帶膨脹節(jié)管道進行壓力試驗時

1、帶膨脹節(jié)管道進行壓力試驗時 的加固措施及其力學(xué)分析天鋼東移2000mm高爐工程熱風(fēng)爐冷風(fēng)管道試壓工作于 2003年10 月進行，冷風(fēng)管道系統(tǒng)的鼓風(fēng)機出口壓力為O.5MPa熱風(fēng)爐冷風(fēng)管道的工作壓力為0.37MPa設(shè)計規(guī)定強度試驗壓力為0.456MPQ管道 直徑最大為1600X 14,材質(zhì)為 Q235管道為卷焊管。管道上安裝 了波紋膨脹節(jié)。<< 工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范 >>GB50235 97 中，第 7.5 節(jié) 壓力試驗，第 壓力試驗前應(yīng)具備下列條件中，第 款規(guī)定：管道上的膨脹節(jié)已設(shè)置了臨時約束裝置。 為防止膨脹節(jié)在試 壓過程中因為受到管道軸向拉力的作用產(chǎn)生拉伸變

2、形，根據(jù)該規(guī)定， 管道在試壓前對波紋膨脹節(jié)均進行了加固。加固的方法如圖1所示，用3塊厚度（用t表示）為20mn的鋼板， 加工成高度為（用h表示）110mm的門形，均布的焊接固定在膨脹節(jié)兩 側(cè)的管道上，使得試壓時的拉力由門形鋼板承擔(dān)。在試驗壓力達到0.28MPa時，3#熱風(fēng)爐冷風(fēng)支管1600 X 14上 的波紋膨脹節(jié)出現(xiàn)了問題，膨脹節(jié)出現(xiàn)了拉伸變形（拉長了3065mm,加固的門型鋼板產(chǎn)生了彎曲和拉伸塑性變形。針對這一問題，根據(jù)材料力學(xué)對加固措施進行理論計算和分析。一、試驗壓力下的受力計算1. 試驗產(chǎn)生的軸向拉力管道內(nèi)截面積 S：S=r/4x 1602 (cm2) =3.14/4 x 1602=

3、20096 (cm?)試驗壓力為R=0.28MPa時的軸向拉力：P1 = plxS= 0.28MPa x 20096 cm2 = 562688(N)試驗壓力為 p2 = 0.456MPa 時的軸向拉力：2P2 = p2xS= 0. 456MPax 20096 cm2 = 916378(N)2、軸向拉力 (P1、P2) 對門型加固板產(chǎn)生的拉應(yīng)力門型加固板截面積 A = 110高x 20厚X3塊二6600mm?(T pi = P i/A = 56268.8kg /66cm? = 853kg /cm = 85.3 MPa2 2(T P2 = P 2/A = 91637.8kg /66cm = 138

4、9kg /cm = 138.9 MPa3、 軸向拉力對門型加固板產(chǎn)生的彎矩及彎曲應(yīng)力( 在 a-a 截面) 軸向拉力對門形加固板產(chǎn)生的最大彎矩：M = P1 3XH = 562688N 3x 215mm= (N mm)M = P2 3XH = 916378N 3x 215mm= (N mm)截面抗彎摩量 Wz = t x h2 寧 6=20x 1102寧 6=40333(mrh由M產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力：(T ml = M1/Wz = (N mm)/40333(mrb = 999.8 M Pa(T ml = M2/ Wz=(N mm/40333(mr3) = 1628 M Pa4、拉伸和彎曲產(chǎn)生的最

5、大組合應(yīng)力T i = T P1+T mi = 85.3 MPa + 999.8 MPa = 1085 MPaT 2 = T P2+T m2 = 138.9 MPa+1628 MPa = 1767 MPa5、許用拉伸應(yīng)力對塑性材料：許用應(yīng)力(T =(T0/n(極限應(yīng)力/安全系數(shù))=(T s/n對于材質(zhì) Q235s = 235MPa 取 n = 2(T = (T s/n 二 235 /2 = 117.5 MPa6、很顯然，C 1、T 2的數(shù)值都遠大于許用應(yīng)力值t i = 1085 MPa > t s = 235MPaT 2 = 1767 MPa > T s = 235MPa二、分析1

6、、每個膨脹節(jié)設(shè)置了 3 塊加固板，如果將加固板數(shù)量增加到 8 塊并加大截面尺寸至200mM 20mm(H相應(yīng)增大到250mm)貝卩：軸向力 P = P 2 = 916378(N)門型加固板截面積 A=200高X 20厚X8塊二32000mm拉應(yīng)力 T p = p 2/A = 916378N/32000mrn= 28.6 MPa彎矩 M 二 p8X H = 916378N 8X 250mm= (N mm)截面抗彎摩量 Wz = t Xh2 6 = 20X2002 6=133333(m彎曲應(yīng)力 t m = M/Wz = (N mm)/ 133333(mr3)= 214.8MPa 最大組合應(yīng)力 T

7、= Tp+T m = 28.6 MPa + 214.8 MPa = 243 MPaT = 243 MPa > T s = 235 MPa可見，即使增加了加固板的數(shù)量且加大加固板尺寸， 技術(shù)上也不可取。 而且 8 塊加固鋼板的重量總共達到 350公斤，材料消耗也較大。2 、從上面的數(shù)據(jù)中可以看出，彎曲應(yīng)力與拉伸應(yīng)力的比值分別為：t m/T p1 = 11.7、m2/T p2 = 11.7 、er m)/a p = 7.5 , 說明：彎矩對加固板的影響要比拉力的影響大的多。因此，改變加固方法，盡可能不產(chǎn)生彎矩是很重要的。三、采用螺桿連接的加固方法1 、用螺桿拉緊焊接在波紋膨脹節(jié)兩側(cè)管道上的固

8、定板，螺桿與 固定板之間為鉸接，管道試壓時產(chǎn)生的軸向拉力不會對螺桿產(chǎn)生彎 矩，螺桿只承受軸向拉力。 對螺桿的強度計算就只計算拉伸應(yīng)力。如 下：考慮用6條M36螺桿，其有效截面積為S22S =6X 817 mm2 = 4902 mm軸向拉力 P = 916378(N)拉應(yīng)力。=P /S = 916378 /4902 = 187 MPa安全系數(shù)n二(T s八=235-1 87 = 1.26 倍2 、當(dāng)已知螺桿尺寸和數(shù)量，求能承受的試驗壓力時，可以參考以 下計算方法：例如：用6條M24螺栓，試壓壓力最大為多少？有效截面積為 S = 6X3.53 cm2 = 2118 mm2若取安全系數(shù) n = 1.

9、5 倍則 P = 235X2118 = 497730(N) = 49773 kgfP = 試壓壓力X丌X (1600 / 2)2試壓壓力二 497730 /丌 X 640000 = 0.2477 MPa結(jié)果：僅靠6條M24螺桿，當(dāng)試壓壓力達到0. 2477 MP寸，螺桿 便產(chǎn)生塑性變形。四、結(jié)論1 、設(shè)計有膨脹節(jié)的管道進行壓力試驗時，需要對膨脹節(jié)進行加 固，推薦采用螺桿連接的加固方法。壓力試驗前，對膨脹節(jié)進行如上圖示方法進行加固，此種結(jié)構(gòu)至 少在圓周均布多點， 并且對焊縫、 筋板、拉桿進行詳細的抗剪、 抗彎、 抗拉強度計算。2 、不應(yīng)使用的加固方法 在施工中，過去采用如下圖示的加固型式，這是不可取的，容易 造成事故。除非迫不得已， 必須對焊縫及使用的材料有詳細的力學(xué)計 算，并將計算結(jié)果及詳細資料報公司技術(shù)部門審核批準(zhǔn)方可采用。根據(jù)天鋼東移 2000m