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淺談管道補(bǔ)償器的使用說明

2017-3-3 10:43:14??????點(diǎn)擊:

由于工作介質(zhì)及環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致管道長度發(fā)生變化,并產(chǎn)生拉(壓)應(yīng)力,當(dāng)超過管道本身的抗拉強(qiáng)度時(shí),會(huì)使管道變形或破壞。為此,在管道局部架空地段應(yīng)設(shè)置補(bǔ)償器,即膨脹節(jié)。使由溫度變化而引起管道長度的伸縮加以調(diào)節(jié)得到補(bǔ)償

一、波紋膨脹節(jié)的形式

波紋管配備相應(yīng)的構(gòu)件,形成具有各種不同補(bǔ)償功能的波紋膨脹節(jié)。按補(bǔ)償形式分為軸向型、橫向型、角向型及壓力平衡型。

軸向型

普通軸向型、抗彎型、外壓型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。

橫向型

單向橫向型、萬向鉸鏈橫向型、大拉桿橫向型、小拉桿橫向型。

角向型

單向角向型、萬向角向型。

以上是基本分類,每類都具備共同的功能。在一些特定情況還可以有特殊功能,如耐腐蝕型、耐高溫型。按特定場(chǎng)合的不同,分為催化裂化裝置用、高爐煙道用。按用于不同介質(zhì)分為:熱風(fēng)用、煙氣用、蒸汽用等。

二、波紋膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)

1.軸向型波紋膨脹節(jié)

普通抽向型

是最基本的軸向膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)。其中支撐螺母和預(yù)拉桿的作用是支撐膨脹節(jié)達(dá)到最大額定拉伸長度和到現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)調(diào)整安裝長度(冷緊)。如果補(bǔ)償量較大,可用兩節(jié),甚至三節(jié)波紋管。使用多節(jié)時(shí),要增加抗失穩(wěn)的導(dǎo)向限位桿。

抗彎型

增加了外抗彎套筒,使整體具有抗彎能力。這樣可以不受支座的設(shè)置必須受4D、14D的約束,支架的設(shè)置可以將這段按剛性管道考慮。

外壓型

這種結(jié)構(gòu)使波紋管外部受壓,內(nèi)部通大氣。外殼必須是密閉的容器,它的特點(diǎn)是:
1
)波紋管受外壓不發(fā)生柱失穩(wěn),可以用多波,實(shí)現(xiàn)大補(bǔ)償量。
2
)波紋內(nèi)不含雜污物及水,停汽時(shí)冷凝水不存波紋內(nèi)可從排污閥排掉,不怕冷凍。
3
)結(jié)構(gòu)稍改進(jìn)也具有抗彎能力。

直埋型

它的外殼起到井的作用,把膨脹節(jié)保護(hù)起來.密封結(jié)構(gòu)防止土及水進(jìn)入。實(shí)際產(chǎn)品分防土型和防土防水型。對(duì)膨脹節(jié)的特殊要求是必須與管道同壽命。

一次性直理型

它的使用是裝在管線上后整個(gè)管線加熱升溫到管線的設(shè)計(jì)溫度范圍的中間溫度,管線伸長,波紋管被壓縮,兩個(gè)套筒滑動(dòng)靠近,然后把它們焊死,再由檢壓孔打壓檢驗(yàn)焊縫不漏即可。它的特點(diǎn)是:
1
)焊死后波紋管再不起作用,它的壽命一次就夠。
2
)波紋管的設(shè)計(jì)壓力按施工加熱的壓力設(shè)計(jì)。材質(zhì)用普通碳鋼。

2.橫向型波紋膨脹節(jié)

單向橫向型

它只能在垂直于鉸鏈軸的平面內(nèi)彎曲變形。

萬向橫向型

它可以對(duì)不在一個(gè)平面內(nèi)的空間管道進(jìn)行各方向的補(bǔ)償變形。

大拉桿橫向型

它屬于萬向橫向型,除了可以承受較大的橫向變形,還能吸收中間長接管的熱變形。如果不需要用拉桿平衡內(nèi)壓的推力,它還可以補(bǔ)償來自管線的軸向變形,即所謂“萬能膨脹節(jié)”。由干彎曲和軸向變形同時(shí)發(fā)生且軸向變形由兩個(gè)波紋管均擔(dān),則要求它們的變形量要在膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)上給以限位,以便均勻分配各波紋管的變形量,使其各自的變形量都小超過額定值。

小拉桿橫向型

在需要由拉桿平衡內(nèi)壓推力時(shí),它可以進(jìn)行橫向和自身熱變形補(bǔ)償。如不需拉桿平衡內(nèi)壓推力,它可以承受軸向補(bǔ)償,這也是萬能膨脹節(jié)的一種。橫向膨脹節(jié)具有下列優(yōu)點(diǎn):① 能進(jìn)行大位移補(bǔ)償。② 內(nèi)壓引起的軸向力由自身的拉桿及鉸鏈平衡,使它的支架成為次固定支架,降低支架的造價(jià)。③ 拉桿橫向式還具有吸收軸向變形的能力,在變形較復(fù)雜的管線上可以發(fā)揮它的作用。④ 它更大的優(yōu)點(diǎn)是由子在結(jié)構(gòu)上受拉桿及鉸鏈的保護(hù),對(duì)管道的安裝誤差甚至事故不像軸向膨脹節(jié)那樣敏感,有時(shí)即使有管道事故也不致?lián)p壞膨脹節(jié)。在管系設(shè)計(jì)中如果可能盡量用橫向型膨脹節(jié)。

3.角向型波紋膨脹節(jié)

單向角向型

它只能彎曲變形,形成角位移。內(nèi)壓推力由鉸鏈承受。

萬向角向型

萬向角向型波紋膨脹節(jié)特點(diǎn)是采用萬向鉸鏈,可以在過軸線的任何平面內(nèi)彎曲。角向型一般由兩個(gè)或三個(gè)組合使用補(bǔ)償線位移。

4.力平衡型波紋膨脹節(jié)

波紋膨脹節(jié)內(nèi)壓推力比較大,易對(duì)相連的設(shè)備產(chǎn)生不良影響。力平衡型膨脹節(jié)通過自身結(jié)構(gòu)使內(nèi)壓引起的推力保持平衡.而不作用或很少作用于相連的設(shè)備,且能保持本身的軸向補(bǔ)償功能。

直管力平衡型

它由兩個(gè)工作波紋管,一個(gè)平衡波紋管及端板、平衡拉桿組成。其中的關(guān)鍵是平衡波紋管的有效面積必須是工作波紋管有效面積的兩倍,這樣工作波紋管內(nèi)壓引起的向外側(cè)的軸向推力通過平衡拉桿被平衡波紋管因內(nèi)壓引起的相反方向的推力所抵消,而無軸向推力輸出,管道或設(shè)備不再受力在正常的補(bǔ)償過程中,它自身的力平衡關(guān)系不變。

彎管力平衡型

這是用于管道轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行軸向、橫向或兩者組合補(bǔ)償。由工作波紋管和平衡波紋管及平衡拉桿、彎頭組成。平衡波紋管的有效面積必須與工作波紋管的有效面積相等,則內(nèi)壓引起的軸向推力正好方向相反,大小相等。通過拉桿相抵消。橫向位移校大時(shí)可用兩個(gè)工作波紋管,如橫向位移和軸向位移都比較小,可用一個(gè)工作波紋管。

注:以上膨脹節(jié)類型均參照石家莊巨力科技有限公司樣本。

三、            由于溫度變化引起鋼管的伸縮量計(jì)算

  

      伸縮量(mm)

      線膨脹系數(shù)(鋼:

管道長度(mm)

溫度(

    —變化前溫度    —變化后溫度

由上式可以得出:每米鋼管溫差時(shí),伸縮量為0.012mm,即若升高,則伸長1.2mm。

四、            由于溫度變化引起鋼管的伸縮應(yīng)力計(jì)算

   —應(yīng)力(帕)

              —彈性模量(鋼:帕)

               —溫度(

              —線膨脹系數(shù)(

 =

由上式可得出:每溫差應(yīng)力值為2.47兆帕,即

例:Dg1000毫米管道,厚6毫米

 則:承受力=4683

即:當(dāng)溫差時(shí)承受4683的拉(壓)應(yīng)力。

五、            膨脹節(jié)預(yù)變位安裝的計(jì)算:

  安裝前,對(duì)于補(bǔ)償量大的膨脹節(jié)可進(jìn)行預(yù)變行安裝,這樣可以增加膨脹節(jié)的疲勞壽命、減少膨脹節(jié)的彈性反力,從而減少膨脹節(jié)對(duì)固定支架的推力。對(duì)于補(bǔ)償量小的膨脹節(jié),一般不進(jìn)行預(yù)變行。用于吸收震動(dòng)的膨脹節(jié),不要進(jìn)行預(yù)變形。

     預(yù)拉量按下式計(jì)算:

  

式中:—補(bǔ)償器的補(bǔ)償量,mm

—管道安裝溫度,

—管道最低溫度,

—管道運(yùn)行時(shí)的最高溫度,

對(duì)于高溫管道(),預(yù)拉量為正,應(yīng)將補(bǔ)償器預(yù)拉伸;對(duì)于低溫管道(),預(yù)拉量為負(fù),應(yīng)將補(bǔ)償器預(yù)壓縮。熱力管道屬于前者。當(dāng)時(shí),,所以一般資料介紹,預(yù)拉量可以取補(bǔ)償量的一半,但是這一結(jié)論的前提是管道的安裝溫度與最低溫度近似相等。當(dāng)時(shí),;當(dāng)時(shí),。

在分析管道軸向力的同時(shí),還應(yīng)注意到管道的橫向推力,由于在安裝管道時(shí),管線的布置不可能絕對(duì)平直,因此受熱后不僅軸向移動(dòng),還會(huì)造成徑向位移。如果導(dǎo)向支架不能承受所加的橫向載荷或?qū)蚧鍌?cè)形狀不規(guī)則、表面粗造等,其摩擦阻力隨橫向推力的增大而增大,所以對(duì)平衡式波紋管補(bǔ)償器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)導(dǎo)向問題也進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì),以保證其橫向摩擦力最小,能最大限度地保證管道的安全運(yùn)行。

當(dāng)管道輸送常溫介質(zhì)時(shí):

安裝前應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)將波紋管補(bǔ)償器預(yù)先壓縮或拉伸到“零點(diǎn)溫度”(施工地區(qū)年平均溫度)時(shí)的長度再進(jìn)行安裝,此方法稱預(yù)拉伸。

預(yù)拉伸的長度可通過下式求得:

      ─拉伸或壓縮的長度(mm)

               ─溫度(

                L─補(bǔ)償器的長度(mm)

                C─管壁線膨脹系數(shù)(

               

 式中:─零點(diǎn)溫度,即施工地區(qū)的年平均那溫度

       ─安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)溫度

    當(dāng)時(shí),為正數(shù),需要將補(bǔ)償器波紋管進(jìn)行壓縮。

    當(dāng)時(shí),為負(fù)數(shù),需要將補(bǔ)償器波紋管拉伸。

例:設(shè)計(jì)極端最高溫度42.5,極端最低溫度-19.7

全年平均溫度:

例如1:夏天,安裝溫度為30時(shí),管道長度為50米時(shí),L管壁線膨脹系數(shù):=

            =11.16(mm)

   為正數(shù),需將波紋管補(bǔ)償器壓縮11.16毫米。

例如2:冬天,安裝溫度為0時(shí),管道長度為50米時(shí),L管壁線膨脹系數(shù):=

            =-6.84(mm)

   為負(fù)數(shù),需將波紋管補(bǔ)償器拉伸6.84毫米。

六  限位螺栓的設(shè)置

   補(bǔ)償器在運(yùn)行過程中,由于存在內(nèi)壓推力和彈性反力,會(huì)對(duì)補(bǔ)償器兩端的固定支座或其它設(shè)備產(chǎn)生巨大的推力,如不設(shè)法抵消這種力,就必將造成管線、支座或其它設(shè)備結(jié)構(gòu)的破壞。限位螺栓就是為了克服這種力而設(shè)置的。限位螺栓一般四組,兩端國定在端板上,由大拉桿、螺母及球面墊圈組成,其計(jì)算見GB/T12777-2008《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》中的規(guī)定。

  波紋管兩端的固定支架或設(shè)備所受水平推力公式:

            

     式中     波紋管平均直徑

             波紋管的軸向剛度 補(bǔ)償器的軸向位移

  可以看出,補(bǔ)償器對(duì)兩端的推力是由(盲板力)和(補(bǔ)償器的彈性反力)組成的,由于設(shè)置了限位螺栓,所以,補(bǔ)償器對(duì)兩端的推力只有

例:有一工程的冷凍水管為DN450的螺紋鋼管,為了抵消冷凍水管內(nèi)溫差而產(chǎn)生的變形,就在管道上設(shè)置了金屬波紋管膨脹節(jié)。

該膨脹節(jié)對(duì)支架的推力如下:根據(jù)該膨脹節(jié)的剛度K為459N/mm,膨脹節(jié)的位移為25mm,冷凍水管的試驗(yàn)壓力P為1.6 Mpa,而其有效壓面積A為2075。

故:Kg=34.34噸

拉桿計(jì)算:根據(jù)GB/T12777-2008的規(guī)定:

 =

則拉桿的直徑,取安全系數(shù)1.2,

所以此膨脹節(jié)對(duì)支架的推力為:

綜上所述,金屬波紋管膨脹節(jié)是一個(gè)即脆弱又重要的環(huán)節(jié),在實(shí)際施工過程中,我們按照以上的正確方法預(yù)拉(壓)后進(jìn)行安裝,通過有關(guān)力學(xué)計(jì)算,按照實(shí)際的需要是否設(shè)置大拉桿型及其它約束型膨脹節(jié),使整個(gè)管線長期、穩(wěn)定、安全的工作。可參照石家莊巨力科技有限公司產(chǎn)品樣本。

 七 一般安裝要求

  1、補(bǔ)償器在安裝前應(yīng)先檢查其型號(hào)、規(guī)格及管道配置情況,必須符合設(shè)計(jì)要求,包括產(chǎn)品外觀檢查,特別是波紋管表面有無運(yùn)輸及吊運(yùn)中造成的機(jī)械損傷。

  2、當(dāng)設(shè)計(jì)不要求進(jìn)行預(yù)變位安裝時(shí),則在整個(gè)安裝期間不要松動(dòng)定位螺母或拆除運(yùn)輸拉桿或“過橋”,當(dāng)膨脹節(jié)和各類管架都裝設(shè)完畢檢查合格后,壓力試驗(yàn)前,必須立即將大拉桿上內(nèi)側(cè)定位螺母擰至螺紋根部,立即拆除專用運(yùn)輸螺桿或“過橋”。注意,不要松動(dòng)大拉桿外側(cè)螺母。

  3、安裝方向:裝有導(dǎo)流筒的膨脹節(jié)上附設(shè)有介質(zhì)流向標(biāo)牌,與介質(zhì)流向一致,防止倒坡向,沖蝕及腐蝕波紋管,影響介質(zhì)流速。

  4、安裝誤差:對(duì)連接膨脹節(jié)兩端的管道的端面或法蘭端面尺寸偏差和位置偏差如下:

       ⑴ 面間長度偏差:

       ⑵ 面間同軸度偏差: 管道公稱通徑)

       ⑶ 各面對(duì)其管道軸線垂直度偏差

  同時(shí),安裝時(shí)不要使膨脹節(jié)承受扭矩,嚴(yán)禁用補(bǔ)償器的變形方法來調(diào)整管道的安裝誤差。

   5、用來保護(hù)和預(yù)變性的輔助構(gòu)件,應(yīng)該在管道安裝完并試壓完畢后方可拆除。通用型膨脹節(jié)把運(yùn)輸拉桿的螺母擰到螺紋根部或去掉;大拉桿膨脹節(jié)把大拉桿內(nèi)側(cè)螺母擰至螺紋根部,運(yùn)輸拉桿螺母處理方式同通用型膨脹節(jié);補(bǔ)償器所有活動(dòng)元件,不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動(dòng)范圍,應(yīng)保證活動(dòng)部件的正常運(yùn)行。

   6、系統(tǒng)壓力試驗(yàn)

試驗(yàn)壓力不得超過規(guī)定值(常溫水壓試驗(yàn)不得超過設(shè)計(jì)壓力的1.5倍,氣壓試驗(yàn)不得超過設(shè)計(jì)壓力的1.1倍)。對(duì)不銹鋼波紋管,水壓試驗(yàn)用水應(yīng)不含氯離子。系統(tǒng)壓力試驗(yàn)必須在所用管架和膨脹節(jié)都裝設(shè)好之后進(jìn)行。

   7、膨脹節(jié)與管道的裝配

      預(yù)變位膨脹節(jié),預(yù)位后于管道裝配,預(yù)變位前拆除專用運(yùn)輸螺母或“過橋”。不要求預(yù)變位安裝推薦采用:

        ⑴預(yù)留間距裝配法;⑵順序裝配法。

 八  膨脹節(jié)的安裝和使用要求

1、補(bǔ)償器在安裝前應(yīng)先檢查其型號(hào)、規(guī)格及管道配置情況,必須符合設(shè)計(jì)要求。
   2、對(duì)帶內(nèi)套筒的補(bǔ)償器應(yīng)注意使內(nèi)套筒子的方向與介質(zhì)流動(dòng)方向一致,鉸鏈型補(bǔ)償器的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)平面應(yīng)與位移轉(zhuǎn)動(dòng)平面一致。

   3、需要進(jìn)行“冷緊”的補(bǔ)償器,預(yù)變形所用的輔助構(gòu)件應(yīng)在管路安裝完畢后方可拆除。
   4、嚴(yán)禁用波紋補(bǔ)償器變形的方法來調(diào)整管道的安裝超差,以免影響補(bǔ)償器的正常功能、降低使用壽命及增加管系、設(shè)備、支承構(gòu)件的載荷。
   5、安裝過程中,不允許焊渣飛濺到波殼表面,不允許波殼受到其它機(jī)械損傷。
   6、管系安裝完畢后,應(yīng)盡快拆除波紋補(bǔ)償器上用作安裝運(yùn)輸?shù)狞S色輔助定位構(gòu)件及緊固件,并按設(shè)計(jì)要求將限位裝置調(diào)到規(guī)定位置,使管系在環(huán)境條件下有充分的補(bǔ)償能力。
   7、補(bǔ)償器所有活動(dòng)元件不得被外部構(gòu)件卡死或限制其活動(dòng)范圍,應(yīng)保證各活動(dòng)部位的正常動(dòng)作。
   8、水壓試驗(yàn)時(shí),應(yīng)對(duì)裝有補(bǔ)償器管路端部的次固定管架進(jìn)行加固,使管路不發(fā)生移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)用于氣體介質(zhì)的補(bǔ)償器及其連接管路,要注意充水時(shí)是否需要增設(shè)臨時(shí)支架。

水壓試驗(yàn)用水清洗液的96氯離子含量不超過25PPM。
   9、水壓試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)盡快排波殼中的積水,并迅速將波殼內(nèi)表面吹干。
   10、與補(bǔ)償器波紋管接觸的保溫材料應(yīng)不含氯離子。

九 膨脹節(jié)的許用疲勞壽命

   補(bǔ)償器中的波紋管元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)到其原來狀態(tài)而留有殘余應(yīng)力,往復(fù)循環(huán),殘余應(yīng)力累積到一定程度,波紋管就會(huì)產(chǎn)生腐蝕破壞,而破壞的循環(huán)次數(shù)稱之為補(bǔ)償器的疲勞壽命。實(shí)際應(yīng)用時(shí),取一定的安全系數(shù)倍數(shù)。補(bǔ)償器的許用疲勞壽命,而一般為1015,由于有些廠家設(shè)計(jì)選取值不同,也大不相同,一般要求1000次以上。

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