bǔ)償器外伸臂長度/cm。

圖4 方形補(bǔ)償器計(jì)算圖

2.2 軸向型波紋補(bǔ)償器計(jì)算

選擇軸向型波紋補(bǔ)償器應(yīng)考慮預(yù)拉伸量50%。在任意直管段上兩固定之間只能安裝一套波紋補(bǔ)償器。軸向型波紋補(bǔ)償器一端應(yīng)布置在靠近固定支架處，另一端應(yīng)設(shè)置直線導(dǎo)向支架。第一導(dǎo)向管架與波紋補(bǔ)償器間距L1為4倍公稱通徑，第一導(dǎo)向架與第二導(dǎo)向架支架的間距L2為14倍公稱通徑，其余中間管架最大間距L3計(jì)算如下：

式中：

L3—中間管架最大間距/mm

E—管道材料的彈性模量/MPa

I—管道截面二次距/mm4

p0—設(shè)計(jì)壓力/MPa

A—波紋補(bǔ)償器有效面積/mm2

KX—波紋補(bǔ)償器剛度/（N/mm）

ΔL—波紋補(bǔ)償器額定軸向位移/mm

選擇波紋管軸向型補(bǔ)償器時，兩固定支架間直管段的彈性力計(jì)算如下：

F0=p0Ai

圖5 軸向型波紋補(bǔ)償器計(jì)算圖

式中：

F—圖示中固定支架水平推力/N；

FA—波紋補(bǔ)償器的彈性力/N；

F0—波紋管內(nèi)壓引起的水平推力/N；

q—管道單位長度計(jì)算載荷/（N/m）；

μ—摩擦系數(shù)；

L—直管段長度/m；

kw—軸向總剛度/（N/mm）；

eX—軸向總補(bǔ)償量/mm；

pX—工作壓力/MPa；

AX—波紋管有效截面積/cm2。

固定管架推力計(jì)算時應(yīng)進(jìn)行管架兩側(cè)受力分析。

3 結(jié)束語

本文只簡單闡述單一蒸汽管道的補(bǔ)償計(jì)算，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)管道工況、場地實(shí)際情況做綜合的受力分析。設(shè)置合理的管道支架，保證管道的穩(wěn)定性，滿足管道熱位移和熱力補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>

[1]動力管道設(shè)計(jì)手冊編寫組.動力管道設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2]GB/T 20801.1～6-2006，壓力管道規(guī)范工業(yè)管道[S].

Discussion on Thermal Compensation of Steam Pipeline

YING Zhong-yi
（Zhejiang Stanchion Engineering Design Co.,Ltd.,Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

The steam pipe is usually used for conveying saturated or superheated steam,and the temperature and pressure are higher.High temperature pipeline in operation will be an extension of the phenomenon.If the phenomenon is not effectively compensated,the pipe will bear enormous stress,resulting in pipeline deformation and rupture.

steam;natural compensation;axial type corrugated compensator

1006-4184（2016）12-0044-03

2016-06-22

應(yīng)仲毅（1984-），男，浙江永康人，工程師，主要從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。E-mail：yingzhongyi126@126.com。