建筑燃气立管的应力计算与热补偿

建筑燃气立管的应力计算与热补偿
作者：辛文学陈茜陈传盛
来源：《科学与财富》2015年第19期
摘要：建筑燃气立管的铺设面积的渐渐扩充，在方便群众的同时，也会伴有安全事故。

因为各种环境要素的变幻，致使燃气立管的应力产生波动，甚至致使安全阀损毁、调压设备以及立管内部损毁。

通过换算燃气立管的应力与热补偿，查漏补缺，减少管道的应力，保证燃气立管的安全工作迫在眉睫。

关键词：建筑；燃气立管；应力换算；热补偿
燃气是能够供应人类所需的各种气体燃料的简称，最早投入使用的气体燃料是天然气，中国在天然气的使用领域已经较为熟练。

本文将探讨建筑燃气立管的应力换算方法以及热补偿。

一、建筑燃气立管的应力换算
（一）燃气立管的压缩应力
建筑燃气立管的应力换算通常采取应力分类法进行换算，就是说：对立管中的内部压力以及持续外载所引发的一次应力，换算并进行弹性分析以及极限分析；对立管内因为热胀冷缩与它类移动所产生的二次应力和立管上的峰值应力，在疲劳次数所允许的应力范畴内实施测算。

通常状况下，对燃气立管来说，能够根据输气压力来测算并挑选科学的壁厚来消除内部压力所导致的一次应力。

建筑燃气立管传输的气体为中压或低压气体，燃气立管的一次应力依靠支架予以测算。

另外，应依照刚强度，来换算相异的燃气立管直径所要求的支架跨度。

在垂直的状况下，燃气立管本身的重量所生成的压缩应力核算式时：
σ=W/A，算式中，σ是压缩应力，单位是MPa；W为燃气立管本身重量，单位是N；A为立管的截面积，单位是mm2。

在特定的高度或长度的状况下管道的截面积是不变的，也就是压强和管径没有直接关系。

比如：建筑物高100m，燃气立管采取φ57×3.5的无缝钢制材料时，立管的截面积为588.3mm2，特定长度内的燃气立管的自身重量为45.32N/m。

所以，换算成压缩应力就是
7.70MPa，因为通常无缝钢材料承担应力的极限为127MPa。

所以，对100m的燃气立管来讲，其自身重量所生成的压缩应力极小，不会造成损毁。

（二）气温变化对燃气立管的影响
由算式可知，被固定的管道各部位的应力与管道材质的特性以及气温变化有关，而与管道的长度并没有直接关系。

对碳素钢燃气立管来说，允许的温度变化值可以由以下算式算出：
可见，从算式可以看出，当温差达到32摄氏度以上时，就应对燃气立管进行热补偿。

（三）总结
1.通常状况下当温差超过某一温度的情况下就要安装补偿器了，当由于管道较长要装设多个补偿器，应注意均衡设置；并在两个补偿器中央添设固定支架；挑选时应考虑到套筒补偿器极易漏水漏气，能够装设在地沟内，不能够装设在建筑物上端；波纹管补偿器抗腐蚀能力强，但成本高且必须安装导向支架；方形补偿器需要的安装空间较大，但运转稳定并普及应用；设计时可以根据工程具体状况挑选。

2.管道是否需要进行热补偿要根据应力专业返给配管专业的应力管道条件表，通常进行热补偿是因为温度较高。

3.补偿量和管道的温差、管道的长度有关系，金属的膨胀系数是0.0133，比如：管道补偿器补偿的管道间距是100m，温差是50度，那该段管道的补偿量就是
0.0133*100*50=66.2mm。

二、建筑燃气立管的热补偿
在石油化工管道的铺设中，补偿器的设计也是极为关键的一环。

由于管道中的介质温度有时能够达到400-500摄氏度，温度差距的生成会让管道产生热胀冷缩效应，并于同时期产生热应力。

为了让管道在操控中由于温度差生成的热应力比管道用到的应力小，必须考虑在管道的设计中添加补偿器或相关设备。

（一）方状补偿器
方状补偿器是通过热煨制成的。

该类补偿器的制作装设较为方便，并且不用对其进行重点看护；补偿功能较强。

然而此类补偿器体型较大，对装设环境的需求近乎苛刻；且与管道工艺美相冲突。

以DN50管道为实例进行说明：这种方形补偿有3种——最小的790毫米，最大的1050毫米。

（二）套筒补偿器
套筒式补偿器又叫管式伸缩节，是热流体管道的补偿设备，主要用于直线管道辅陈后产生的轴向热膨胀位移吸收补偿，是一类直接安装在任意运输无腐蚀的单向或多向流体的管道之中的补偿器。

套筒式补偿器，广泛用于城镇供暖，金属冶炼、矿山、发电、石油化工、建筑等行业的运输管道中。

套筒补偿器的优势是：
第一，套筒补偿器的生命周期长，疲劳寿命与管道差不多。

滑动表层经由特别处理，在盐水、盐液体等溶液中能够抵御侵蚀，耐腐蚀程度比奥氏体不锈钢高出50倍还多。

与此同时，经过时间的推移，当磨耗致使密封特性减弱时，可稳固法兰，强化密封特性。

第二，套筒补偿器对氯离子含量没有要求，适用于介质或周遭环境氯离子超过标准的设备上。

第三，套筒补偿器分为单向型与双向型补偿构造，双向型的优势在于：无论介质从补偿器的哪一端流进去，其补偿器两端的滑动套筒总能任意滑动，起到双向补偿的功用，增大补偿量。

第四，直埋型套筒补偿器应直接埋在地底下，装设时不用添设维修井，成本低廉，且实用耐用。

（三）波形补偿器
波形补偿器是依赖波状内壁的弹性形变来减少管道的伸缩量的一类设备。

该类补偿器的优势是构造紧密，占用面积不大；然而其补偿功能较差，仅能补偿轴向形变，养护起来也有难度。

所以，不举荐在煤气管道上运用波形补偿器。

波纹管膨胀节是运用波纹管横向移动时对管道实施热补偿。

该类补偿工具构造紧密、补偿功能强，管道抗御压力的能力强；没有必要特意看护。

其有突缘、螺纹等连接办法。

采取相异的装设模式能够对管道轴向以及径向形变实施补偿，其补偿换算算式是：
n=ΔL / Lcom。

其中，n为波节数；
Lcom为任意波节的补偿功能，单位为mm，通常取20mm。

波纹管膨胀节构造简易，通常补偿功能不强；但是，配对后能够补偿弯型管道的热伸长。

为了能让波纹管膨胀节物尽其用，在装设的流程中应依照现场的气温核算并对所利用的补偿器实施预拉伸或者压缩。

结束语：
综上所述，除开要权衡管道本身的应力状况以及环境温差状况外，应权衡到它类的不可控元素对管道应力状况造成影响。

比如：外部事物的冲撞、建筑物的沉降、地震等自然灾害等等，在设计管道时要设计护栏、软管以及添设紧急切断安全阀等等设施设备，以保障运输轨道
的平稳、安全运转。

因为燃气的易爆特征，在燃气管道铺设后，因为环境的改变，致使管道内各类参数以及设计数据产生偏差导致的恶劣事故数不胜数，因此必须重视起来。

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