管道膨胀量及弯管计算
膨胀节
膨胀节习惯上也叫伸缩节,或波纹管补偿器，是利用波纹管补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。
可对轴向，横向，和角向位移的的吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等。
膨胀节为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。
由于它作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，工作可靠、性能良好、结构紧凑等优点，已广泛应用在化工、冶金、核能等部门。
在容器上采用的膨胀节，有多种形式，就波的形状而言，以U形膨胀节应用得最为广泛，其次还有Ω形和C形等。
而在管道上采用的膨胀节就结构补偿而言，又有万能式、压力平衡式、铰链式以及万向接头式等。
弯管式膨胀节将管子弯成U形或其他形体（图1），并利用形体的弹性变形能力进行补偿的一种膨胀节。
它的优点是强度好、寿命长、可在现场制作,缺点是占用空间大、消耗钢材多和摩擦阻力大。
这种膨胀节广泛用于各种蒸汽管道和长管道上。
波纹管膨胀节波纹管膨胀节是用金属波纹管制成的一种膨胀节。
它能沿轴线方向伸缩，也允许少量弯曲。
图2为常见的轴向式波纹管膨胀节，用在管道上进行轴向长度补偿。
为了防止超过允许的补偿量，在波纹管两端设置有保护拉杆或保护环，在与它联接的两端管道上设置导向支架。
另外还有转角式和横向式膨胀节，可用来补偿管道的转角变形和横向变形。
这类膨胀节的优点是节省空间，节约材料，便于标准化和批量生产，缺点是寿命较短。
波纹管膨胀节一般用于温度和压力不很高、长度较短的管道上。
随着波纹管生产技术水平的提高，这类膨胀节的应用范围正在扩大。
套管伸缩节套管伸缩节由能够作轴向相对运动的内外套管组成。
内外套管之间采用填料函密封。
使用时保持两端管子在一条轴线上移动。
在伸缩节的两端装设导向支架。
它的优点是对流体的流动摩擦阻力小，结构紧凑；缺点是密封性较差，对固定支架推力较大。
套管伸缩节主要用于水管道和低压蒸汽管道膨胀节标准标准编号:GB/T 12777-1999（新标准GB/T 12777-2008）膨胀节标准名称:金属波纹管膨胀节通用技术条件标准实施日期:2000-3-1 （新标准实施日期2009-02-01）颁布部门:国家质量技术监督局内容简介:本标准规定了金属波纹管膨胀节的定义、分类、要求、试验方法、检验规则、标志及包装、运输、贮存等。
管道的膨胀和支撑
图1.1.8马蹄形
图1.1.9膨胀环焊接点
膨胀环
膨胀环可由一段长度的直管道和焊接弯管制成（见图1.1.9）。图1.1.10显示这样装置可吸收的管道膨胀长度。
由图1.1.9可以看出，膨胀环的深度是宽度的两倍，而宽度在已知膨胀环任一侧的膨胀长度时可由图1.1.10确定。
在实际应用中，管道在冷态下配有隔离件，其长度为管道总膨胀的一半，装在两片法兰之间。当管道全部安装完毕并在两端固定后，撤离隔离件，连接被拉紧（见图1.1.3）。
图1.1.3预载管道以允许膨胀
如果剩余的膨胀不能被管道的自然柔性所吸收，则必须使用膨胀件。
实际应用中，管道膨胀和支撑可以分成三个部分，见图1.1.4。
2、当两根或多根管道在同一个托架上支撑时，支撑距离应根据最小口径管道确定。
3、当出现明显的移动时，如管道超过15 m长时，应使用如前所述的滑轮式支撑。
4、在上升管道的底部应充分支撑，以承受所有垂直管道以及内部流体的重量。垂直管道的分支管道不能作为管道的支撑，因为这样会在接头处施加过大的应力。
5、所有的管道支撑应特别设计以适用于该管道的外径。选型过大的管道托架是不良的做法。
12.8
13.9
14.9
15.8
16.6
17.3
17.9
—
合金钢1%Cr0.5%Mo
13.7
14.5
15.2
15.8
16.4
17.0
17.6
—
不锈钢18%Cr8%Ni
9.4
20.0
20.9
21.2
21.8
22.3
膨胀节基础知识
非
金
• 纤维织物膨胀节由耐高温复合材料 ，即硅橡胶，玻璃纤维，复合无碱
属
布，隔热棉等柔性材料构成
膨
• 主要技术参数：
胀 节
压力： • 温度：-20°-500° • 圆形：DN50-DN5000
膨胀节型号体现措施
• 对于复式自由型膨胀节（代号FZ）和弯管压 力平衡型膨胀节（代号WP），设计位在前，设计横向位移在后，两 个设计位移之间用“/”号连接。在承制方旳 产品样本中，前一种设计位移为单一设计 轴向位移（设计横向位移为零时），后一 种设计位移为单一设计横向位移（设计轴 向位移为零时）。
• 套管伸缩节由能够作轴向相对运
金
动旳内外套管构成。内外套管之 间采用填料函密封。使用时保持
属
两端管子在一条轴线上移动。
膨
胀
节
金
属
膨
胀 节套
筒 式 膨 胀 节
• 产品主要有套筒(芯管),外壳,密封材 料等构成.用于补偿管道旳轴向伸 缩及任意角度旳轴向转动.
金
• 套筒式补偿器旳内套筒与管道连接,采用 高性能自压式动密封旳原理与构造,它能
• 对于膨胀节设计位移，在承制方产品样本 中应明确阐明波纹管旳设计温度、设计疲 劳寿命和材料等设计条件；订购方在规定
膨胀节型号体现实例如下：
• 设计压力为1.6MPa，公称通径为1000mm,设计轴 向位移为205mm，端部连接为焊接型式，波纹管 为无加强U形旳外压单式轴向型膨胀节，其型号体 现为：WZUH1.6-1000-205。 设计压力为0.6MPa，公称通径为800mm，设计轴 向位移（设计横向位移为零时）为35mm，设计横 向位移（设计轴向位移为零时）为10mm,端部连 接为法兰型式，波纹管为∩形旳弯管压力平衡型 膨胀节，在承制方旳产品样本中其型号体现为： wpof0.6-800-35/10.
管道计算
管道计算第一章任务与职责1. 管道柔性设计的任务压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况；1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏；2) 管道接头处泄漏；3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏；2. 压力管道柔性设计常用标准和规范1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》10) GB 150-1998《钢制压力容器》3. 专业职责1) 应力分析(静力分析动力分析）2) 对重要管线的壁厚进行计算3) 对动设备管口受力进行校核计算4) 特殊管架设计4. 工作程序1) 工程规定2) 管道的基本情况3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析6) 立体管系可采用公式法进行应力分析7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道8) 采用CAESAR II 进行应力分析9) 调整设备布置和管道布置10) 设置、调整支吊架11) 设置、调整补偿器12) 评定管道应力13) 评定设备接口受力14) 编制设计文件15) 施工现场技术服务5. 工程规定1) 适用范围2) 概述3) 设计采用的标准、规范及版本4) 温度、压力等计算条件的确定5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法6) 应用的计算软件7) 需要进行详细应力分析的管道类别8) 管道应力的安全评定条件9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）10)防止法兰泄漏的条件11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求12)业主的特殊要求13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）14)不同专业间的接口关系15)环境设计荷载16)其它要求第二章压力管道柔性设计1. 管道的基础条件包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。
管道自然补偿
3．自然补偿3．１利用管道自然弯曲形状（或设计成L或Ｚ管道)所具有的柔性，补偿其管道自身的热胀和端点的位移称之为自然补偿。
蒸汽直埋管道正是在温度变化时,弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。
热力管道热伸长量ΔL=a(t2-t1)L ﻩmmａ——管道在相应温度范围内的线胀系数 mｍ/m℃L——管道长度 mｔ1——管道安装温度℃t2——管道设计使用（介质）温度℃上式计算的管道伸长量ΔL是相对保守的，它没有考虑管道与其接触面（保温材料等)摩擦约束作用、相对位移影响等。
３.2 L型自然补偿文献［８]提出Ｌ长≦0.8５Lkp或（L长+L短)/2≦０.85ＬkpL ｋp ——极限臂长，是L弯管的臂长达到Ｌkp时热胀和内压作用弯头处引起综合应力达到安定性变形的极限值2σs。
通常Ｑ23５，σs取80ＭPa。
此与Ｌ=１．1x[（ΔLDw）／300]１／2计算结果基本一致。
对于绝大多数蒸汽直埋保温管多采用钢外套或玻璃钢/钢外套管形式,这不同于架空软质外套保温，要求工作管除自身应力满足安全需要外，外护管还必须有足够空间，保证工作管道的膨胀或位移不受外套管的阻碍、限制，同时保证绝热效果良好。
这就在某些工况下，要求设有补偿直管段(较通常管径扩大的直管段)或补偿弯头（偏心补偿驼背弯头)等。
3．3 Z型自然补偿文献［8］提出最小短臂长度Lｍiｎ概念Lmｉｎ＝0.8x0.65(ΔLDw) 1/2 mﻩﻩＬ长≦０.８5ｌｋpﻩL短≧１.15 Ｌｍin同时满足上两式要求,才能保证管道塑性变形不超过安定范围。
即短臂不过短，刚度不过大，不引起强度破坏或疲劳破坏。
Z型也可按两个L型进行补偿计算。
3.4 图解Ｌ型补偿随着科技进步，蒸汽直埋保温管设计结构有新的发展,可位移固定墩问世应用（1９98)。
文献[5］介绍了在不考虑弯管柔性系数和应力加强系数情况下,利用经验绘制的图表可迅速的对Ｌ管道进行柔性补偿判断，确定长、短臂尺寸。
管材的线膨胀及伸缩量的计算
一、热膨胀量的计算管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。
另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。
实验证明，温度变化而引起管道长度成比例的变化。
管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩，长度缩短。
温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。
不同材质的材料线膨胀系数也不同。
碳素钢的线膨胀系数为12×10—6／℃，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀系数为80X10—6／℃，约为碳素钢的七倍。
管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算： ()L t t L 21-=∆α式中△L ——管道热膨胀伸长量(m)；——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)；t 2——管道运行时的介质温度(℃)；t l ——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t 1=—5℃；当室外架空敷设时，t 1应取冬季采暖室外计算温度；L ——计算管段的长度(m)。
不同材质管材的。
值见表2—1。
表2—1不同材质管材的线膨胀系数在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为()L t t L 2161012-⨯=∆- 管道材质线膨胀系数/（×10—6/℃） 管道材质 线膨胀系数/（×10—6/℃） 碳素钢铸铁中铬钢不锈钢镍钢奥氏体钢 12 17 纯铜(紫铜) 黄铜 铝 聚氯乙烯 氯乙烯 玻璃 80 10 5式中12×10—6——常用钢管的线膨胀系数(1／)。
根据式(2—2)制成管道的热伸长量△L表(见表2—2)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。
例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m，输送热水温度为95℃，试计算此段管道的热伸长量。
解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(2—2)△L=12×10—6(t1—t2)L=12×10—6（95+5）×70=由已知管长及送水温度，直接查表2—2，也可得管道的热伸长量△L。
膨胀节分类标准
纹膨胀节
-248 型 65N/mm，横向位移 248mm。实际横向位移 185mm。
许用疲劳寿命 3000 次。
2 横向拉杆型波 YDMH1.6-300 公称压力 1.6MPa，公称直径 DN300，横向刚度
纹膨胀节
-216 型 11N/mm，横向位移 216mm。实际横向位移 120mm。
许用疲劳寿命 3000 次。
机电安装工程施工工艺标准----暖通
直管压力平衡型膨 ZP 胀节
旁通直管压力平衡 PP 型膨胀节 外压轴向型膨胀节 WZ
3.实例图片
拉杆、端板和球面与锥 面垫圈等结构件组成
由位于两端的两个工作 波纹管和位于中间的一 个平衡波纹管及拉杆和 端板等结构件组成
由两个相同的波纹管及 端环、封头、外管等结 构件组成
复式万向铰链型膨 胀节
FW 由中间管所连接的两个 能吸收任一平面内的横向 波纹管及十字销轴、铰 位移并能承受波纹管压力 链板和立板等结构件组 推力的膨胀节 成
弯管压力平衡型膨 胀节
WP 由一个工作波纹管或中 主要用于吸收轴向与横向 间管所连接的两个工作 组合位移并能平衡波纹管 波纹管和一个平衡波纹 压力推力的膨胀节 管及弯头或三通、封头、
FZ 由中间管所连接的两个 主要用于吸收轴向与横向 波纹管及结构件组成 组合位移而不能承受波纹 管压力推力的膨胀节
复式拉杆式膨胀节
FL 由中间管所连接的两个 能吸收任一平面内的横向 波纹管及拉杆、端板和 位移并能承受波纹管压力 球面与锥面垫圈等结构 推力的膨胀节 件组成
பைடு நூலகம்
复式铰链型膨胀节
FJ 由中间管所连接的两个 只能吸收一个平面内的横 波纹管及销轴、铰链板 向位移并能承受波纹管压 和立板等结构件组成 力推力的膨胀节
自适应海底管线膨胀位移的管道终端设计及计算
自适应海底管线膨胀位移的管道终端设计及计算郭磊;段梦兰;李婷婷;程光明【摘要】In order to meet the developing of deeper-water oil & gas fields,a new pipeline end termination (PLET) with a sliding device which could adapt to the instant maximum slide about 1, 5 m caused by pipeline expansion is designed. Because the instant slide displacement caused by 35 km pipeline is 0. 995 m which is smaller than 1. 5 m,so the sliding device could stop the instant slide damaging other structure. The PLET also has a creative structure called force transfer device (FTD) which could effectively disperse the intent force from 1700 m pipeline.%为满足我国深水油气田开发的需求,设计了一种全新的管道终端(PLET).该PLET具有1套快速自适应滑移机构,最大滑移距离为1.5m,能够自适应海底管道的线膨胀位移.滑移机构能在很大程度上缓冲35 km的海底管道累积产生的0.995m瞬间膨胀位移,避免了瞬间滑动对该PLET其他结构造成破坏.此外,该PLET还有1个力转移座,在PLET的第2端安装时,为分散设定的1700m海底管道引起的集中力起到了很好的作用.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2012(041)004【总页数】6页(P25-30)【关键词】深水;管道;PLET;滑移机构,膨胀位移【作者】郭磊;段梦兰;李婷婷;程光明【作者单位】中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE952我国已经在南海开发超过1 500m水深的油气田，这标志着我国的海洋油气开发迈向了深水和超深水。
膨胀节的分类及注意事项
膨胀节的分类/注意事项解析膨胀节其实也可以称为补偿器，或伸缩节。
它是由波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。
一种能够自由伸缩的弹性补偿元件，具有工作可靠、性能良好、结构紧凑等优点，已经在化工、冶金、核能等得到了广泛应用。
在生活中不同地方所用的膨胀节也有所不同，因此，我们要了解它的各个分类之间有什么不同的地方。
亚光波纹管膨胀节的分类主要分为两大类：金属膨胀节和非金属膨胀节。
其中金属膨胀节又分为弯管式膨胀节、波纹管膨胀节和套筒式膨胀节。
非金属膨胀节分为橡胶风道膨胀节和纤维织物膨胀节。
波纹管膨胀节波纹管膨胀节是用金属波纹管制成的一种膨胀节。
它能沿管道轴线方向伸缩，也允许少量弯曲。
例如轴向式波纹管膨胀节，用在管道上进行轴向长度补偿。
为了防止超过允许的补偿量，在波纹管两端设置有保护拉杆或保护环，在与它连接的两端管道上设置导向支架。
另外还有转角式和横向式膨胀节，可用来补偿管道的转角变形和横向变形。
这类膨胀节的优点是节省空间，节约材料，便于标准化和批量生产，缺点是寿命较短。
波纹管膨胀节一般用于温度和压力不很高、长度较短的管道上。
随着波纹管生产技术水平的提高，这类膨胀节的应用范围正在扩大。
目前，波纹管膨胀节可用在最高压力6.0兆帕的管系中。
套筒式膨胀节套管伸缩节由能够作轴向相对运动的内外套管组成，内外套管之间采用填料函密封。
使用时保持两端管子在一条轴线上移动。
主要由套筒(芯管)、外壳、密封材料等组成。
用于补偿管道的轴向伸缩及任意角度的轴向转动，具有体积小补偿量大的特点。
适用于热水、蒸气、油脂类介质，通过滑动套筒对外套筒的滑移运动，达到热膨胀的补偿。
外壳与内套筒之间采用新型合成材料密封，能耐高温、防腐蚀抗老化，适用温度-40至150，特殊情况下可达350。
既能保证轴向滑动，又能保证管内介质不泄漏。
橡胶风道膨胀节风道橡胶补偿器分为FDZ、FVB、FUB、XB四种型号，由橡胶和橡胶一纤维织物复合材料、钢制法兰、套筒、保温隔热材料组成，主要用于各种风机、风管之间的柔性连接，其功能是减震、降噪、密封、耐介质、便于位移和安装，是环境保护领域中一种极为理想的减震、降噪、消烟除尘的最佳配套件。
管道膨胀量及弯管计算
管道膨胀量及弯管计算管道膨胀量及弯管计算是在工程设计和安装过程中非常重要的计算内容。
管道膨胀量的计算可以帮助工程师确定管道在热胀冷缩过程中的变形程度，从而选取合适的补偿措施。
而弯管计算则是为了确定管道在弯曲处的结构稳定性和弯曲角度。
本文将详细介绍管道膨胀量及弯管计算的基本原理和方法，并给出实际案例进行分析。
一、管道膨胀量计算在工程设备中，管道的温度会因为介质的热传导而发生变化，导致管道的热胀冷缩。
为了保证管道系统的正常运行和结构安全，需要考虑管道在热胀冷缩过程中的膨胀量。
1.管道材料的线膨胀系数：不同材料的管道在不同温度下的线膨胀系数不同，一般可从材料手册中查询得到。
2.管道长度：管道的长度越长，膨胀量也就越大。
3.温度差：管道在设计温度和环境温度之间的温度差越大，膨胀量也就越大。
计算管道的膨胀量可以使用以下公式：膨胀量=管道长度×温度差×线膨胀系数举例说明：二、弯管计算在管道设计中，经常会遇到需要在管道上进行弯曲的情况，如水暖管道、通风管道等。
为了保证弯曲处的结构稳定性和弯曲角度的准确性，需要进行弯管计算。
弯管计算要考虑的主要因素有以下几个：1.弯曲角度：弯曲角度是根据实际工程需求确定的，一般情况下，弯曲角度不应大于180度。
2.管径和壁厚：管道的管径和壁厚对弯曲处的结构稳定性有重要影响。
3.弯管弯曲半径：弯管弯曲半径是指弯曲处的曲线弧形的半径，一般情况下，弯管弯曲半径不应小于管道直径的3倍。
弯管的计算一般可以通过以下步骤进行：1.确定弯曲处的管道长度，根据工程实际情况进行测量或估计。
2.根据已知的管径和壁厚，计算出管道的截面面积。
3.根据已知的弯曲角度和管径，计算出弯管的弯曲半径。
4.根据已知的管道长度、弯曲半径和弯曲角度，计算出弯管的弯曲长度。
5.根据已知的管道长度和弯管的弯曲长度，计算出直管的长度。
举例说明：假设有一段长度为10m的钢管，管径为50mm，壁厚为2.5mm，需要对其进行180度的弯曲。
压力管道设计技术规定
g）除非另有规定，计算中的安装温度直取20℃。
5.1.3应力分析所用的钢材弹性模量、线膨胀系数，分别按附录A、附录B选用。
5.2 一般规定
5.2.l 应力计算软件采用CAESARII软件。
5.2.2下列管道一般不需要进行计算机应力分析：
3.2管道的柔性设计应符合 SH3041的有关规定，应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点的附加位移造成下列问题：
a）管道应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏；
b）管道连接处泄漏；
c）管道的推力及力矩过大，使与其连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行。
3.3管道的防振设计应保证管道在设计条件下有足够的刚性，避免在压力脉动、两相流振动、水锤、安全阀排气、风载荷、地震载荷等情况下产生干扰力作用，而发生强烈振动。
5.2.3 下列管道需要进行计算机应力分析：
a）进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；
b）进出汽轮机、离心压缩机、离心分离机、鼓风机的工艺管道；
c）进出高温反应器的管道；
d）设计温度≥400℃的管道；
e）DN≥650的管道；
f）操作温度t≥230℃，DN≥100的管道；
g）DN≥350的真空管道；
h）操作温度 t≤－30℃的管道；
1）与空冷器连接公称直径DN≥100的管道；
j）夹套管；
k）与规定了最大允许接管载荷的工艺设备相连接的管道；
l）利用图表或其它简化法初步分析后，表明需要进一步详细分析的管道。
5.2.4 下列管道宜进行动力分析：
a）进出往复式压缩机和泵的管道；
b）进出汽轮机、离心机、分离机的管道；
消除管道热膨胀的形式
消除管道热膨胀的形式1.引言1.1 概述管道热膨胀是指管道在受到热量加热时，由于其材料的热胀冷缩特性，导致管道长度变长或变短的现象。
这种现象在很多工程领域中都存在，特别是在管道输送液体或气体时更加明显。
管道热膨胀的主要原因是热量的传递。
当管道输送液体或气体时，由于液体或气体的温度变化，传导给管道内的金属材料，导致管道发生热胀冷缩。
这种膨胀和收缩的过程会导致管道产生应力和位移，并且可能对管道系统产生不利影响，如管道的破裂、泄露等。
为了解决管道热膨胀问题，需要采取相应的措施来消除或减小其对管道系统的影响。
常用的方法是通过合理的管道设计和安装方式，采取补偿措施来减小管道热膨胀造成的影响。
例如，在管道的设计中可以考虑设置膨胀节或伸缩节，通过这些装置来吸收管道的热胀冷缩变形；在管道的安装过程中，可以采用弯曲管道、Z型弯管以及导热跳距等方法来消除或减小管道热膨胀的影响。
总而言之，消除管道热膨胀的形式是一个复杂而重要的问题。
只有通过合理的管道设计和采取适当的安装措施，才能有效地减小管道热膨胀所带来的风险和不利影响。
在未来的研究中，我们可以进一步探索新的解决方案和技术，以适应不同工程环境中管道热膨胀问题的需求。
文章结构部分的内容可以从以下几个方面进行阐述：1.2 文章结构为了使读者更好地理解文章内容，本文将按照以下结构进行阐述：a) 引言部分：首先对本文的主题进行概述，介绍管道热膨胀的问题，并对文章的目的进行说明。
b) 正文部分：本部分将分为两个小节进行阐述。
首先，我们将介绍管道热膨胀的原因，包括温度变化引起的膨胀问题以及这种膨胀可能带来的危害。
随后，我们将重点介绍消除管道热膨胀的形式上的方法，包括预留伸缩节、采用弯头和弯管、采用支吊架等技术手段。
通过这些方法的应用，可以有效减少或消除管道热膨胀带来的不利影响。
c) 结论部分：最后将对全文进行总结，并对消除管道热膨胀的形式提出展望，提出一些可能的改进和发展方向。
弯管压力平衡型波纹膨胀节
弯管压力平衡型波纹膨胀节
弯管压力平衡型波纹膨胀节是一种常用于管道系统中的承压元件。
它主要由内外层波纹管和法兰组成，内层波纹管与外层波纹管之间夹杂一定数量的分隔板，形成多个密闭腔室。
当管道系统内液体流动时，波纹膨胀节内部的分隔板阻碍了液体的自由流动，从而使得液体在波纹膨胀节中产生了压力差异。
这种压力差异导致内外层波纹管的弯曲变形，从而吸收了管道系统中因温度变化或泵站启停等原因造成的热胀冷缩和水锤冲击所引起的应力。
弯管压力平衡型波纹膨胀节具有以下优点：
1. 压力平衡性好：由于波纹膨胀节内部的多个密闭腔室，使得
液体在波纹膨胀节内部产生了压力差异，从而达到了压力平衡的效果。
2. 承受应力能力强：波纹膨胀节内部的分隔板阻碍了液体的自
由流动，从而在波纹膨胀节内部产生了大量的应力，使得膨胀节能够承受更大的应力。
3. 适用范围广：波纹膨胀节不仅可以用于一般管道系统，还可
以用于高温、高压和腐蚀性介质等特殊工况下的管道系统。
总之，弯管压力平衡型波纹膨胀节是一种性能优良、适用范围广的承压元件，它能够有效地保护管道系统不受应力损伤，从而提高了管道系统的安全性和可靠性。
- 1 -。
弯管力矩计算公式
弯管力矩计算公式管道弯曲通常会给管道系统带来很大的压力和应力，因此计算弯管力矩是确保管道系统结构和材料的强度足够的重要一步。
在计算弯管力矩时，有两个主要因素需要考虑：1.流体的速度和质量流量：流体的速度和质量流量直接影响到弯管处的流体力学压力。
流体在管道中的流动会受到流体速度和管道直径大小的影响，流体速度越大，流体对管道壁面的冲击力就越大，所产生的弯管力矩也越大。
2.弯曲半径和弯管角度：弯曲半径和弯管角度也会对弯管力矩的大小产生影响。
弯曲半径越小，弯管的曲率半径越小，所产生的弯管力矩就越大。
同样地，弯管角度的大小也会直接影响到弯管力矩的值，弯管角度越大，所产生的弯管力矩也越大。
根据上述因素，弯管力矩计算公式可以表示为：M=Pd×R其中，M是弯管力矩，单位是牛顿·米(N·m)；P是流体在管道中的流体压力，单位是帕斯卡(Pa)；d是管道的内径大小，单位是米(m)；R是弯管的曲率半径，单位是米(m)。
此外，还有一些其他的因素可以对弯管力矩进行修正，比如管道的壁厚、材料的弹性模量和屈服强度等，这些因素可以根据具体情况进行修正。
需要注意的是，弯管力矩计算公式只是一个近似计算公式，实际应用中还需要考虑更多的因素和修正，比如管道的支持和固定方式、管道的温度和膨胀等。
因此，在实际工程设计中，需要综合考虑所有可能的影响因素，并根据实际情况进行计算和修正，以确保管道系统的安全可靠运行。
总之，弯管力矩计算公式是用于计算管道弯曲处的力矩的一个近似公式，其主要考虑了流体速度、质量流量、弯曲半径和弯管角度等因素。
然而，实际应用中还需要考虑更多的因素和修正，以确保管道系统的结构和材料强度足够，并保证系统的安全可靠运行。
042_关于管道中膨胀弯管设计的几点认识
2006年用户年会论文关于管道中膨胀弯管设计的几点认识卓高柱，王帅，孔凡敬，吴会珍(济南锅炉集团锅炉技术中心，山东济南 250023)[ 摘要]：本文从整体性观点出发，利用大型有限元分析软件ANSYS，对管道设计中膨胀弯管布置位置的系列分析研究，得出管道各有效参数随弯管布置位置的变化规律，从而为设计人员在确定弯管布置位置时提供了重要的参考依据；其次，通过对管道中膨胀弯管曲率半径的系列分析研究，得出管道各有效参数随弯管曲率半径变化的曲线图，通过对曲线图的分析得出结论，从而为设计人员更好地设计弯管的曲率半径提供方便。
[ 关键词]：有限元分析；管道布置；弯管；推力；曲率半径；曲线图Some Understanding on Pipeline DesignZHUO Gao-zhu，WANG Shuai，KONG Fan-jing，WU Hui-zhen(The Technical Center Of JINAN BOILER GROUP CO.,LTD，JINAN 250023，China)[Abstract]：This paper embarks from integrity views, Using ANSYS FEM to carry on the analysis. We can get some conclusions as bellow. The first, After researching the position to the Pipelinelying, We can obtains change rule of pipeline’s effective parameter which changes alongwith syphon ’s position, It therefore provides the important basis at the position of pipelinelying for the designer; The second, After researching the curvature radius series of Syphon,We can get the curvature graph of pipeline’s effective parameter ,that along with thecurvature radius of Syphon’s change,It therefore provides more convenient for designer. [Key words]：Finite Element Analysis; Pipeline laying; Syphon; Thrust; Curvature Radius; Graph膨胀弯管在管道的设计中起着非常重要的作用，它可以极大地削弱因管道膨胀等原因而产生的管道端部推力，从而很好的保护管道端部所连接的设备，避免重大事故的发生，因此对管道中膨胀弯管设计的研究是非常重要的。
L型和方形补偿器补偿器计算
管径 (mm)
管壁温度 T1 (℃)
安装环境温度 T2 (℃)
DN150
75
0
长臂长
短臂长
Lch
LD
夹角形式
(m)
(m)
5.00
1.30 长臂与短臂垂直方向的夹角
短臂上的变形弹力 短臂上的变形弹力 短臂固定点的弯曲应力
Px (kg)
Py (kg)
σ bw (kg/mm2)
1324.1788
管径 (mm)
60 管子弯曲半径
R (mm)
600
补偿器高 H
(mm) 1500
管子断面抗弯矩 W
(cm3) 82
DN150 横截面平均半径
rp (mm)
77.25
补偿器宽 B
(mm) 700
弯曲力矩 Mmax (kg-m) 522.30
方型补偿器
管壁温度 T1 (℃)
安装环境温度 T2 (℃)
线膨胀系数
140.6401
15.4217
线膨胀系数 α
(mm/m·℃) 0.012
夹角 β (°)
0.0
弹性模数 管子断面惯性矩 管子外径
E
I
Dw
(kg/cm2)
(cm4)
(cm)
1990000
652
15.9
n=Lch/LD
系数 A
系数 B
3.846
19.1642 2.0354
系数 C
7.0402
固定支架之间管道长度 L (m)
α (mm/m·℃)
75
0
0.012
弯管尺寸系数
减刚系数
冷紧系数
h
K
膨胀节的类型和构造
膨胀节的类型和构造一、波纹膨胀节的类型波纹管配备相应的构件，形成具有各种不同补偿功能的波纹膨胀节。
按补偿形式分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型。
轴向型：普通轴向型、抗弯型、外压型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。
横向型：单向横向型、万向铰链横向型、大拉杆横向型、小拉杆横向型。
角向型：单向角向型、万向角向型。
以上是基本分类，每类都具备共同的功能。
在一些特定情况还可以有特殊功能，如耐腐蚀型、耐高温型。
按特定场合的不同，分为催化裂化装置用、高炉烟道用。
按用于不同介质分为：热风用、烟气用、蒸汽用等。
二、波纹膨胀节的结构1、轴向型波纹膨胀节（1）普通抽向型：是最基本的轴向膨胀节结构。
其中支撑螺母和预拉杆的作用是支撑膨胀节达到最大额定拉伸长度和到现场安装时调整安装长度（冷紧）。
如果补偿量较大，可用两节，甚至三节波纹管。
使用多节时，要增加抗失稳的导向限位杆。
（2）抗弯型：增加了外抗弯套筒，使整体具有抗弯能力。
这样可以不受支座的设置必须受4D 14D的约束，支架的设置可以将这段按刚性管道考虑。
（3）外压型：这种结构使波纹管外部受压，内部通大气。
外壳必须是密闭的容器，它的特点是：1）波纹管受外压不发生柱失稳，可以用多波，实现大补偿量。
2）波纹内不含杂污物及水，停气时冷凝水不存波纹内可从排污阀排掉不怕冷冻。
3）结构稍改进也具有抗弯能力。
（4）直埋型：它的外壳起到井的作用，把膨胀节保护起来．密封结构防止土及水进入。
实际产品分防土型和防土防水型。
对膨胀节的特殊要求是必须与管道同寿命。
（5）一次性直理型：它的使用是装在管线上后整个管线加热升温到管线的设计温度范围的中间温度，管线伸长，波纹管被压缩，两个套筒滑动靠近，然后把它们焊死，再由检压孔打压检验焊缝不漏即可。
它的特点是：1）焊死后波纹管再不起作用，它的寿命一次就够。
2）波纹管的设计压力按施工加热的压力设计。
材质用普通碳钢。
2、横向型波纹膨胀节（1 ）单向横向型：它只能在垂直于铰链轴的平面内弯曲变形。
管道自然补偿
3．自然补偿3．1 利用管道自然弯曲形状（或设计成L或Z管道）所具有的柔性，补偿其管道自身的热胀和端点的位移称之为自然补偿。
蒸汽直埋管道正是在温度变化时，弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。
热力管道热伸长量ΔL=a(t2-t1)L mma——管道在相应温度范围内的线胀系数 mm/m℃L——管道长度 mt1——管道安装温度℃t2——管道设计使用（介质）温度℃上式计算的管道伸长量ΔL是相对保守的，它没有考虑管道与其接触面（保温材料等）摩擦约束作用、相对位移影响等。
3．2 L型自然补偿文献[8]提出 L长≦0.85Lkp或（L长+L短）/2≦0.85LkpL kp ——极限臂长，是L弯管的臂长达到Lkp时热胀和内压作用弯头处引起综合应力达到安定性变形的极限值2σs。
通常Q235，σs取80MPa。
此与L=1.1x[(ΔLDw)/300]1/2计算结果基本一致。
对于绝大多数蒸汽直埋保温管多采用钢外套或玻璃钢/钢外套管形式，这不同于架空软质外套保温，要求工作管除自身应力满足安全需要外，外护管还必须有足够空间，保证工作管道的膨胀或位移不受外套管的阻碍、限制，同时保证绝热效果良好。
这就在某些工况下，要求设有补偿直管段（较通常管径扩大的直管段）或补偿弯头（偏心补偿驼背弯头）等。
3．3 Z型自然补偿文献[8]提出最小短臂长度Lmin概念Lmin=0.8x0.65(ΔLDw) 1/2 mL长≦0.85lkpL短≧1.15 Lmin同时满足上两式要求，才能保证管道塑性变形不超过安定范围。
即短臂不过短，刚度不过大，不引起强度破坏或疲劳破坏。
Z型也可按两个L型进行补偿计算。
3．4 图解L型补偿随着科技进步，蒸汽直埋保温管设计结构有新的发展，可位移固定墩问世应用（1998）。
文献[5]介绍了在不考虑弯管柔性系数和应力加强系数情况下，利用经验绘制的图表可迅速的对L管道进行柔性补偿判断，确定长、短臂尺寸。
此石化系统应用广泛，也满足热力无分支管道使用。
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主管道存在热膨胀时，为避免系统产生过大应力，连接在主管道上的支管应具有一个最 小无 约束长度，计算如下表(支管最小为DN20)： 支管的影响 直管段总膨胀量 e/mm 516.52 e/in 20.34 支管最小公称直径 D/mm 20 D/in 0.79 最小无约束长度 Lmin/M 12.20
此直管段上各支管的无约束长度要大于计算所得最小无约束长度则视为允许。
计 算 直管段长度 L/M 直管段总膨胀 直管段总膨胀量 量 e/in e/mm 98间管线总膨胀量 计算系数 参考系数 U/ft 321.52 E/mm 516.52 E/in 20.34 7.44 0.03
两固定点间直线距离
弯管宽度 W/M 9.80
对于一般管系，可不进行全面应力分析以节省费用，而进行快速核算来判断未经详细应力分析的管系弹性是否合适 弯管长度快速核算 初始温度 T1/℃ 20 操作温度 T2/℃ 400 d/mm 101.6 管子外径 d/in 4 L1/ft 160.76 分管段长度 L1/M 49.00
实际的弯管高度和宽度大于所要求的最小高度和宽度则视为补偿后的管系符合要求。
胀量和补偿弯管长度计算如
上。 变形，管廊立柱加防火涂料
易燃易爆管线在上层（越危
经详细应力分析的管系弹性是否合适，对于弯管型膨胀节，快速核算如下表：
速核算 弯管最小高度 Hmin/ft 9.89 Hmin/M 3.01 弯管最小宽度 Wmin/ft 4.94 Wmin/M 1.51
要求。
以管道引出点为基准点，采用下表计算 主 管 道 热 膨 胀 量 计 算 初始温度 T1/℃ 20 操作温度 平均膨胀系数 T2/℃ α 400 0.01156 膨胀系数 α 1 0.01167 膨胀系数 α 2 0.01376 每米管长膨胀量 Δ L/mm 5.27
对于一般管系，若计算系数＞0.03，则视其弹性不合适，需做应力分析 管 管线总长度 L/M L/ft 99 324.80315 管路公称直径 D/mm 100.00 D/in 3.94 每米管长膨胀量 Δ L/mm 5.27 系 挠 性 分 析
两固定点间直线距离 U/M 98
弯管长度的确定 管子外径 d/mm 101.6 d/in 4 直管段总膨胀量 e/in 20.34 L1/ft 160.76 弯管长度 L1/M 49.00 弯管高度 H/M 19.60
1、如果安装空间有限，则可根据现场情况追加固定点采用分段补偿，其热膨胀量和补偿弯管长度计算如 上，但要注意尽可能用最少的固定点解决管线的弹性问题 2、另外，弯管的计算方法可根据经验来定，一定要求弯管宽度为管径的5倍以上。 3、管廊布管一般细管在中间，粗管在两侧（重物靠近立柱承重），防止管廊变形，管廊立柱加防火涂料 防热变 4、管廊分层布管时，最底层为消防、不可燃等安全管线，中层为生产管线，易燃易爆管线在上层（越危 险的介质管线布置越往上）。