管道自然補(bǔ)償培訓(xùn)課件

1、 精品文檔3自然補(bǔ)償31 利用管道自然彎曲形狀（或設(shè)計(jì)成 l 或 z 管道）所具有的柔性，補(bǔ)償其管道自身的熱脹和端點(diǎn)的位移稱之為自然補(bǔ)償。蒸汽直埋管道正是在溫度變化時(shí)，彎管部分塑性變形和一定量的彈性變形實(shí)現(xiàn)管道的自然補(bǔ)償?shù)?。熱力管道熱伸長(zhǎng)量 l=a(t -t )l1a管道在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)的線脹系數(shù) mm/mmm2l管道長(zhǎng)度 mt 管道安裝溫度 1t 管道設(shè)計(jì)使用（介質(zhì)）溫度 2上式計(jì)算的管道伸長(zhǎng)量l 是相對(duì)保守的，它沒有考慮管道與其接觸面（保溫材料等）摩擦約束作用、相對(duì)位移影響等。32 l 型自然補(bǔ)償文獻(xiàn)8提出 l 0.85l長(zhǎng)或 （l +l ）/20.85l短l 極限臂長(zhǎng)，是 l 彎管的臂長(zhǎng)

2、達(dá)到 l 時(shí)熱脹和內(nèi)壓作用彎頭處引起綜kp長(zhǎng)kpkp kp合應(yīng)力達(dá)到安定性變形的極限值 2s。通常 q235，s 取 80mpa。此與 l=1.1x(ldw)/300 計(jì)算結(jié)果基本一致。1/2對(duì)于絕大多數(shù)蒸汽直埋保溫管多采用鋼外套或玻璃鋼/鋼外套管形式，這不同于架空軟質(zhì)外套保溫，要求工作管除自身應(yīng)力滿足安全需要外，外護(hù)管還必須有足夠空間，保證工作管道的膨脹或位移不受外套管的阻礙、限制，同時(shí)保證絕熱效果良好。這就在某些工況下，要求設(shè)有補(bǔ)償直管段（較通常管徑擴(kuò)大的直管段）或補(bǔ)償彎頭（偏心補(bǔ)償駝背彎頭）等。33 z 型自然補(bǔ)償文獻(xiàn)8提出最小短臂長(zhǎng)度 l 概念minl =0.8x0.65(ldw) m

3、1/2minl 0.85ll 1.15 l長(zhǎng)kp短min同時(shí)滿足上兩式要求，才能保證管道塑性變形不超過安定范圍。即短臂不過短，剛度不過大，不引起強(qiáng)度破壞或疲勞破壞。z 型也可按兩個(gè) l 型進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。34 圖解 l 型補(bǔ)償隨著科技進(jìn)步，蒸汽直埋保溫管設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有新的發(fā)展，可位移固定墩問世應(yīng)用（1998）。文獻(xiàn)5介紹了在不考慮彎管柔性系數(shù)和應(yīng)力加強(qiáng)系數(shù)情況下，利用經(jīng)驗(yàn)繪制的圖表可迅速的對(duì) l管道進(jìn)行柔性補(bǔ)償判斷，確定長(zhǎng)、短臂尺寸。此石化系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，也滿足熱力無分支管道使用。l =k l短k值由圖 1查出長(zhǎng)精品文檔 精品文檔對(duì)于一端固定有位移時(shí)，采用圖 2 進(jìn)行圖表解求短臂長(zhǎng)度。4補(bǔ)償器補(bǔ)償41

4、 在蒸汽直埋管道中，采用補(bǔ)償器進(jìn)行管道的熱補(bǔ)償，實(shí)踐證明是有效和科學(xué)的。特別是我國(guó)近年設(shè)計(jì)、制造、開發(fā)熱網(wǎng)用補(bǔ)償器取得驕人的進(jìn)步：大補(bǔ)償量、小剛度、變推力、平衡式以及不設(shè)井室全封閉、自導(dǎo)向、抗扭曲直埋波紋膨脹節(jié)和單密封、雙密封、柔性填料套筒式補(bǔ)償器相繼推出，sebf（環(huán)氧粉末噴涂）高防腐性以及密封防水封端設(shè)計(jì)、無約束直埋技術(shù)，極大地為城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽保溫管道的發(fā)展推廣做出貢獻(xiàn)。目前型（方形）補(bǔ)償器在直埋管道因占地大、躲障困難很少應(yīng)用，球型、鉸鏈補(bǔ)償器雖然變形應(yīng)力小、流體阻力也小，但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封困難，出現(xiàn)事故難維修，在直埋管道中極少應(yīng)用。42 補(bǔ)償器設(shè)計(jì)選擇（1）補(bǔ)償器設(shè)計(jì)選擇原則補(bǔ)償器設(shè)計(jì)

5、選擇是熱網(wǎng)中六大技術(shù)關(guān)鍵之一，也是直埋管道熱網(wǎng)事故多發(fā)所在，是管系中最薄弱環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)選擇必須堅(jiān)持：1）結(jié)構(gòu)科學(xué)，技術(shù)成熟；2）材質(zhì)保證，工藝嚴(yán)謹(jǐn)；3）參數(shù)正確（壓力、溫度、位移量、許用疲勞壽命、預(yù)變形等）設(shè)計(jì)無誤；4）檢驗(yàn)規(guī)范，安全可靠；5）防腐保溫，質(zhì)量確保。再加上正確安裝，合理的操作，就會(huì)減少或杜絕由補(bǔ)償器給我們帶來的事故隱患。（2）波紋膨脹節(jié)的許用疲勞壽命補(bǔ)償器中的波紋管件是在材料屈服極限的高應(yīng)力狀態(tài)下工作，每一次變化都不能恢復(fù)其原來的自由長(zhǎng)度而留有殘余變形，往復(fù)循環(huán)，殘余變形累計(jì)到一定程度，波紋管就會(huì)發(fā)生破壞，而破壞的循環(huán)次數(shù)稱之為補(bǔ)償器的疲勞壽命 nc。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，取一定的安全系數(shù)

6、n (倍數(shù))。補(bǔ)償器的許用疲勞壽命n為fn=nc/n 而 n 一般為 1015ff由于生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)選取 n 值不同，實(shí)際補(bǔ)償器n也大不相同，相差甚大。f行標(biāo)“城鎮(zhèn)供熱預(yù)制蒸汽保溫管技術(shù)規(guī)程”中，要求管道壽命 25 年以上，實(shí)際直埋管道，由于使用負(fù)荷變化，操作頻率大，晝夜用量不均，這就要求制造廠家，提供的產(chǎn)品n1000 次以上。文獻(xiàn)4提供膨脹節(jié)許用疲勞壽命的推薦值如表 1。表 1通常沉降次數(shù)較少，因不能定期檢查，取值偏于安全100500儲(chǔ)罐的不均勻沉降及罐內(nèi)液體傾斜，地震產(chǎn)生的位移變化 20 次左右用于沒有特別條件的石油化工配管用于船舶配管100030005000介質(zhì)的壓力、溫度有一定波動(dòng)每天變

7、化一次，使用 1520 年精品文檔 精品文檔用于吸收大氣溫度變化產(chǎn)生的位移用于吸收機(jī)器的震動(dòng)50007000106膨脹節(jié)許用壽命的推薦值熱力管網(wǎng)，投資強(qiáng)度大，特別是蒸汽直埋管道，一次性投資更為偏重，這就更要求我們用好資金，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的力度，提高波紋補(bǔ)償器的許用疲勞壽命達(dá)到化工 i 級(jí)管道點(diǎn)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7000 次水平，才能保證管道安全。波紋節(jié)補(bǔ)償器的位移量，也稱補(bǔ)償量，與疲勞壽命有關(guān)。次數(shù)多，位移量就??；反之，次數(shù)少，補(bǔ)償量就大。文獻(xiàn)8給出產(chǎn)品補(bǔ)償量修正系數(shù) c 如表 2。nx=c xn 0x許用疲勞循環(huán)次數(shù)下的修正補(bǔ)償量c 補(bǔ)償量修正系數(shù)nx 設(shè)計(jì)條件下的補(bǔ)償量值（200 次）0各供應(yīng)制

8、造廠修正系數(shù)不同，設(shè)計(jì)選用時(shí)應(yīng)注意。圖 3 給出了國(guó)標(biāo) gb16749“壓力容器膨脹節(jié)”波紋補(bǔ)償器循環(huán)次數(shù)對(duì)位移量修正曲線數(shù)據(jù)。（3）使用溫度對(duì)補(bǔ)償器壓力、位移量的影響各膨脹節(jié)生產(chǎn)廠，由于設(shè)計(jì)溫度 t、壓力 p 不同，采用的安全疲勞系數(shù) n 不同，f波紋補(bǔ)償器具有的性能相差很大。故設(shè)計(jì)選擇時(shí)一定要明確這些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)值。a. 溫度對(duì)壓力的影響如某公司7樣本列出溫度影響系數(shù) kt，見表 3。（此 300為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）兩者明顯不同，但 p =p/ kt0p 補(bǔ)償器額定壓力 mpa0p補(bǔ)償器實(shí)際壓力 mpab. 溫度對(duì)位移量的影響對(duì)各種不同材質(zhì)的波紋膨脹節(jié)，溫度對(duì)位移量（補(bǔ)償量）影響也不同。文獻(xiàn)2給出

9、了多種材料波紋管溫度對(duì)位移量的修正曲線。詳見圖 4a、4b。圖 4a 分析，q235a 材質(zhì)，150前不變化，300降為 0.75。從圖 4b 分析，不銹鋼 0cr19ni9 等材料，25開始變化 1.13，150降為 1.01 水平，250時(shí)為 1.00，至 350不變。可見不銹鋼在高溫度時(shí)位移量修正影響比 q235a 小。根據(jù)此性能，我們建議直埋蒸汽管外套管（外護(hù)管）如設(shè)有補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)選擇碳鋼 q235a 或相應(yīng)材料為宜，而工作管補(bǔ)償器就不能像過去有的廠家為“降低成本”夾設(shè)碳鋼材料在內(nèi)，此是危險(xiǎn)的。實(shí)踐證明，其壽命也確實(shí)不長(zhǎng)。精品文檔 精品文檔（4）膨脹節(jié)（補(bǔ)償器）補(bǔ)償量的確定綜上所述，膨脹

10、節(jié)的補(bǔ)償量相對(duì)不是一個(gè)定數(shù)，工作溫度影響壓力，同時(shí)也影響位移量。這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，必須通盤考慮許用疲勞壽命（次）、安全系數(shù)、實(shí)際的工作溫度、壓力和補(bǔ)償器可提供的位移（補(bǔ)償量）。建議，依照 cjj34-2002（j216-2002）設(shè)計(jì)規(guī)范10要求，蒸汽直埋保溫管道補(bǔ)償器宜按：通常工作壓力/公稱壓力=0.75，通常工作位移/額定位移=0.70，來選擇補(bǔ)償器，才能確保超常規(guī)安全裕度，使城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)壓力管道壽命在 25 年以上，點(diǎn)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)在7000 次水平。（5）熱網(wǎng)工程中波紋膨脹節(jié)損壞的事故分析波紋膨脹節(jié)是典型低頻疲勞部件（即頻率30m/s 以上，在三通、彎頭、閥門處形成湍流，使之補(bǔ)償器原設(shè)

11、計(jì)的導(dǎo)流筒低頻大幅震動(dòng)而破壞，特別是大口徑，大補(bǔ)償量導(dǎo)流筒 l460mm 以上更易發(fā)生導(dǎo)流筒疲勞斷裂，吹掉；3）設(shè)計(jì)或操作失誤，造成汽水沖擊，爆破性水錘，嚴(yán)重打（震）破波紋管元件；4）大口徑螺旋管道，因其內(nèi)應(yīng)力沒消除，使之恢復(fù)應(yīng)力造成波紋節(jié)扭曲破壞；5）安裝偏轉(zhuǎn)，固定墩發(fā)生滑移，應(yīng)力失去平衡，也是造成波紋元件扭轉(zhuǎn)（曲）變形破壞的原因之一。上述幾點(diǎn)，我們必須在設(shè)計(jì)、安裝、制造、操作中注意防范。43 柔性填料套筒補(bǔ)償器近年來，軍轉(zhuǎn)民，許多國(guó)防骨干企業(yè)轉(zhuǎn)民用發(fā)展，柔性填料套筒補(bǔ)償器誕生就是一例7。早在 1989 年經(jīng)省級(jí)技術(shù)鑒定，93 年又申請(qǐng)授權(quán)專利，94 年獲遼寧省高新技術(shù)金獎(jiǎng)的 rmt 型套筒

12、補(bǔ)償器實(shí)際應(yīng)用多年，效果良好。它補(bǔ)償量大，造價(jià)低，安全可靠（帶限位環(huán)）。泄漏小，壽命長(zhǎng) 810 年維修一次。在不停汽，不降低正常工作壓力的情況下，采用壓力槍注射密封填料為生產(chǎn)、維修帶來更大精品文檔 精品文檔方便。為提高使用壽命，內(nèi)筒采用噴射工藝，增強(qiáng)了防腐性能，消除 cl 離子晶格腐蝕和應(yīng)力腐蝕。結(jié)合管道分支、設(shè)閥井室操作，選用套筒式補(bǔ)償器作管道熱補(bǔ)償是科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全的。5結(jié)束語（1）蒸汽直埋管道熱補(bǔ)償，結(jié)合管路走向（路由）采用自然補(bǔ)償方式經(jīng)濟(jì)、合理、可靠、安全。使用推制彎管，消弱彎頭頂部最大環(huán)向應(yīng)力及與凸面相差1520最大軸向應(yīng)力區(qū)影響，避免彎頭焊口處綜合應(yīng)力大。最危險(xiǎn)3出現(xiàn)，是 l 型補(bǔ)

13、償有效措施。（2）z 型自然補(bǔ)償器，可看成 2 個(gè) l 補(bǔ)償組合。在保證短臂最小長(zhǎng)度，受力最大的是 z 型管道的兩個(gè)端點(diǎn)處，應(yīng)采用有效技術(shù)措施處理。（3）圖解 l 型補(bǔ)償器設(shè)計(jì)，除帶多分支、節(jié)點(diǎn)管道外，一般均可使用，是一經(jīng)濟(jì)、迅速的科學(xué)方法。（4）采用波紋膨脹節(jié)補(bǔ)償直埋蒸汽管道熱位移，是有效技術(shù)途徑之一。溫度、壓力，許多疲勞壽命和位移補(bǔ)償量應(yīng)科學(xué)確定。并留足夠的安全裕度。消除或減弱因補(bǔ)償器管道設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)帶來的事故隱患。（5）柔性填料套筒補(bǔ)償器在直埋管道設(shè)計(jì)時(shí)與井室結(jié)合應(yīng)用，效果好，節(jié)約投資，便于維修，使用壽命長(zhǎng)。（6）蒸汽直埋管道外護(hù)管補(bǔ)償時(shí)宜選用碳鋼波紋材質(zhì)補(bǔ)償器，不必用價(jià)格高不銹鋼補(bǔ)償器。上述之說，僅一孔之見，敬請(qǐng)指證。參考文獻(xiàn)1金屬波紋膨脹節(jié)通用技術(shù)案件國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 gb/t12777-992壓力容器波紋膨脹節(jié)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 gb16749-19973楊明學(xué) 直埋式預(yù)制高溫保溫管道的熱補(bǔ)償和設(shè)計(jì)新型建筑材料1999 年第 1 期4李永生 李建國(guó)波形膨脹節(jié)實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用5石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)第一篇設(shè)計(jì)與計(jì)算中國(guó)石化出版社1994 第 1 版6城市供熱管道用波紋補(bǔ)償器中華人民共和國(guó)建設(shè)