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第5期
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波纹补偿器与支架在热水供热系统中的合理布置
刘佳明,杨宏丽
(西安长庆科技工程有限资任公司,映西西安710018)
[摘要]在热水供热管网设计中,应正确计算管线所受应力,合理设置国定支架和补偿器。波纹补偿器作为结构紧凑、补
偿性能良好、沆动阻カ小,维护使用简便的补偿元件,在エ业和民用热力管道上大量采用。本文用一个工程实例,介绍了
波纹补偿器的合理布置。
[关键词]供热管道;热仲长量;固定支架;波鈫补偿器;设计
热水供热系统中,因管道的热胀冷缩会产生定支架和次固定支架。
热位移现象。在管网设计中,为保证管道在热状
主固定支架一般承受以下几种作用力:
态下稳定和安全运行,减少管道热胀冷缩时产生
F+=Fn+F++P
的应力,管道上每隔一定距离应设置固定支架及
(2)
热力补偿装置。现行规范中并未对设计时依据的
式中:F主主固定支架所受合力,N;F-管道
伸缩量、管径等条件进行明确规定,设计人员在工作压力产生的推力合力,N;Fk-补偿器的刚性
计算固定支架位置和补偿器数量上存在着一些差力,N:F热位移产生的摩擦力,N
异。本文通过工程实例中的问题,正确计算管线
F=PA
(3)
所受的各种作用力,提出合理设置固定支架和波
式中:P-管道的最高工作压力,MPa:A-补偿
纹补偿器的方法,并归纳总结了应注意的事项
器的有效截面积,mm2
1设计计算
Fk=K△L
1.1热伸长量的计算
式中:K-补偿器的刚度系数,N/mm;△L-管
根据每段管线的长度、管线的材料及工作温
道热伸长量,mm。
度,可正确计算该管段的热伸长量,公式如下;
次固定支架设置在补偿器之间,起分割补偿
△L=aL(セ-t1)×102(1)
作用,是不受压力产生推力作用的支架,一般承
受以下几种作用力
式中:ΔL-管道热伸长量,mm;a-管材的
线膨胀系数,m/m℃;L-两固定支架间直线距
F次一Fx+Fr
离,m;t-供热介质最高温度,℃;t-管道安装温
式中:F次-次固定支架所受合力,N;Fx补偿
度,℃。
器的刚性力,N;F热位移产生的摩擦力,N。
Fk=K△L
A
B
式中:K-补偿器的刚度系数,Nmm;ΔL-管
道热伸长量,mm。
1.3导向支架
导向支架是用于确保管线位移沿着预定方
向补偿的支架,该支架数量及位置可根据相关设
图1直段热位移示意图
计手册计算。各支架之间的距离可按以下原则确
定
1.2固定支架作用力计算
固定支架起分割补偿段、设置零点位移、确作者简介:刘佳明(1984-),男,甘肃平凉人,2006年毕业
保补偿段内补偿器正常工作的作用。它分为主固
于岛理工大学建筑环境与设备工程专业,学士,工程师。现从
事油田供热工程设计工作。
石油和化工设备
40-■技术交流
2012年第15卷
Dn
ADN
≤4D
I4DN
Lmax
1-固定支架;2-补偿器;3-导向(滑动)支架
图2轴向补偿器支架布置图
Lmax计算方法如下
Lmax=1.57
管线热膨胀前一ーー+-ーーーー
PA±ん△L
式中:Lmax-最大导向间距,m;E-管子弹性
222
模量,MPa;[-管子断面惯性矩,mm1;P-丁作压
力,MPa:;A-补偿器有效面积,mm2;△L一补偿
器伸缩量,mm;K补偿器的刚度系数,N/mm。
该式中,当补偿器受压缩时采用+K?△L,受管线热膨胀后
拉伸时采用-K?△L。
E UUUUUUUU
2工程案例
2.1概述
长庆油田某站场95/70℃热水供热系统,运行压
图3波纹补偿器动作示意图
力0.4-0.55MPa,管线采用架空敷设。投运半年后发
现有多处直管段扭曲变形,且保温层破裂,部分支2
2热力分析及计算
架倾斜,无法承受管线压力。局部管线甚至出现漏
本次计算主要针对管线的膨胀量及所受应力
水现象,供热效果较差,一些并排布置的管线已紧进行分析,固定支架和滑动支架的结构强度校核
靠在一起,导致管线强度降低,易造成安全隐患
计算,解决存在的主要问题
经过专家现场考察,发现所装波纹补偿器未动作
该供热系统设计热水管径为中219×6无
(热膨胀),显然未起到补偿作用。当管线受热膨缝钢管,供回水温度95/70℃,运行压力为
胀时,热力补偿器应如图3所示动作,L1为波纹补0.4~0.5MPa,两固定支架之间距离为52m,其间
偿器未动作前长度,L2为波纹补偿器动作后长度
每隔8m设导向(滑动)支架一处。现场情况如图4
伸缩量为△L。若管线热胀冷缩受阻,则热力补偿所示。
器不动作,也就起不到补偿作用。
Dn200
3.5m
8
&m
8m
8m
图4供热管线直營段现状图
补偿器型号:WP200-1.6/70,轴向刚度
度计算载荷,q-746.77Nmm(包括保温材料重及
K=119N/mm;有效面积A=458cm2,轴向补偿量为
其他重量)。
70mm。査表各个参数如下:u=0.3,管道单位长