热力管道波纹补偿器的计算和选型，热力管道的敷设方式的确定应考虑在地区的气象、水文地质、地形地貌、建筑物及交通线的密集程度,
并考虑到技术经济合理、维修管理方便等因素。在工厂中工艺及热力管线敷设经常选用中支架架空敷设。
1.管道的热补偿计算为了保证管道在热状态下的稳定和运行安全可靠性,减小管道热胀冷缩时所产生的应力,管道每隔一定距离应当装设固定支架及补偿装置。
当管径较大(300mm以上)及压力较低(0.06MPa以下)时,可采用波纹管补偿器进行补偿。
例如某工程锅炉尾气管道直径为1100mm,工作压力为0.1MPa,工作温度为250℃,全线距离为200m。每隔50m设一固定支架,管道的热伸长量用下式计算:
L=al(t2-t1)×1000(mm)L—管道热伸长量(mm)℃,a—管材的线膨胀系数(m/m℃),
l—二固定支架的直线距离(m),t2—供热介质量高温度(℃),t2—管道安装温度(℃),一般取-5℃。
根据上式可以得出尾气管道的热伸长量为:
L=153mm2波纹补偿器在管道上合理的布置波纹补偿器在管道上合理的布置,
直接关系到波纹补偿器对固定支架轴向推力的大小,也就关系到轴向荷载的大小,最终归因为管架结构的设计难度及工程造价。
某工程中我们采取了不锈钢波纹补偿器对称布置,使得中间固定支架所受到的来自波纹补偿器所产生的内压力及弹性力是大小相等方向相反的轴向推力,
根据力学的基本原理得出合力为零3波纹补偿器对固定支架推力计算以往我们在热力管道敷设上不常使用波纹补偿器的主要原因之一是波纹补偿器对固定支架轴向推力太大。
热力管道波纹补偿器对固定支架轴向推力一般有三项:
3.1波纹管拉伸或压缩时产生的弹性力Pt=1.25π(1-β)·δ2σsk(kg)Pt:一级波拉伸或压缩时产生的弹性力;
β:既=d/D值(d:管子内径,D:波纹补偿器外径);δ:伸缩器壁厚;σ:伸缩器钢材的屈服极限(kg/m2);k:安全系数,一般取k=1.2。
我们在实际工程中应根据管道的热补偿量选择波纹补偿器的波数,试运行波纹补偿器拉伸或压缩时产生的弹性力,
如果弹性力太大应增加波纹补偿器的波数,因为波数与弹性力成反比,即波数增加波纹补偿器的刚度降低,所产生的弹性力降低,
初选波纹补偿器的波数后应进行经济比较及考虑施工现场的实际情况,最后确定波数。这就需要与生产波纹补偿器的厂家联系,
根据该波纹补偿器厂家产品的各项技术性能指标计算波纹补偿器的弹性力。
3.2由于介质内压作用于波壁上的轴向推力Pn=p·d9.8×104kΥ(kg)Pn:介质内压作用于波壁上的轴向推力;
p:管内介质工作压力(Pa);d:管子内径(mm);k:安全系数,一般k=1.2;Υ:计算系数。
3.3当管子上有堵头或阀门时,由内压作用于盲板上的轴向推力Pc=π·d39.8×104×4·p(kg)Pc:波纹补偿器的盲板力;d:管子内径(mm);p:
管内介质工作压力(Pa)。
3.4热力管线对固定支架的轴向推力计算∑Px=P1+Pn+Pc+Pm(kg)P1、Pn、Pc:为波纹补偿器对固定支架的轴向推力;Pm:热力管道摩擦水平推力。
Pm=q·μ·l(直管段)q:管路的单位重量(kg/m2);l:二管架间的管段长度(m);μ:摩擦系数(钢与钢接触μ=0.3,低摩擦复合管托μ=0.1)。
在实际工程中热力管道对固定支架的轴向推力应考虑到以下两个方面:
(1)由于管路刚输送蒸气或其它介质时,固定管架两侧因管路不同所引起的反弹力差,一般取均衡系数0.8。
(2)管路的牵制作用。由于在工厂管架上,一般情况敷设成组的管路,管路与管路之间存在相互牵制作用,即热管推动管架位移,
冷管及已膨胀结束的热管则阻止管架位移,因此管路所产生的水平推力相互抵消了一部分。管与管之间牵制作用的多少取决于以下因素:
管路根数的多少,管路越多,牵制作用越大;高温管路偏设一侧时,牵制作用小;常温和高温,管径大和管径小的管路相间排列越均匀,
牵制作用越大;管路于管路之间不同时启动运行,不同时升温,则牵制作用越大。由以上因素可以得出多根管路架空敷设对固定支架的轴向推力应为:
∑Px=0.8·(∑Pt+∑Pn+∑Pc+∑Pm)·ФФ:为管路之间的牵制系数。
4.波纹补偿器的选型
我们以前在热力管网中不常使用波纹补偿器的主要原因是因为它对固定支架的轴向推力太大。
目前波纹补偿器的厂家研制出一种变推力型波纹管补偿器,也叫压力平衡式波纹补偿器,
其特点是可改变介质内压作用波壁上的轴向推力及盲板力的大小,进而减小或消除这两个对固定支架的轴向推力。
∑Px=0.8·(∑Pt+Pm)Ф(全平衡式波纹补偿器)Px:热力管道对固定支架的轴向推力。
由以上五个方面探讨可以得出当热力管道管径较大、温度较高时其管路可适用于波纹补偿器进行管路补偿。
