管道補(bǔ)償量的計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)

文章來源：http://www.jiaxuanmedia.cn 發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 瀏覽次數(shù)：82

管道補(bǔ)償量的計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)例為某煉油廠催化裝置余熱鍋爐部分改造工程省煤段由高溫省煤器至低溫省煤器的工藝管道。

管道介質(zhì)為再生煙氣(主要成分N2、CO2、O2，含少量SO2、SO3)，操作溫度為350℃，設(shè)計(jì)溫度為400℃，操作壓力為2kPa，

設(shè)計(jì)壓力為0．1MPa，管道管徑為DN3600(外徑:3520mm)，壁厚10mm，管道材質(zhì)為Q235Ｒ(GB9711)，腐蝕裕量為1．5mm，保溫厚度為150mm，保溫容重為200kg/m3。

2力學(xué)模型的建立基于管道走向和管道計(jì)算參數(shù)，利用CAESAＲII軟件進(jìn)行建模和應(yīng)力分析，管道節(jié)點(diǎn)模型見圖1。

圖中N+數(shù)字表示力學(xué)模型中的管道節(jié)點(diǎn)，管道總長為22．190m，彎頭彎曲半徑3．8m，補(bǔ)償器長5m，

節(jié)點(diǎn)N10和N120是與設(shè)備連接的進(jìn)出管口，采用點(diǎn)位移進(jìn)行約束，而不應(yīng)設(shè)為全固定約束。3

節(jié)點(diǎn)位置和補(bǔ)償器模型對管道應(yīng)力影響工程設(shè)計(jì)過程中，大直徑管道的徑向膨脹量不容忽視。

但常規(guī)小直徑管道應(yīng)力分析的力學(xué)模型是不考慮徑向膨脹的，所以本次力學(xué)模型通過改變節(jié)點(diǎn)約束位置的方法，實(shí)現(xiàn)徑向膨脹的模擬。

補(bǔ)償器廠家對于管道柔性的優(yōu)化，應(yīng)充分利用管道本身柔性的自然補(bǔ)償來補(bǔ)償管道的熱膨脹，

當(dāng)自然補(bǔ)償不能滿足要求時(shí)，可考慮采用波紋補(bǔ)償器來增加管道柔性。

結(jié)合本例管道的實(shí)際布置，考慮直徑大、熱膨脹大、安裝空間受限等原因，應(yīng)增設(shè)補(bǔ)償器，并因大拉桿橫向補(bǔ)償器具有補(bǔ)償量大，

無內(nèi)壓作用力，對支架作用力小，安全無泄漏和造價(jià)低等特點(diǎn)，采用大拉桿橫向補(bǔ)償器進(jìn)行模擬分析。

3．1兩種節(jié)點(diǎn)位置對管道應(yīng)力影響的比較應(yīng)力軟件CAESAＲII默認(rèn)節(jié)點(diǎn)位置為管心，因?yàn)閷τ诔Ｒ?guī)小直徑管道，

徑向膨脹量可忽略不計(jì);但本文管道徑向膨脹量為8mm，若忽略，很容易發(fā)生應(yīng)力超限導(dǎo)致的安全事故。

本文提供一種建模方法，補(bǔ)償器廠家可以模擬管道徑向膨脹，結(jié)果與公式計(jì)算所得一致。建模方法即新建一段剛性件，

設(shè)置3個(gè)參數(shù):材質(zhì)同管道，長度為管道半徑，方向垂直于管道軸線。軟件默認(rèn)節(jié)點(diǎn)在本文中稱為管心節(jié)點(diǎn)，

新建節(jié)點(diǎn)在本文中稱為管壁節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)約束和管道參數(shù)相同的情況下，僅通過調(diào)整節(jié)點(diǎn)約束位置，

即調(diào)整管心和管壁節(jié)點(diǎn)位置來進(jìn)行模擬比較，討論改變節(jié)點(diǎn)位置對管道模型應(yīng)力表2中兩種節(jié)點(diǎn)約束下得出的結(jié)果卻有較大差距，

對比如下:當(dāng)采用管壁節(jié)點(diǎn)約束時(shí)，二次應(yīng)力下的綜合應(yīng)力比值達(dá)到131．1%，驗(yàn)證了由于約束作用在管壁節(jié)點(diǎn)上，

限制了管道的徑向膨脹，以致管道應(yīng)力超限;補(bǔ)償器廠家認(rèn)為而當(dāng)采用管心節(jié)點(diǎn)約束時(shí)，二次應(yīng)力下的綜合應(yīng)力比值為6．3%，

但由于此時(shí)管道徑向膨脹沒有計(jì)入模擬，與管道實(shí)際熱脹不符，其應(yīng)力分析結(jié)果不能作為管道柔性設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)對比分析得到以下建議:

(1)大直徑高溫管道的應(yīng)力模擬分析，約束節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用管壁節(jié)點(diǎn);

(2)結(jié)合本例實(shí)際情況，將管壁節(jié)點(diǎn)N1015、N1035、N1045、N1080處約束類型由“+Y”改為“Hangers”后，得到二次應(yīng)力下的綜合應(yīng)力比值為5．6%，滿足管道柔性設(shè)計(jì)要求。