管廊熱脹應(yīng)力的柔性補(bǔ)償

管廊熱脹應(yīng)力的柔性補(bǔ)償

0波紋管膨脹節(jié)補(bǔ)償在實(shí)際設(shè)計(jì)中，有許多方法可以吸收走廊中的熱脹應(yīng)力，主要分為自然補(bǔ)償（方形補(bǔ)償和立體補(bǔ)償）和波紋管膨脹補(bǔ)償（壓力平衡填充、大彈簧膨脹、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)龋?。在極端情況下,當(dāng)管道的壓力較小時(shí),并且沒有空間來設(shè)置自然補(bǔ)償彎時(shí),可以在管系中加入波紋管膨脹節(jié)來增加柔性,波紋管膨脹節(jié)可以在非常短的管段長度內(nèi)提供非常大的柔性。本章將以壓力平衡型膨脹節(jié)(圖1)為典型介紹其在氣化管廊中的應(yīng)用。1波紋管、接頭、發(fā)酵時(shí)的膨脹節(jié)高溫(1)膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)依據(jù)是根據(jù)我國GB/T12777-2008《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》。膨脹節(jié)的溫度范圍:一般膨脹節(jié)的波紋管是用薄壁的奧氏體不銹鋼材料(304,304L,316,316L)制成。當(dāng)接管、內(nèi)襯筒的材質(zhì)為碳鋼時(shí),膨脹節(jié)的工作溫度范圍為-20~420℃;當(dāng)波紋管、接管、內(nèi)襯筒的材質(zhì)均為不銹鋼時(shí),膨脹節(jié)的工作溫度范圍為-196~700℃。當(dāng)介質(zhì)含有腐蝕性液體時(shí),內(nèi)襯筒材質(zhì)為鎳基合金(Inconel625,Inconel600),膨脹節(jié)的工作溫度范圍為196~650℃。(2)壓力平衡型膨脹節(jié)的工作原理直管壓力平衡性膨脹節(jié)分為內(nèi)壓式和外壓式兩種,該類型膨脹節(jié)都由兩組工作波和一組平衡波組成,直管壓力平衡型膨脹節(jié)主要用于補(bǔ)償軸向位移,膨脹節(jié)通過工作波和平衡波的相互作用來承受管道的內(nèi)壓推力。在外壓式直管壓力平衡型膨脹節(jié)(見圖2)中,管道介質(zhì)的壓力通過膨脹節(jié)內(nèi)部開孔結(jié)構(gòu)主要集中的波紋的外部,此種結(jié)構(gòu)相對(duì)于內(nèi)壓式直管壓力平衡型膨脹節(jié)不易產(chǎn)生波柱失穩(wěn)的現(xiàn)象,而且它的補(bǔ)償范圍最多可以達(dá)到500mm,遠(yuǎn)大于內(nèi)壓式的100mm,所以在工程中我們多用外壓式直管壓力平衡膨脹節(jié)來吸收管道較大的軸向位移。2增設(shè)立體補(bǔ)償器某裝置氣化管廊最底下為DN1400mm的火炬排放管線,工藝排放壓力為0.4MPa,排放溫度為241℃。在140m長的火炬排放管線上,如果考慮自然補(bǔ)償,有兩種補(bǔ)償方式:一種為方形補(bǔ)償器(見圖3),另一種為立體補(bǔ)償器(見圖4)。如果考慮火炬管線的排放坡度,采用方形補(bǔ)償器,在140m的距離內(nèi)必須設(shè)置兩組伸長9m的方形補(bǔ)償器來吸收管線的二次應(yīng)力,采用這種方法的話,此層管廊的中只能布置這一根排放管線,其它管線則要分層布置,或者把方形補(bǔ)償器處的管廊延伸一部分到管廊框架以外。如果采用立體補(bǔ)償器,則破壞了火炬管線的排放坡度,需要在兩個(gè)補(bǔ)償器之間增加分液罐,如果積液太多則會(huì)對(duì)管線產(chǎn)生積液沖擊。此外,此裝置管廊的寬度和地方有限,DN1400mm的火炬管一個(gè)彎頭就2133mm,綜合以上原因最后在氣化火炬管線上采用直管壓力平衡型膨脹節(jié)(見圖5)的形式來解決管線坡度和二次應(yīng)力矛盾的問題,有效的吸收管線的軸向位移和降低固定點(diǎn)的推力,并減小了排放氣體的排放阻力。(1)火炬排放管體取值因?yàn)橹惫軌毫ζ胶庑团蛎浌?jié)只吸收軸向位移,因此在caesarⅡ文件的設(shè)計(jì)輸入中只需要定義AxialStif(軸向剛度)即可(見圖6),它的具體取值可以參考廠商的樣本并結(jié)合管廊需要的補(bǔ)償量來確定。TransStif(橫向剛度)和TorsionStif(扭轉(zhuǎn)剛度)定義為無窮大。在1400mm的火炬排放管中設(shè)置直管壓力平衡型膨脹節(jié),它的長度一般在3000mm左右,重量可達(dá)到10T左右,所以它的重量也必須在設(shè)計(jì)輸入中考慮進(jìn)去,以免其附近支架的計(jì)算承重載荷和實(shí)際承重載荷出現(xiàn)偏差。輸入的具體做法可以在膨脹節(jié)的兩端取1mm的單元重量塊去模擬膨脹節(jié)的重量(見圖7)。(2)管廊上多根火炬管線膨脹節(jié)的分布,直管壓力平衡型膨脹節(jié)作為膨脹節(jié)的一種,其膨脹節(jié)的特點(diǎn)決定了它本身也是一個(gè)柔性元件,所以一般在安裝直管壓力平衡型膨脹節(jié)的管廊上,首先膨脹節(jié)兩端固定管架的形式必須由半固定改為全固定形式,直管壓力平衡型膨脹節(jié)必須安裝在固定的附近,并且盡量靠近這個(gè)固定點(diǎn),以防止膨脹節(jié)橫向或者扭轉(zhuǎn)的變形破壞。其次,直管壓力平衡型膨脹節(jié)它的外形結(jié)構(gòu)在最外層有一層平衡波,因此它的外徑很大,當(dāng)多根火炬管線在管廊上并排排列時(shí),如果要加直管壓力平衡型膨脹節(jié),一定要考慮管子之間的間距。另一方面,在管廊上,結(jié)構(gòu)的固定點(diǎn)位置已定,所以管廊上多根管線的膨脹節(jié)往往都會(huì)集中在結(jié)構(gòu)固定點(diǎn)附近,此時(shí)要注意,相鄰兩根管線上的膨脹節(jié)位置一定要錯(cuò)開,否則很可能在膨脹節(jié)的布置中因?yàn)閺较虺叽邕^大而放置不下。第三,因?yàn)榇蟮幕鹁婀芫€上膨脹節(jié)本身自重都比較重,所以膨脹節(jié)附近的支架都盡可能的靠近其設(shè)定。第四,膨脹節(jié)除了一端為固定點(diǎn)外,另一端離膨脹節(jié)最近的兩個(gè)支架的盡量設(shè)計(jì)為側(cè)向限位和上下限位的形式,兩個(gè)固定點(diǎn)之間的其余管架根據(jù)距離做導(dǎo)向處理,此種做法可能最大限度的防止直管壓力平衡型膨脹節(jié)除軸向變形外的其他破壞性變形。(3)在火炬管道中選擇膨脹節(jié)材料管廊上火炬管線作為各個(gè)裝置廢氣的排放通道,它里面的排放氣體組分非常復(fù)雜,可能含有腐蝕型介質(zhì)和CL(4)膨脹節(jié)被壓縮在管廊上,如果采用直管壓力平衡型膨脹節(jié)來吸收二次應(yīng)力,那么所有固定點(diǎn)設(shè)置的間隔盡可能保持同樣的間隔。中間固定支架上的軸向力主要來自兩邊膨脹節(jié)伸縮所需要的熱脹力,在相同操作條件下,此熱脹力又跟左右管段的長度存在一定的正比關(guān)系,當(dāng)固定點(diǎn)左右相反方向的熱脹力相互抵消不了時(shí),就會(huì)作用在固定點(diǎn)上,產(chǎn)生比較大的軸向推力。所以,保持等距的固定點(diǎn)間隔對(duì)于降低固定點(diǎn)的推力起到很大的作用。從另一種角度,管線的條件不變,改變膨脹節(jié)的剛度同樣可以降低固定點(diǎn)推力。但是,采取此種膨脹節(jié)剛度不同的做法,勢(shì)必造成膨脹節(jié)采購周期的增加,并且給現(xiàn)場(chǎng)的安裝帶來不便。(5)管廊上設(shè)置膨脹節(jié)的時(shí)候很多管廊上的排放支管溫度都很高,所以應(yīng)力計(jì)算的時(shí)候,特別是在管廊上設(shè)置膨脹節(jié)的時(shí)候,一定要考慮把加膨脹節(jié)管段的所有支管一起連接進(jìn)去計(jì)算,以免計(jì)算的管架推力產(chǎn)生偏差,造成膨脹節(jié)的破壞。3壓力平衡型膨脹節(jié)在管架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在化工管廊的設(shè)計(jì)中,有效的采用直管壓力平衡型膨脹節(jié)在一定程度上能吸收管線產(chǎn)生的二次應(yīng)力,降低固定點(diǎn)的推力,減小管道的阻力降。但直管壓力平衡型膨脹節(jié)作為柔性元件,在設(shè)計(jì)的過程中一定要分析考慮各方面的影