蒸汽管道柔性設計方法

韓麗平

蒸汽管道柔性設計方法

韓麗平

柔性是蒸汽管道設計中必須考慮的一項重要因素，如果柔性因素考慮不合理，那么就會導致管道局部應力過大，出現泄露及損壞等情況，直接影響蒸汽管道的正常使用。近幾年，隨著我國工業化程度的不斷提升，蒸汽管道的柔性設計也引起了相關部門的高度重視。因此，本文首先對管道柔性設計目的進行介紹，并在此基礎上結合實例對具體的設計方法進行探討，以此來為日后此方面工作的開展提供參考。

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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生位移或其他原因所產生位移能力，保證管道應力在材料許用應力范圍內。在管道設計安裝中，柔性的考慮十分關鍵，但相關的設計工作也比較復雜。所以，為了保證管道柔性設計滿足應用需求，了解管道柔性設計的一般方法，并結合實際情況對其進行優化和完善至關重要。只有這樣，才能夠保證蒸汽管道柔性設計滿足使用要求。

1 蒸汽管道柔性設計的目的

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

2 某公司新增蒸汽管道的基本情況

為了更好的進行加工、生產，某公司結合自身發展的實際需求，對現有管網進行了優化和改造。根據改造需求，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出現400m左右盲端，對整個管網的安全運行具有很大影響。為了解決這一問題，該公司預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實際情況，在恰當的位置停止運行。如果此次管網改造成功，那么可使管網在原有基礎上減少3個以上排凝點，能更好的促進管網運行的安全性和穩定性。

3 改進蒸汽管道柔性設計的方法

為了確保蒸汽管道的柔性設計滿足改造需求，設計人員首先應該對管道的設計條件進行全面了解，根據該公司管網運行需求，對于新增管道型號和規格的選擇，主要以

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

在具體設計過程中，設計人員分別采用ASME判斷式分析法和CAESARII分析法對管道應力進行計算，計算結果分為操作溫度下工況和設計溫度下工況。其中，操作溫度下工況的二次應力計算結果為：Code Stress為270885.4，Allowable Stress為312949.5，Retio(%)為86.6。設計溫度下工況的二次應力計算結果為：Code Stress為288630.9，Allowable Stress為309536.6，Retio(%)為93.2。通過以上數據我們可以看出，在操作溫度和設計溫度下，最大二次應力出現在399點處，并且其值達到許用應力值的80%，這個時候的蒸汽管道處于疲勞狀態，并不利于管道的長期運行。由此可見，若想使蒸汽管道的柔性設計滿足要求，需要進一步對管網進行改造和優化。首先，設計人員在原有基礎上，又增加了2處π型補償，位置分別位于管道最前端的固定點和原有π型補償中間。用這種方法改造之后，二次應力計算具體結果為：Code Stress為171731.8，Allowable Stress為311020.4，Retio(%)為55.2。設計溫度下工況的二次應力計算結果為：Code Stress為186442.6，Allowable Stress為307607.5，Retio(%)為60.6。通過數據對比我們可以看出，改造過后的蒸汽管道二次應力數值下降了很多，這說明改造后的蒸汽管道布置有了一定的優化，對于降低管道應力和補償熱位移是有利的。此外，由于靠近π型補償的管道熱位移仍達到100mm左右，所以需要在原有設計的基礎上加長靠近π型補償的滑動管托的長度，以此來避免由于熱位移造成滑動管托脫空。

該公司在蒸汽管道改造過后，經過一段時間使用，整個管網運行情況穩定，加上維護檢修人員工作到位，從而使得管網運行并未出現較大問題。但需要注意的是，在未來的蒸汽管道柔性設計中，為了確保設計工作科學、合理，需要設計人員對各種工況進行全面考慮，然后根據相關規定，實施切實可行的柔性設計，并對其進行不斷優化與完善。只有這樣，才能夠將管道柔性設計的作用最大限度發揮出來。

4 結語

綜上所述，柔性設計是蒸汽管道安裝過程中的一項重要工作，直接關系著管道的安裝質量和應用情況。從本文的分析我們能夠看出，我國當前蒸汽管道的柔性設計仍然存在一些有待解決的問題，這就需要設計人員要從實際情況入手，根據蒸汽管道的安裝要求，選擇最佳的方法進行柔性設計，以此來切實提高蒸汽管道安裝質量，更進一步推動工業化發展進程。

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韓麗平，身份證號碼：441426198810311180