管道热补偿的计算方法，为保证管道在热状态下的稳定和安全,减少管道热胀冷缩所产生的应力,在配管设计时管道上每隔一段距离应装设固定支架及补偿装置,补偿一般分自然补偿和人工补偿2种。
自然补偿是利用管道系统中由于布置而出现的弯头、垂直和水平等空间走向的形状,引起管道本身弹性弯曲和扭转变形,以达到热胀和冷缩的要求。
人工补偿是在有热胀或冷缩的管道上人为装设专门的管道补偿器,如套筒补偿器、球形补偿器、波纹管补偿器和旋转补偿器等。
蒸汽管道补偿器因其自身的柔性而具有补偿功能,在整个管系中是最脆弱的环节。如某1 km的 273 mm× 7mm热网管道,工作压力1. 8 MPa,工作温度350℃ ,
其上一只大拉杆波纹管补偿器在管道正常运行1年后发生爆炸,附近建筑物面目全非,幸无人员伤亡。后运用CASEAR II反复计算,
只需将个别固定点松开,整根管道利用自身的柔性就能满足热补偿的要求,根本无需采用补偿器。
因此,在配管设计中应充分利用管道本身的柔性进行补偿,当空间位置受到限制,自补偿不能满足要求时,才考虑增设补偿器。
管道的两端点间,无限位支吊点的无分支的管道,其自补偿能力是否满足要求,可采用如下方法核算。
a)弹性指标法[1],根据ANSI提供的公式进行核算。
DN Δ总(L -r)2≤ 2. 083式中,DN———管道的公称直径,mm;Δ总———管系的总变形量,cm,Δ总= ΔX2+ΔY2+ΔZ2;L———管系在两固定端之间的展开长度,m;r———两端固定点之间的直线距离,m。
当计算结果满足上述判断式时,则管段的自然补偿能力可以认为满足要求。
b)查图法,根据公式计算坐标(u,v)的值。
u= L/r -1v= nDw/L式中,L———固定点间的管道展开长度,m;r———固定点间的直线距离,m;Dw———管道外径,mm;n———管道强度特性,n= 10 -3 Etα t(t-ter),其中t为设计温度,℃ ;ter为设计安装温度,℃ ;Et为设计温度下管材的弹性模量,kN/mm2;αt为设计温度下管材的线膨胀系数,× 10 -6 /℃。
当求出的坐标(u,v)值在图1上查得的对应点落在A区域时,则管道可满足自补偿;当落在B区域时,必须精确计算后确定;当落在C区域内,则不能满足自补偿。
特定的管系能否依靠自身的弹性变形来吸收热膨胀,必须通过计算进行判定。
热力管道补偿器设计的核心是管道的应力分析计算,由于应力计算软件的普及,蒸汽管道的设计变得更为方便。采用应力分析软件进行应力计算,主要工作在于建模,一般步骤如下:
(1)依据地形、地貌和设计者的经验,绘制初步的管线布置图,以固定支架和设备划定需要计算的管道系统;
(2)进入程序界面,正确设置配置文件;
(3)根据程序提示,输入管系的各项计算参数,如设计压力、设计温度、管径、材质以及管件、支吊架形式和位置等,程序将对水压试验工况、冷态、热态及支吊应力进行静态和动态分析,若应力分析未通过,
此时调整管道的走向,改变补偿结构或改变支架、吊架的形式和位置,重新验算直至合格通过。
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