Что вызывает тепловое расширение в трубопроводе?

Все материалы трубопроводов расширяются или сжимаются при воздействии температур выше или ниже температуры установки. Когда температура материала трубы увеличивается из-за температуры жидкости или солнечного излучения / факельного излучения, труба расширяется. Опять же, трубы сужаются при понижении температуры. В зависимости от материала трубы это расширение или сжатие трубы варьируется. Если это расширение или сжатие трубопровода не будет учтено при проектировании системы трубопроводов, это может привести к дорогостоящим проблемам с трубопроводом. В мировом сценарии система трубопроводов может выйти из строя и быть опасной. Системы трубопроводов завода обычно подвергаются воздействию очень высоких температур и давлений.

Так, например, если участок трубы закреплен с обоих концов и нагревается, расширение трубы футеровки из-за изменения температуры создаст сжимающие напряжения в материале трубы. Если создаваемое напряжение становится настолько высоким, что превышает допустимое напряжение материала трубы, это может привести к повреждению трубы, опор или компонентов трубопровода. В зависимости от серьезности этого повреждения может потребоваться временная остановка предприятия для проведения ремонта или преждевременной замены системы трубопроводов.

Поскольку расширение и сжатие трубопровода из-за изменений температуры неизбежно, возникающее тепловое смещение трубопровода должно поглощаться самой системой трубопроводов. Существуют методы, с помощью которых можно легко учесть расширение и сжатие трубопровода при проектировании системы трубопроводов. В этой статье мы познакомимся с процедурами решения проблем теплового расширения и сжатия труб.

Как рассчитать тепловое расширение или сжатие трубы?

Существует три параметра, от которых зависит расширение или сжатие трубопровода:

Коэффициент теплового расширения (α): этот параметр обеспечивает величину линейного расширения трубы из-за каждого изменения температуры на единицу. Значения коэффициента теплового расширения различны для разных материалов. Таким образом, при одинаковой длине трубы степень расширения будет разной для труб из углеродистой стали, нержавеющей стали, алюминия, меди или пластика. Таким образом, тепловое расширение трубопровода косвенно зависит от материала трубы.

Длина участка трубы / трубопровода (L): Чем больше длина трубы, тем больше будет ее расширение или сжатие.

Изменение температуры (∆T): трубопроводные системы завода спроектированы от максимальной расчетной (самой высокой) температуры до минимальной расчетной (самой холодной) температуры на протяжении всего срока службы.

Величину теплового расширения / сжатия трубы (∆L) можно рассчитать по следующему уравнению:

∆L = L α ∆T (Все значения должны вводиться в одинаковых единицах)

Следующая диаграмма (Ссылка: walraven.com) дает представление о том, как различные материалы труб расширяются при изменении температуры. Диаграмма подготовлена с учетом 50-метровый отрезок трубы с +50 0 разности температур C.

Факторы материала, чтобы выдержать создаваемое напряжение

Чтобы спроектировать трубы с учетом расширения или сжатия, необходимо знать следующие характеристики материала трубы:

Рабочий стресс

Рабочее напряжение — это максимальное напряжение, с которым материал трубы может справиться во время работы. Все материалы трубопроводов способны выдерживать определенную степень расширения / сжатия трубы без ущерба для их структурной целостности.

Модуль упругости

Модуль упругости обозначает жесткость материала трубы. Это внутреннее свойство материала трубы, которое обеспечивает способность к удлинению или сжатию при приложении силы.

Внешний диаметр трубы

Внешний диаметр трубы влияет на способность трубы отклонять напряжение. С увеличением диаметра трубы увеличивается жесткость, и жесткую трубу очень сложно прогнуть.

Как контролировать тепловое расширение трубы?

Лучший способ контролировать тепловое расширение или сжатие трубы — это спроектировать систему трубопроводов с учетом этого. Следующие параграфы объяснят необходимые шаги.

Проектирование трубопроводных систем с учетом теплового расширения и сжатия

Как упоминалось ранее, вопросы расширения и сжатия трубопровода необходимо решать на этапе проектирования, чтобы избежать серьезных проблем на более позднем этапе. Существует четыре механизма отклонения, которые можно использовать для компенсации расширения трубы внутри системы трубопроводов / трубопроводов без потери целостности и надежности. Эти:

1. Смена направления
2. Смещения расширения
3. Петли расширения
4. Расширительные швы

Направление трубы изменяется с учетом расширения трубы:

Трасса трубы обычно не проходит по непрерывным прямым отрезкам. Естественно, что направление всех трубопроводов и трубопроводов меняется. Эти изменения направления являются естественным способом компенсации теплового расширения трубы внутри системы трубопроводов. При необходимости могут быть намеренно добавлены дополнительные изменения направления путем включения колен и изгибов труб. Длина трубы, которая проходит перпендикулярно данному участку трубы, называется поглощающей длиной. Например, если труба проходит в направлении X; тогда добавление отводов трубы в направлении Y или Z рассматривается как поглощающая длина. Колено вместе с прилегающей трубой допускает некоторое тепловое расширение. Эту необходимую длину перпендикулярной опоры можно легко определить с помощью метода управляемой консоли.

Смещения труб для решения проблемы расширения трубопровода:

Компенсаторы расширения обычно размещаются в центре участка трубопровода. Каждое колено учитывает некоторую степень расширения трубы. Когда требуется поглотить небольшое количество теплового расширения или сжатия, смещения трубы работают нормально.

Контуры расширения труб и трубопроводов:

Петли расширения трубопровода — широко используемый преднамеренный метод решения проблем расширения и сжатия труб. Расширительные петли могут легко справиться с большими прогибами труб. Необходимая длина опоры рассчитывается с помощью метода управляемой консоли . с обеих сторон расширительного контура предусмотрены анкеры для направления расширения трубы внутри расширительного контура. Существуют различные типы расширительных петель, которые могут использоваться в трубопроводной или трубопроводной системе. Более подробная информация о трубных расширительных петлях представлена ​​в следующей статье: Расширительные петли на трубопроводах или трубопроводных системах .

Компенсирующие муфты для компенсации теплового расширения трубы:

Деформационные швы в основном используются в тесных замкнутых пространствах, когда создание компенсационных петель или смещения невозможно. Деформационные швы — это специализированные узлы, которые могут поглощать тепловое расширение или сжатие трубы. Обычно это дорогой вариант и используется в крайнем случае. Большинство проектных спецификаций и кодексов предписывают по возможности избегать использования компенсаторов.