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    關于直埋蒸汽流量計內固定支架設計及應用分析

    關于直埋蒸汽流量計內固定支架設計及應用分析

    時間:2019-11-08 10:56:28
    摘要:隨著城市規劃的要求,城鎮供熱的蒸汽流量計使用越來越多,在各個直埋蒸汽流量計項目中,設計、監理等項目質量控制單位把注意力主要放在鋼管、保溫層、補償器等主要原材料上,經常忽略了工程中的一些結構細節和工藝要求,例如,焊接、支架等。本文重點分析了蒸汽蒸汽流量計內固定支架的常見問題,并提供了一些解決辦法。
    隨著城市規劃的要求,城鎮供熱的蒸汽流量計使用越來越多,在各個直埋蒸汽流量計項目中,設計、監理等項目質量控制單位把注意力主要放在鋼管、保溫層、補償器等主要原材料上,經常忽略了工程中的一些結構細節和工藝要求,例如,焊接、支架等。這里重點分析蒸汽蒸汽流量計內固定支架的常見問題,希望引起業內的重視,筆者并提供了一些解決辦法。當前蒸汽蒸汽流量計行業的鋼套管通常多數使用鋼制管道,特別是華南地區。這種保溫管的固定支架通常都是內固定支架,固定結構位于工作管外壁和鋼套管內壁之間。固定支架是直埋蒸汽流量計道分段熱補償的基準點和受力點,同時,固定支架對三通、支線、閥門等不適合產生熱位移的部位進行保護,是整個管道系統穩定性的保障。
    內固定支架的shou要作用是承受因熱補償產生的推力。蒸汽流量計#常用的補償方式是軸向波紋補償器,特別是長距離連續埋地敷設的蒸汽流量計。少部分使用管道自然補償或由架空管的補償機構補償。無論熱力管道是自然補償還是機械補償,工作管都需要固定支架作為受力點。
    有波紋補償器的管段,在管線熱運行時,固定支架承受的主要作用力有工作管熱位移時克服摩擦力時產生的反推力、波紋補償器的彈力、工作管及保溫層的重力介質產生的內壓推力。固定支架設計時,shou先要計算其能否承受這里力之和(矢量和)。但是不能僅以此作為固定支架受力計算的依據。根據施工經驗和理論計算,水壓試驗時,介質因內壓力產生的軸向推力要比正常運行時大得多。水壓試驗的目的是檢驗整個管道系統的強度,管道水壓試驗時,介謘hou饔糜詮ぷ鞴艿難骨亢橢嵯蜃蓯芰γ婊急裙艿勒T誦惺幣。?某 直 埋 蒸 汽 管 項 目 DN600 管 道 為 例, 工 作 管規 格 為 Φ630×10, 鋼 套 管 為 Φ1120×12, 設 計 壓 力P=1.5MPa,使用的是外壓軸向式波紋補償器,補償器的有效面積 A=4766CM²,根據管道施工規范,管道水壓試驗 的 強 度 為 1.5P.F=1.5PA=1072350N。 補 償 器 波 紋 剛 度K X0 =423N/mm, 補償量為 X O =190mm,則補償器產生的彈力為F2=1/2X O K XO =40185,方向和內壓推力相反;可知介謘hou饔糜詮ぷ鞴艿哪諮雇屏?F 合 =F-F 2 =1032165N。即作用于固定支架的#大軸向推力為 F 合 ,相當于超過 100 噸重物的重量。波紋補償器處的固定支架必須有足夠的強度來承受推力,此處的固定支架的受力計算必須嚴格謹慎,不然可能會造成嚴重的工程事故。根據蒸汽流量計結構形式可知,通常每條管線有很多個固定支架,而管線兩端都會有內壓產生的推力。在水壓試驗時只有管線#末端的固定支架或一端不受內壓推力的固定支架的軸向受力等于上文的F 合 ,這種固定支架通常稱為主固定支架。其余的固定支架因為兩邊波紋補償器作用力抵消的原因,受力會遠小于主固定支架,管線變更或改造也會出現類似情況。因此,可以根據實際情況增加主固定支架的強度 , 承受介質內壓推力的固定支架必須做嚴格的受力分析。但是,當主固定支架如果破壞失效,相鄰的一個固定支架就會承受元主固定支架承受的所有軸向推力,或者管線變更也可能出現這種情況。因此,在重要或者安全要求較高的項目,每個固定支架都要能夠承受整條管線所產生的#大內壓推力,并且要有足夠的安全系數。
    自然補償時,固定支架承受的工作管的熱位移時克服摩擦力的反推力和工作管彎曲產生的彈力。工作管在自然補償時微量變形,產生的推力較小,通常遠小于固定支架的承載力。但是,自然補償時固定支架處的主要受力除了沿軸向的反推力外,還會受到工作管側向的作用力,而且當補償臂較短時,作用力會較大,因此,也應在設計階段做應力分析。自然補償作用力的大小在各個相關規范及實用手冊中均有詳細描述,此處不再贅述。
    固定支架通常是蒸汽流量計在工廠預制在蒸汽流量計中,含有固定節支架的預制蒸汽流量計段通常比較短,這段蒸汽流量計一般被稱為固定節。固定節的做法有很多種,目前#常用的是圓周型,圓周型固定節有以下優點:(1)結構穩定,受力均勻;(2)每兩個固定節之間的保溫空間可以被隔離開,便于檢修。如圖 1。
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    這種固定支架看上去結構簡單,大小頭與工作管和鋼套管整圈滿焊,工作管周向受力均勻,#大程度地降低了應力集中。大小頭在工作管受熱膨脹后可產生一定的彈性變形,減小固定結構處產生的二次應力。整圈滿焊形成保溫空間的隔斷,如果工作管某點泄漏,蒸汽就會在相應補償段的排潮管排出,既可以不影響其他補償段的保溫層,而且檢漏的范圍就在這個補償段上,不用在整條管線上盲目查找。直埋內固定節的表面溫度控制一直是熱力管道預制的一大難題。鋼的導熱率通常是普通保溫材料的上百倍甚至上千倍。內固定節中的鋼制固定結構的熱傳導會使鋼套管處的溫度過高,導致固定節處鋼套管防腐層破壞,如圖 1 的 C 處。并且高溫會影響周圍的土壤結構和植被。直埋蒸汽流量計道檢修,開挖后,經常會發現內固定支架處的鋼套管處腐蝕破壞。按照現行#新規范,蒸汽流量計運行時鋼套管外表面#高溫度不能超過 50℃。由于土壤層有保溫作用的原因,很多實際運行的蒸汽流量計道表面溫度都會接近或超過 50℃,固定支架處的溫度會更高,而且固定支架會影響旁邊管道的溫度。這樣一方面不符合行業規范,另一方面剛套管溫度過高會對周圍的環境產生影響,包括土壤層、地下水、植被、周圍的地下管道等。普通的固定節就存在上述問題。
    固定節處的溫度控制對蒸汽流量計來說非常重要。多數蒸汽流量計預制廠家在預制時,都未對固定節做隔熱處理。但是固定節要達到足夠的承載強度和每個補償段保溫空間的嚴密隔斷,工作過就得與鋼套管和工作管均沿圓周滿焊,這樣就必然造成鋼套管與固定結構焊接處溫度過高。目前,多數直埋保溫管預制廠家在固定節制作時都未能有效解決固定節外套管處溫度會過高的問題。
    筆者此處介紹一種解決固定節處鋼套管溫度過高的辦法。固定節制作時,在鋼套管、固定結構、工作管焊接完畢后,以鋼套管和固定結構的焊接點為中心再增加一層外護管,兩層鋼套管直接添加保溫層,之后在按要求做防腐處理。固定結構同樣參照圖一結構,鋼套管外以 C 處為中心再增加外護管,如圖 2。
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    如此一來,C 處的熱量由外護大小頭(件 3)和外護管(件4)分散,解決了固定節外表面局部溫度過高的問題。從宏觀角度看,這個措施實際上是增加了固定結構外層的總熱阻。在其他層熱阻不變的情況下,其表面溫度自然會比原來降低。由以上可知,固定支架是直埋蒸汽保溫管整個管網安全運行的關鍵部件之一,再制作時不能僅考慮其“固定”功能,還需要考慮其受力強度、密封性能、表面溫度、內部應力等方面因素,才能保證固定支架的安全、性能和壽命。在項目的設計、預制、施工的各個階段,都必須重視。
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