管道伸长量与管道补偿计算

原创 胡伟明  2019-11-11 10:30:00  阅读 898 次 评论 0 条
摘要:

引    言热胀冷缩是一个很自然的现象,在管道施工过程中因为这个原因,我们通常需要知道因为温度管道会伸长多少或缩短多少,从而采用合理的补偿以消除这部分影响。常用的补偿措施有自然补偿与增加管道补偿器。自然补偿是利用管路自然转弯形成的具有弹性的几何形状来吸收管道的热伸长。自然补偿简单、经济,在设计中应充分加以利用。在供热管线设计中经常采用L形和Z形弯管。管道补偿器是专门用来吸收管路热伸长的装置。常用的补偿器有波纹管补偿器、方形补偿器、套筒补偿器等。管道伸长量管道伸长量量,按下式进


引    言
热胀冷缩是一个很自然的现象,在管道施工过程中因为这个原因,我们通常需要知道因为温度管道会伸长多少或缩短多少,从而采用合理的补偿以消除这部分影响。常用的补偿措施有自然补偿与增加管道补偿器。
自然补偿是利用管路自然转弯形成的具有弹性的几何形状来吸收管道的热伸长。自然补偿简单、经济,在设计中应充分加以利用。在供热管线设计中经常采用L形和Z形弯管。
管道补偿器是专门用来吸收管路热伸长的装置。常用的补偿器有波纹管补偿器、方形补偿器、套筒补偿器等。

管道.jpg

管道伸长量
管道伸长量量,按下式进行计算:
ΔL=α*(t1-t2)*L
式中:
ΔL:管道伸长量,m;
α:管道线膨胀系数,1/K或1/℃;温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管道的线膨胀系数。
t1:管道运行是的介质温度℃;
t2:管道安装时的温度℃,可取20℃;
L:计算管段的长度,m;
不同材质管材的线膨胀系数:

管道线膨胀系数.png

例1:一段输送饱和水蒸汽的管道,材质为碳素钢,压力0.6Mpa,温度165℃,长度20m,试计算此段管道的热伸长量。
ΔL=α*(t1-t2)*L=12/1000000*(165-20)*20=0.0348m=34.8mm
如果温度是低于20℃的则计算的是管道缩短量。
热应力
如果管道两端不固定,允许它自由伸缩,则热伸缩量对管子的强度没有什么影响。若在管子的两端加以限制,阻止管子伸缩,这时在管道内部将产生很大的热应力,热应力的计算式为:
σ=E*ε
式中:
σ:管道受热时所产生的热应力MN/m2;
E:管材的弹性模量,MN/m2
ε:管段的相对变形量;ε=ΔL/L
即上式可改写为:
σ= E*α*(t1-t2)
同样上面的例子中管道的热应力为
σ= E*α*(t1-t2)=206000*12/10000000*(165-20)=358.44 MN/m2
超过一般钢管及接头等配件的容许应力σ钢=129.45MN/m2,所以需要设置补偿,可以采用自然补偿或增加补偿器。
自然补偿

(1) L形直角弯自然补偿

L形自然补偿.png

计算公式:

L形自然补偿计算公式.png

l:L形自然补偿短臂长度,m;
ΔL:长臂的热伸长量,mm;
D:管道外径,mm;
同例1中假定管道外径为219mm则采用L形自然补偿需要的长度为:
L=5.544m

(2)Z形自然补偿

Z形折角自然补偿.png


计算公式:


Z形折角自然补偿计算公式.png

式中:

l:Z形自然补偿短臂长度,m;

ΔL:(L1+L2)总热伸长量,mm;

E:管道材料的弹性模量,Mpa;

Dw:管道外径,mm;

σbw:弯曲应力,采用[σbw]≤80Mpa,一般取70~80Mpa;

n:等于(L1+L2)/L1,且L1<L2;

同例1,假定管径为219mm,L1为20m,L2为25m

n=(20+25)/20=2.25

ΔL=12/10000000*(165-20)*(20+25)=0.0783m=78.3mm

l=2.86m

结束语
本文介绍了管道因为热胀冷缩而造成的伸长量与自然补偿计算,采用自然补偿需要注意以下几点:
1:当弯管转角小于150°时,能用作自然补偿;大于150°时不能用作自然补偿;
2:自然补偿的管道臂长一般不应超过25m,弯曲应力不应超过80Mpa。
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