管道補償量的計算參數設計

文章來源：http://www.pcqkrvhex.com 發布時間：2020-03-21 瀏覽次數：114

管道補償量的計算參數設計，實例為某煉油廠催化裝置余熱鍋爐部分改造工程省煤段由高溫省煤器至低溫省煤器的工藝管道。

管道介質為再生煙氣(主要成分N2、CO2、O2，含少量SO2、SO3)，操作溫度為350℃，設計溫度為400℃，操作壓力為2kPa，

設計壓力為0．1MPa，管道管徑為DN3600(外徑:3520mm)，壁厚10mm，管道材質為Q235Ｒ(GB9711)，腐蝕裕量為1．5mm，保溫厚度為150mm，保溫容重為200kg/m3。

2力學模型的建立基于管道走向和管道計算參數，利用CAESAＲII軟件進行建模和應力分析，管道節點模型見圖1。

圖中N+數字表示力學模型中的管道節點，管道總長為22．190m，彎頭彎曲半徑3．8m，補償器長5m，

節點N10和N120是與設備連接的進出管口，采用點位移進行約束，而不應設為全固定約束。3

節點位置和補償器模型對管道應力影響工程設計過程中，大直徑管道的徑向膨脹量不容忽視。

但常規小直徑管道應力分析的力學模型是不考慮徑向膨脹的，所以本次力學模型通過改變節點約束位置的方法，實現徑向膨脹的模擬。

補償器廠家對于管道柔性的優化，應充分利用管道本身柔性的自然補償來補償管道的熱膨脹，

當自然補償不能滿足要求時，可考慮采用波紋補償器來增加管道柔性。

結合本例管道的實際布置，考慮直徑大、熱膨脹大、安裝空間受限等原因，應增設補償器，并因大拉桿橫向補償器具有補償量大，

無內壓作用力，對支架作用力小，安全無泄漏和造價低等特點，采用大拉桿橫向補償器進行模擬分析。

3．1兩種節點位置對管道應力影響的比較應力軟件CAESAＲII默認節點位置為管心，因為對于常規小直徑管道，

徑向膨脹量可忽略不計;但本文管道徑向膨脹量為8mm，若忽略，很容易發生應力超限導致的安全事故。

本文提供一種建模方法，補償器廠家可以模擬管道徑向膨脹，結果與公式計算所得一致。建模方法即新建一段剛性件，

設置3個參數:材質同管道，長度為管道半徑，方向垂直于管道軸線。軟件默認節點在本文中稱為管心節點，

新建節點在本文中稱為管壁節點。在節點約束和管道參數相同的情況下，僅通過調整節點約束位置，

即調整管心和管壁節點位置來進行模擬比較，討論改變節點位置對管道模型應力表2中兩種節點約束下得出的結果卻有較大差距，

對比如下:當采用管壁節點約束時，二次應力下的綜合應力比值達到131．1%，驗證了由于約束作用在管壁節點上，

限制了管道的徑向膨脹，以致管道應力超限;補償器廠家認為而當采用管心節點約束時，二次應力下的綜合應力比值為6．3%，

但由于此時管道徑向膨脹沒有計入模擬，與管道實際熱脹不符，其應力分析結果不能作為管道柔性設計的依據。根據對比分析得到以下建議:

(1)大直徑高溫管道的應力模擬分析，約束節點應采用管壁節點;

(2)結合本例實際情況，將管壁節點N1015、N1035、N1045、N1080處約束類型由“+Y”改為“Hangers”后，得到二次應力下的綜合應力比值為5．6%，滿足管道柔性設計要求。