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【本科论文】试析炼油厂工艺及热力管网人工补偿器设计(论文范文题材)

星级: ★★★★ 期刊: 《中国高新技术企业·上旬刊》作者: 张东焱朱小林浏览量:3528 论文级别:最新本章主题:管道和应力原创论文: 5156论文网更新时间:12-24审核稿件编辑:Armstrong本文版权归属:www.lhfsf.com.cn 分享次数:2502 评论次数: 9238

导读:如何写好一篇管道和应力方面的论文。希望本篇炼油厂工艺及热力管网人工补偿器设计的论文范文会对你的写作构思有所启发以助大学生们轻松完成写作任务。

张东焱 朱小林

(中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东 青岛 266071)

摘要:如何合理消除或吸收管道系统的热变形,是进行管道系统安装设计的关键所在.文章结合已建工程,介绍炼油厂工艺及热力管网人工补偿器设计步骤及考虑问题,并图示工程中的典型安装实例.

关键词:管道补偿器;管网热变形;应力分析

中图分类号:TE973 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)19-0019-03

随着国家经济的发展,对能源需求量的增大,国内炼油厂原油处理能力逐步增大,炼油厂内装置数量不断增多,厂区内管网的规模也越来越大.管道闭合安装时的温度与正常生产操作时的运行温度不同,存在着或多或少的温差,因钢质管道本身具有膨胀特性,会产生热胀或紧缩现象,使得整条管道系统总长度增加或减小,为保障管路系统的稳定,通常采用利用管线安装敷设的自然弯曲部位或人为增设补偿措施的方式,吸收掉管道因温差产生热胀或紧缩长度.可见,如何合理消除或吸收管道系统的热变形,是进行管道系统安装设计的关键所在.

1 补偿器的设计

管道的热应力与管道的弹性有关,在温度较高的管道系统中,常设置一些弯曲的管段或可以伸缩的装置用以增加管道的弹性,减小热胀应力,这种能减小热应力的弯曲管段或伸缩装置称为补偿器.补偿器可以分为两类:因工艺需要在布置管道时自然形成的弯曲管段,称为自然补偿器;专门设置的用来吸收管道热膨胀的弯曲管段和伸缩装置,称为人工补偿器.

利用管道自身弯曲方式形成的补偿器,通常有Γ型补偿和Π型补偿两种形式,可水平或竖向布置.

1。1 Γ型补偿

Γ型补偿常用在管带转弯点和管带与装置单元接口处,充分利用管线的弯曲,在其两侧设置固定点,将管线约束成Γ型补偿形式.当管线连续两次发生转向,也可做成由两个Γ型补偿器组合而成的Z型补偿形式.Γ型补偿器两端固定点的设定距离,一般采用长臂和短臂长度不等的布置形式,通过增设导向支架,达到控制管线形变的目的.

1。2 Π型补偿

Π型补偿器通常在管道长距离水平敷设时使用.补偿器两侧设固定支架,对称布置有助于管线形变,当客观条件不允许时,允许两侧管道长度不同,但较小一端的长度不应小于两固定支架间距的1/3.Π型补偿器可在水平和竖直两个方向内布置.水平布置时,需占用管带之外的空间,有一定的占地要求;为节省用地,如果管带本身宽度满足做Π型补偿尺寸要求,可结合Γ型补偿形式,将补偿器高跨在管道上空;竖直布置时,管带只占用管带区域内的上侧空间,对平面布局要求相对不高.Π型补偿器从结构上分为短臂和长臂,长、短臂臂长的组合,可用于管道集中补偿,也可用于管线跨越公路、铁路或其他建构筑物等工况.

2 补偿地点的选择

某1000万吨/年炼油工程项目中,地上管道补偿选择地点有:(1)管带敷设的转向点;(2)管带跨越道路,利用管带高差;(3)管带的水平长、直部位;(4)管带与各装置或单元对接处.

3 补偿器的安装

补偿器的安装,重点在设置管道的支撑,合理控制支撑点之间的管线跨度.跨度过大,将影响管线的正常工作,可发生热位移过度、管线

炼油厂工艺及热力管网人工补偿器设计
管道和应力论文后的参考文献

塌腰等状况,如果跨度过小,则支撑布置过密,增加了投资费用,在某些空间受限制的场合,又增大了安装难度.管线跨度的大小,决定于管材的强度、管子的截面刚度、外载荷的大小、管道敷设的坡度以及管道允许的最大挠度等条件.

3。1 管道跨距的确定

3。2 补偿器的应力校核

小管径、单一模型可通过手动计算,计算出管道的最大应力值,与管道材质许用应力相比,如果在合理的范围之内,则认为上述安装模型合理,能保障管道系统安全,反之则需要重新调整安装模式,直至满足要求.

一般认为在常温(低于150℃)和工作循环次数较低(设计的管道工作年限内管线伸缩的总循环次数低于7000次)的情况下,许用的热胀应力[σ]r取为管材在常温下的许用应力[σ]的1。5倍,一般情况下,计算的最大热应力值不超过[σ]r值,就认为管道的工作是可靠的.

[σ]r=1。5[σ]

式中:

[σ]r——热胀应力许用值

[σ]——管材常温下的许用应力

对于在高温和工作循环次数较高的工况,[σ]r值按下式计算:

[σ]r=f(1。25[σ]c+0。25[σ]h)

式中:

[σ]c——冷态时管材的需用应力

[σ]h——热态时管材的需用应力

F——在全部工作年限内根据管线伸缩的总循环次数确定的应力降低系数

3。3 补偿器的优化配置

3。3。1 Π型补偿器的优化.保持管道两端固定点和Π型补偿器长臂数值不变,逐步增大短臂长度,通过分析CAESAR II软件计算结果,总结管道形变.

(1)补偿器场短臂的变化,对一次应力基本无影响;二次应力条件下有规律性变化.

(2)补偿器中点D应力变化逐渐减小,原因是断臂臂长的增加,导致D点弯曲变形变小,应力相应减小.

(3)补偿器中C、E两点,二次应力数值逐步减小,原因是短臂弯曲形变量的减小.

(4)补偿器中B、F两点,二次应力数值逐步增大,原因是短臂弯曲形变量减小,而整个管道系统的热胀量不变,须通过加大B、F两处的管道形变量加以吸收,导致应力数值变大.

(5)补偿器长短臂的臂长比值逐渐变小的情况下,导向点A、G两处的二次应力基本保持不变.

综上所述,随着Π型补偿器短臂的增大,管道的最大应力点由长臂与短臂的交汇

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点,逐渐向长臂与管线的交汇点转移.

3。3。2 多种补偿器联合使用的优化.由于现场及
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其他众多条件影响,有时管道在两个固定点之间的一个人工补偿,达不到安全吸收管道热胀量,需要再增设一个或两个人工补偿.

多个补偿器的连续使用,因可弯曲吸收形变量点的增加,理论上可以保证管道热胀量的吸收,但确定到每个弯曲形变量点,其形变位移数值的大小,根据以往单一补偿器的形变量位移手动计算方法,不能解决问题,此时利用一些较为成熟的应力计算软件辅助计算,往往能取得事半功倍的效果.

4 补偿器的实例应用

某1000万吨/年炼油工程项目中,主要使用了以下四种人工补偿方式,示意如下:

(1)热管道在管带宽范围内,水平安装为Π型补偿器:

(2)热管道在管带宽范围内,变高差后,水平安装为Π型补偿器:

(3)热管道在管带宽范围外,水平安装为Π型补偿器:

(4)热管道经桁架变标高后,连续做L型补偿:

5 结语

管道系统中的人工补偿器设计,需要结合管道跨距要求,根据管道系统的布置路由

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,综合利用管带的转向、跨越、变高差等局部特征,合理确定管道补偿位置.根据管道温差的大小,合理确定固定点之间的距离,计算出管道形变量后,再对应确定补偿器结构尺寸.

[ 参考文献 ]

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