管道热补偿分析

补偿器的方式原理及问题解答目录•一、热补偿产生原因•二、热补偿方式•三、热补偿设计原则•四、热补偿计算•五、补偿器及其安装介绍一、热补偿产生原因热胀冷缩，产生应力，形成推力，导致管道变形，影响管道系统在工作状态的稳定和安全，为缓解和消除这种影响而采用的措施。•二热补偿方式1.自然补偿（利用管道自身弯曲）分为：L型，Z型，空间自然补偿2补偿器补偿分为：方形补偿器，套管式、波纹、球形补偿器、旋转式补偿器。其中，方形补偿器又分四种类型，如下图2.1方形补偿器2.2套管式补偿器又分为：GSJ型套管补偿器，自调式套管补偿器，SB41SA-16/25C型自导式高温补偿器，PNB-E型平衡式补偿器2.3波纹补偿器（又名膨胀节），又分：轴向型，横向型，角向型a轴向型（轴向位移补偿）b横向型（平面横向位移补偿）C角向型（角位移补偿）•2.4球形补偿器球形补偿器是热力管道热膨胀补偿方面的一种新型补偿器。以球体回转中心自由转动，吸收管道热位移，从而减少管道之应力。三热补偿设计原则•1.首先应从管道布置上考虑自然补偿；•2.应考虑管道的冷紧；•3.在上述两条件未能满足管道热伸长补偿要求时，必须采用补偿器；•4.在选择补偿器时，应因地制宜选择合适的补偿器；•5补偿器的位置应使管道布置美观、协调。自然补偿选用原则：当弯管转角小于150°时；弯曲应力不应超过[σbw]=80MPa，自然补偿臂长一般不超过25m。四热补偿计算•4.1管道热伸长量计算管道热伸长量按下式计算：△L=Lα（t2-t1）（动力手册P443）•4.2管道补偿计算•4.2.1自然补偿计算•1.L型直角弯自然补偿L型直角弯断臂长度l按下式计算*1.1300wLDl2.Z型折角弯自然补偿其短壁长度l按下式计算3.空间自然补偿管段的近似验算空间立体管段，其自补偿能力是否满足要求，按下式判别：4.2.2补偿器的计算1.方形补偿器方形补偿器是动力管道设计中最常用的一种补偿器，由四个90°弯头组成。其弹性力Fk按下式计算：•2套管式补偿器套管式补偿器主要依靠插管和套管间的自由伸缩来补偿直管段热胀冷缩的长度变化1）由管内介质压力产生的摩擦力：2）由拉紧螺栓产生的摩擦力：•3波纹补偿器波纹补偿器是靠波形管壁的弹性形变来吸收直管段热胀冷缩的长度变化GB/T12777-19994球形补偿器其摩擦阻力的计算按下式：5.旋转式补偿器旋转式补偿器是一种新型补偿器，成对安装，形成相对旋转吸收管道热位移。•五典型补偿器及安装介绍1.方形补偿器特点：方形补偿器具有构造简单十安装方便、热补偿量大、工作可靠等优点，但其占地面积大、水阻力大。安装：一般安装在两固定支架中间。方形补偿器水平安装时，应与管道的坡度、坡向一致；垂直安装时，高点应设排气阀，低点应设泄水装置。补偿器安装就位时，起吊点应为3个，以保持补偿器的平衡受力，以防变形•2.套管式补偿器特点:补偿量大、设计、施工、安装方便，投资省；易泄露、检修频繁、推力大。安装：套管补偿器安装时，应保证其中心线与管线中心线的一致，不可歪斜。单向套管式补偿器应安装在靠近固定支架的位置，补偿器套管与靠近固定支架的管道连接，起补偿作用的芯管与有导向支座的管端连接。双向套管式补偿器应安装在两固定支架中间，补偿器两端芯管与有导向支座的管端连接，中间套管应固定3.波纹管式补偿器特点：配管简单，支架费用低，维修管理方便，国内产品主要:DN=25-5000mm，压力0.25-4.0MPa，温度≤450℃，材质多为奥氏体不锈钢。•安装：波纹管补偿器应接厂家安装说明书进行安装。一般在轴向波纹补偿器的一侧应有可靠固定支架，另一侧导向支架的分布如图所示。第一个导向支架与波纹管补偿器的距离不超过4倍管径，第二个导向支架与第一个导向支架的距离不超过14倍管径，再远处接常规布置。波纹补偿器多采用先敷设管道，后安装补偿器的方法。安装时补偿器的中心线与管路中心线应在同一直线上，不得歪斜其余管架最大间距可由公式计算：•4球形补偿器特点：补偿能力大，占据空间小，流体阻力小，安装方便，投资省等；其还可在某些设备的活动部分上做管道的活动关节用。存在侧向位移，易泄露，要求加强维修。安装：球形补偿器在管道上一般距离400-500m安装一组，安装形式有水平、垂直、倾斜等。用此补偿器后，固定支架间距增大，为避免管段挠曲，应适当增设导向支架，同时，为减少管段运行的摩擦阻力，在导向支架上应安装滚动支座。垂直安装时，球体外漏部分必须向下安装，以防污物堵塞而造成球体磨损。球形补偿器安装时，两固定端间的管线应与球形补偿器中心重合，补偿器两侧第一个支架宜用滑动支架，其余为导向支架。球形补偿器安装有方向性要求，介质从球体端流入，从壳体端流出，如图3-30所示。用做采暖管道的球形补偿器安装时,需进行预压缩，-其折曲角应向反方向偏转。•5旋转式补偿器例1某热力管道长100m，钢材材质为Q235-A安装时环境温度20℃，介质温度220℃，求工作时热伸长量？（α=13.09×10-4cm/（（m·℃）））例2管子规格Φ133×6的钢管及工况如例1，L型补偿器，长臂长20m，求短臂最小长度？解：ΔL=α（t2-t1）L=13.09/10000*（220-20）*20=52.36mmL短=1.1*(ΔL*D/300)^0.5=6m解：ΔL=α（t2-t1）L=13.09/10000*（220-20）*100=26.18cm例3Z型补偿器：一个φ108*4的钢管管段（假定为10号钢），管内蒸汽温度220℃，安装环境温度20℃，管段中补偿器臂长分别为L1=10m，L2=30m，求Z型补偿器短臂长度L3？解：△L=12.64/10000*（220-20）*（10+30）cm=10.112cm=101.12mmn=（L1+L2）/L1=（10+30）/10=4查表1-24钢管弯曲应力σ=70MPa查表弹性模量E=1.830×10^5MPaL3=(6*101.12*1.83*10^5*108/10^7/70/(1+1.2*4))^0.5=1.72m