蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)方法

韓麗平

蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)方法

韓麗平

柔性是蒸汽管道設(shè)計(jì)中必須考慮的一項(xiàng)重要因素，如果柔性因素考慮不合理，那么就會(huì)導(dǎo)致管道局部應(yīng)力過大，出現(xiàn)泄露及損壞等情況，直接影響蒸汽管道的正常使用。近幾年，隨著我國工業(yè)化程度的不斷提升，蒸汽管道的柔性設(shè)計(jì)也引起了相關(guān)部門的高度重視。因此，本文首先對(duì)管道柔性設(shè)計(jì)目的進(jìn)行介紹，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)例對(duì)具體的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討，以此來為日后此方面工作的開展提供參考。

蒸汽管道；柔性設(shè)計(jì)；方法

所謂管道柔性，主要是指管道通過自身變形吸收因溫度變化產(chǎn)生位移或其他原因所產(chǎn)生位移能力，保證管道應(yīng)力在材料許用應(yīng)力范圍內(nèi)。在管道設(shè)計(jì)安裝中，柔性的考慮十分關(guān)鍵，但相關(guān)的設(shè)計(jì)工作也比較復(fù)雜。所以，為了保證管道柔性設(shè)計(jì)滿足應(yīng)用需求，了解管道柔性設(shè)計(jì)的一般方法，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和完善至關(guān)重要。只有這樣，才能夠保證蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)滿足使用要求。

1 蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)的目的

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，蒸汽管道應(yīng)用范圍越來越廣，如何對(duì)蒸汽管道進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)成為了相關(guān)部門所面臨的一項(xiàng)重大課題。在蒸汽管道設(shè)計(jì)安裝中，柔性設(shè)計(jì)的目的一方面是為了避免管道遇熱膨脹或遇冷收縮而導(dǎo)致管道變形或損壞；另一方面是為了避免由于管道設(shè)置不合理而導(dǎo)致管道推力和力矩過大，從而對(duì)與管道連接的設(shè)備造成影響。所以，柔性設(shè)計(jì)在蒸汽管道安裝過程中非常重要，需要引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。

2 某公司新增蒸汽管道的基本情況

為了更好的進(jìn)行加工、生產(chǎn)，某公司結(jié)合自身發(fā)展的實(shí)際需求，對(duì)現(xiàn)有管網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化和改造。根據(jù)改造需求，需要將原本蒸汽管道末端的蒸汽裝置取消，用其他蒸汽源代替。這樣一來，原蒸汽管道末端就會(huì)出現(xiàn)400m左右盲端，對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的安全運(yùn)行具有很大影響。為了解決這一問題，該公司預(yù)備將蒸汽源從其他蒸汽支線引出，新增管道200m，原有的蒸汽管道根據(jù)實(shí)際情況，在恰當(dāng)?shù)奈恢猛Ｖ惯\(yùn)行。如果此次管網(wǎng)改造成功，那么可使管網(wǎng)在原有基礎(chǔ)上減少3個(gè)以上排凝點(diǎn)，能更好的促進(jìn)管網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3 改進(jìn)蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)的方法

為了確保蒸汽管道的柔性設(shè)計(jì)滿足改造需求，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該對(duì)管道的設(shè)計(jì)條件進(jìn)行全面了解，根據(jù)該公司管網(wǎng)運(yùn)行需求，對(duì)于新增管道型號(hào)和規(guī)格的選擇，主要以

60mm×4mm的DN50為主管道。設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力分別為280℃和1.2MPa(G)。在明確設(shè)計(jì)條件后，接下來就是選擇合適的柔性設(shè)計(jì)方法。一般情況下，蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)方法主要有三種，即改變管道走向、選用彈簧支吊架和增設(shè)波紋管膨脹節(jié)。從上文的介紹我們可以看出，該公司在蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)時(shí)，選用的是改變管道走向這一方法。

在具體設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員分別采用ASME判斷式分析法和CAESARII分析法對(duì)管道應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果分為操作溫度下工況和設(shè)計(jì)溫度下工況。其中，操作溫度下工況的二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為：Code Stress為270885.4，Allowable Stress為312949.5，Retio(%)為86.6。設(shè)計(jì)溫度下工況的二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為：Code Stress為288630.9，Allowable Stress為309536.6，Retio(%)為93.2。通過以上數(shù)據(jù)我們可以看出，在操作溫度和設(shè)計(jì)溫度下，最大二次應(yīng)力出現(xiàn)在399點(diǎn)處，并且其值達(dá)到許用應(yīng)力值的80%，這個(gè)時(shí)候的蒸汽管道處于疲勞狀態(tài)，并不利于管道的長期運(yùn)行。由此可見，若想使蒸汽管道的柔性設(shè)計(jì)滿足要求，需要進(jìn)一步對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行改造和優(yōu)化。首先，設(shè)計(jì)人員在原有基礎(chǔ)上，又增加了2處π型補(bǔ)償，位置分別位于管道最前端的固定點(diǎn)和原有π型補(bǔ)償中間。用這種方法改造之后，二次應(yīng)力計(jì)算具體結(jié)果為：Code Stress為171731.8，Allowable Stress為311020.4，Retio(%)為55.2。設(shè)計(jì)溫度下工況的二次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為：Code Stress為186442.6，Allowable Stress為307607.5，Retio(%)為60.6。通過數(shù)據(jù)對(duì)比我們可以看出，改造過后的蒸汽管道二次應(yīng)力數(shù)值下降了很多，這說明改造后的蒸汽管道布置有了一定的優(yōu)化，對(duì)于降低管道應(yīng)力和補(bǔ)償熱位移是有利的。此外，由于靠近π型補(bǔ)償?shù)墓艿罒嵛灰迫赃_(dá)到100mm左右，所以需要在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加長靠近π型補(bǔ)償?shù)幕瑒?dòng)管托的長度，以此來避免由于熱位移造成滑動(dòng)管托脫空。

該公司在蒸汽管道改造過后，經(jīng)過一段時(shí)間使用，整個(gè)管網(wǎng)運(yùn)行情況穩(wěn)定，加上維護(hù)檢修人員工作到位，從而使得管網(wǎng)運(yùn)行并未出現(xiàn)較大問題。但需要注意的是，在未來的蒸汽管道柔性設(shè)計(jì)中，為了確保設(shè)計(jì)工作科學(xué)、合理，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)各種工況進(jìn)行全面考慮，然后根據(jù)相關(guān)規(guī)定，實(shí)施切實(shí)可行的柔性設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行不斷優(yōu)化與完善。只有這樣，才能夠?qū)⒐艿廊嵝栽O(shè)計(jì)的作用最大限度發(fā)揮出來。

4 結(jié)語

綜上所述，柔性設(shè)計(jì)是蒸汽管道安裝過程中的一項(xiàng)重要工作，直接關(guān)系著管道的安裝質(zhì)量和應(yīng)用情況。從本文的分析我們能夠看出，我國當(dāng)前蒸汽管道的柔性設(shè)計(jì)仍然存在一些有待解決的問題，這就需要設(shè)計(jì)人員要從實(shí)際情況入手，根據(jù)蒸汽管道的安裝要求，選擇最佳的方法進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)，以此來切實(shí)提高蒸汽管道安裝質(zhì)量，更進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

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