管道波紋補償器計算方法，為保證管道在熱狀態下的穩定和安全,減少管道熱脹冷縮所產生的應力,在配管設計時管道上每隔一段距離應裝設固定支架及補償裝置,補償一般分自然補償和人工補償2種。
自然補償是利用管道系統中由于布置而出現的彎頭、垂直和水平等空間走向的形狀,引起管道本身彈性彎曲和扭轉變形,以達到熱脹和冷縮的要求。
人工補償是在有熱脹或冷縮的管道上人為裝設專門的管道補償器,如套筒補償器、球形補償器、波紋管補償器和旋轉補償器等。
蒸汽管道補償器因其自身的柔性而具有補償功能,在整個管系中是最脆弱的環節。如某1 km的 273 mm× 7mm熱網管道,工作壓力1. 8 MPa,工作溫度350℃ ,
其上一只大拉桿波紋管補償器在管道正常運行1年后發生爆炸,附近建筑物面目全非,幸無人員傷亡。后運用CASEAR II反復計算,
只需將個別固定點松開,整根管道利用自身的柔性就能滿足熱補償的要求,根本無需采用補償器。
因此,在配管設計中應充分利用管道本身的柔性進行補償,當空間位置受到限制,自補償不能滿足要求時,才考慮增設補償器。
管道的兩端點間,無限位支吊點的無分支的管道,其自補償能力是否滿足要求,可采用如下方法核算。
a)彈性指標法[1],根據ANSI提供的公式進行核算。
DN Δ總(L -r)2≤ 2. 083式中,DN———管道的公稱直徑,mm;Δ總———管系的總變形量,cm,Δ總= ΔX2+ΔY2+ΔZ2;L———管系在兩固定端之間的展開長度,m;r———兩端固定點之間的直線距離,m。
當計算結果滿足上述判斷式時,則管段的自然補償能力可以認為滿足要求。
b)查圖法,根據公式計算坐標(u,v)的值。
u= L/r -1v= nDw/L式中,L———固定點間的管道展開長度,m;r———固定點間的直線距離,m;Dw———管道外徑,mm;n———管道強度特性,n= 10 -3 Etα t(t-ter),其中t為設計溫度,℃ ;ter為設計安裝溫度,℃ ;Et為設計溫度下管材的彈性模量,kN/mm2;αt為設計溫度下管材的線膨脹系數,× 10 -6 /℃。
當求出的坐標(u,v)值在圖1上查得的對應點落在A區域時,則管道可滿足自補償;當落在B區域時,必須精確計算后確定;當落在C區域內,則不能滿足自補償。
特定的管系能否依靠自身的彈性變形來吸收熱膨脹,必須通過計算進行判定。
熱力管道補償器設計的核心是管道的應力分析計算,由于應力計算軟件的普及,蒸汽管道的設計變得更為方便。采用應力分析軟件進行應力計算,主要工作在于建模,一般步驟如下:
(1)依據地形、地貌和設計者的經驗,繪制初步的管線布置圖,以固定支架和設備劃定需要計算的管道系統;
(2)進入程序界面,正確設置配置文件;
(3)根據程序提示,輸入管系的各項計算參數,如設計壓力、設計溫度、管徑、材質以及管件、支吊架形式和位置等,程序將對水壓試驗工況、冷態、熱態及支吊應力進行靜態和動態分析,若應力分析未通過,
此時調整管道的走向,改變補償結構或改變支架、吊架的形式和位置,重新驗算直至合格通過。
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