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管道补偿量的计算参数设计

文章来源:http://www.yjbcq.com 发布时间:2020-03-21 浏览次数:4

管道补偿量的计算参数设计,实例为某炼油厂催化装置余热锅炉部分改造工程省煤段由高温省煤器至低温省煤器的工艺管道。

管道介质为再生烟气(主要成分N2、CO2、O2,含少量SO2、SO3),操作温度为350℃,设计温度为400℃,操作压力为2kPa,

设计压力为0.1MPa,管道管径为DN3600(外径:3520mm),壁厚10mm,管道材质为Q235R(GB9711),腐蚀裕量为1.5mm,保温厚度为150mm,保温容重为200kg/m3。

管道补偿量的计算参数设计

2力学模型的建立基于管道走向和管道计算参数,利用CAESARII软件进行建模和应力分析,管道节点模型见图1。

图中N+数字表示力学模型中的管道节点,管道总长为22.190m,弯头弯曲半径3.8m,补偿器长5m,

节点N10和N120是与设备连接的进出管口,采用点位移进行约束,而不应设为全固定约束。3

节点位置和补偿器模型对管道应力影响工程设计过程中,大直径管道的径向膨胀量不容忽视。

但常规小直径管道应力分析的力学模型是不考虑径向膨胀的,所以本次力学模型通过改变节点约束位置的方法,实现径向膨胀的模拟。

补偿器厂家对于管道柔性的优化,应充分利用管道本身柔性的自然补偿来补偿管道的热膨胀,

当自然补偿不能满足要求时,可考虑采用波纹补偿器来增加管道柔性。

结合本例管道的实际布置,考虑直径大、热膨胀大、安装空间受限等原因,应增设补偿器,并因大拉杆横向补偿器具有补偿量大,

无内压作用力,对支架作用力小,安全无泄漏和造价低等特点,采用大拉杆横向补偿器进行模拟分析。

3.1两种节点位置对管道应力影响的比较应力软件CAESARII默认节点位置为管心,因为对于常规小直径管道,

径向膨胀量可忽略不计;但本文管道径向膨胀量为8mm,若忽略,很容易发生应力超限导致的安全事故。

本文提供一种建模方法,补偿器厂家可以模拟管道径向膨胀,结果与公式计算所得一致。建模方法即新建一段刚性件,

设置3个参数:材质同管道,长度为管道半径,方向垂直于管道轴线。软件默认节点在本文中称为管心节点,

新建节点在本文中称为管壁节点。在节点约束和管道参数相同的情况下,仅通过调整节点约束位置,

即调整管心和管壁节点位置来进行模拟比较,讨论改变节点位置对管道模型应力表2中两种节点约束下得出的结果却有较大差距,


对比如下:当采用管壁节点约束时,二次应力下的综合应力比值达到131.1%,验证了由于约束作用在管壁节点上,

限制了管道的径向膨胀,以致管道应力超限;补偿器厂家认为而当采用管心节点约束时,二次应力下的综合应力比值为6.3%,

但由于此时管道径向膨胀没有计入模拟,与管道实际热胀不符,其应力分析结果不能作为管道柔性设计的依据。根据对比分析得到以下建议:

(1)大直径高温管道的应力模拟分析,约束节点应采用管壁节点;

(2)结合本例实际情况,将管壁节点N1015、N1035、N1045、N1080处约束类型由“+Y”改为“Hangers”后,得到二次应力下的综合应力比值为5.6%,满足管道柔性设计要求。

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