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1、第43卷第2期化工機(jī)械25l直管壓力平衡型膨脹節(jié)在火炬管網(wǎng)中的應(yīng)用胡一鳴4(華陸工程科技有限責(zé)任公司)摘要基于直管壓力平衡型膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)和原理，給出了其在火炬管網(wǎng)中的布置方式和對管廊固定支架的作用力，同時(shí)對直管壓力平衡型膨脹節(jié)與“n”型彎自然補(bǔ)償方法進(jìn)行了分析比較。工程應(yīng)用結(jié)果表明：與“n”型彎自然補(bǔ)償方法相比，直管壓力平衡型膨脹節(jié)能有效解決火炬管網(wǎng)的熱應(yīng)力問題，降低石化裝置的投資成本和運(yùn)行成本。關(guān)鍵詞直管壓力平衡型膨脹節(jié)火炬管網(wǎng)“?！毙蛷澴匀谎a(bǔ)償方法熱應(yīng)力中圖分類號(hào)"rQ055．8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)0254—6094(2016)02-025l-03以前，
2、在石油化工裝置管道設(shè)計(jì)中，由于火炬系統(tǒng)能力要求較小、火炬總管較細(xì)，因此通常采用管道自然補(bǔ)償法(“L’，、“z”、“n”型彎)和軸向型波紋管膨脹節(jié)補(bǔ)償形式來解決管網(wǎng)的熱應(yīng)力問題_j。然而，隨著石化裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，占地面積越來越大，各裝置間的工藝管道和公用工程管道也趨于大型化，使得火炬總管的直徑越來越大且長度更長。因此，為了降低作用到裝置管廊的結(jié)構(gòu)梁柱上的由自然補(bǔ)償和軸向型波紋管膨脹節(jié)而產(chǎn)生的巨大彈性力和內(nèi)壓推力，就需要人為增加自然補(bǔ)償?shù)臄?shù)量和加固管廊固定軸，這樣不僅會(huì)增加管道材料用量和土建工程量，還會(huì)增加火炬系統(tǒng)的阻力降。為此，筆者提出將直管壓力平衡型膨脹
3、節(jié)應(yīng)用于現(xiàn)代大型火炬管網(wǎng)中，替代傳統(tǒng)的“n”型彎自然補(bǔ)償方法，使火炬系統(tǒng)在滿足工藝要求的前提下，管網(wǎng)設(shè)置合理化，以確?；鹁嫦到y(tǒng)節(jié)約占地、投資適度舊o。1直管壓力平衡型膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)和工作原理1．1結(jié)構(gòu)直管壓力平衡型膨脹節(jié)(圖1)由位于兩端的兩個(gè)工作波紋管(直徑相等、波數(shù)相同、變形彈性剛度K工作一致)、位于中間的一個(gè)平衡波紋管、拉桿及端板等組成口。，主要用于吸收軸向位移并平衡波紋管的內(nèi)壓推力。圖1直管壓力平衡型膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖1——端管；3——拉桿；5、7——端板1、2；2——工作波紋管；4——平衡波紋管；6——導(dǎo)流筒1．2工作原理直管壓力平衡型膨脹節(jié)工作時(shí)，
4、兩個(gè)工作波紋管吸收相同的由于管道熱脹(冷縮)而產(chǎn)生的拉伸(壓縮)位移量x，而平衡波紋管則吸收相同的壓縮(拉伸)位移量x。在設(shè)計(jì)直管壓力平衡型膨脹節(jié)時(shí)，需要使平衡波紋管的有效面積A平衡等于工作波紋管有效面積AT作的兩倍，使之通過外部拉桿、端板等剛性構(gòu)件相連，達(dá)到內(nèi)壓推力的自身平衡。+胡一鳴，男，1980年8月生，工程師。陜頸省西安市，710065。252化工機(jī)械2016矩2直管壓力平衡型膨脹節(jié)的布置方式及其受力分析2．1布置方式火炬管網(wǎng)中，直管壓力平衡型膨脹節(jié)的布置方式如圖2所示。它一般位于外管廊上兩個(gè)固定點(diǎn)的中間。為防止橫向失穩(wěn)，在直管壓力平衡型膨脹節(jié)兩端最
5、近的兩個(gè)支架處分別設(shè)置導(dǎo)向管架。鞲一圖2直管壓力平衡型膨脹節(jié)的布置方式2．2對管廊固定支架的作用力直管壓力平衡型膨脹節(jié)在火炬管網(wǎng)中工作時(shí)，作用于固定支架的推力F由膨脹節(jié)一端所有的滑動(dòng)支架摩擦力∑F，、膨脹節(jié)工作波紋管和平衡波紋管吸收位移量時(shí)產(chǎn)生的彈性力F。和平衡波紋管與工作波紋管有效面積之間兩倍差的不平衡力F，組成，即：F=∑Ff+Fx+FP=∑■+(2K工作+K平新)X+(A平毒一2A工作)p式中K平簪——平衡波紋管的變形彈性剛度；P——壓力。由于設(shè)計(jì)直管壓力平衡型膨脹節(jié)時(shí)A平新=2A工作，由式(1)可知，作用于固定支架的推力F僅為直管壓力平衡型膨脹節(jié)受壓
6、縮時(shí)產(chǎn)生的彈性力與膨脹節(jié)一端所有滑動(dòng)支架摩擦力之和，即F=∑—■+(2K工作+K平衡)x。3直管壓力平衡型膨脹節(jié)與“丌”型彎自然補(bǔ)償方法的比較直管壓力平衡型膨脹節(jié)常用于低壓、大直徑管道和軸向位移較大的場合；采用直管壓力平衡型膨脹節(jié)可使管道按直線布置、減少項(xiàng)目占地面積、提高管廊利用率、減小管道系統(tǒng)的運(yùn)行沿程阻力、減小管道直徑、減少管道支架的數(shù)量和減小管廊固定支架的水平推力，從而降低項(xiàng)目整體工程造價(jià)?！阿颉毙蛷澴匀谎a(bǔ)償方法雖然結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，但是補(bǔ)償能力較小、作用于管廊固定軸的水平推力較大，而且每隔一定長度就需要人為設(shè)置一組“n”型彎，不僅增加了管道元件數(shù)量
7、和現(xiàn)場安裝工作量，還增加了火炬系統(tǒng)沿程阻力和裝置運(yùn)行成本。兩種補(bǔ)償方案的綜合比較見表l。表1兩種補(bǔ)償方案的綜合比較注：直徑為1in的一個(gè)焊口為一個(gè)焊接當(dāng)量(1達(dá)因)。4工程應(yīng)用實(shí)例某石化裝置中，220℃、0．4MPa(G)、材料為L245SAWL、管道公稱直徑800mm、壁厚12mm的火炬氣管道在外管廊連續(xù)敷設(shè)700m。采用“n”型彎自然補(bǔ)償方法時(shí)，按照每70m設(shè)置一組“Ⅱ”型彎，共需10個(gè)“Ⅱ”型彎。采用直管壓力平衡型膨脹節(jié)時(shí)，按照每個(gè)膨脹節(jié)可以吸收250mm的軸向位移計(jì)算，每100m設(shè)置一個(gè)膨脹節(jié)，共需7個(gè)直管壓力平衡型膨脹節(jié)。由表l可知，直管壓力平衡型
8、膨脹節(jié)方案對管廊寬度要求較小，可以提高管廊的利用率，
