Зачем нужны расширительные петли трубопровода?

Все инженеры по трубопроводам хорошо знакомы с расширительными петлями в системах трубопроводов. Когда тепловые смещения превышают определенное значение, эти петли расширения добавляются, чтобы поглотить смещение внутри петли расширения . Они в основном требуются при проектировании любой системы трубопроводов, чтобы

• Снизить системный стресс и
• Ограничить тепловые смещения

Петли расширения трубопроводов используются для увеличения гибкости системы трубопроводов. Для уменьшения создаваемого напряжения расширения и смещения, вызванного тепловым расширением или сжатием, предусмотрены ветви, перпендикулярные основной системе трубопроводов. Эта длина перпендикуляра известна как длина петли расширения. Чем больше длина ножки расширительной петли, тем лучше для системы трубопроводов. Но эта длина ноги ограничена возможностью опоры, склонностью к вибрации и стоимостью. По этой причине длина поглощающей ветви в расширительной петле определяется только для удовлетворения требований оценки напряжений.

Петли расширения труб широко используются на длинных участках труб, проходящих через эстакады или шпалы. Петли расширения трубопроводов обычно предусмотрены на каждые 500 м длины, поскольку расчетная температура трубопроводов обычно ниже по сравнению с системами трубопроводов.

На рис. 1 показаны типичные петли, используемые в системе трубопроводов.

Функции расширительных петель трубопровода

Петли расширения служат для различных целей, перечисленных ниже:

• Петли расширения трубопровода обеспечивают необходимое отрезание трубопровода в перпендикулярном направлении для поглощения теплового расширения. Они безопасны по сравнению с компенсаторами, но занимают больше места.
• Нагрузка из-за осевого расширения вызывает развитие изгибающих напряжений, которые увеличиваются вверх в вертикальных трубах и становятся максимальными на коленях петли.
• Этот изгибающий момент остается на этом уровне максимального изгибающего момента по всей длине верхней горизонтальной трубы, пока не достигнет следующего колена и не начнет уменьшаться, пока не достигнет нижней трубы на другой стороне петли.
• По мере того, как петля становится выше, как результирующее осевое напряжение в горизонтальных трубах, так и изгибающие моменты в петле уменьшаются.

Типы расширительных петель трубопровода

Петли расширения трубопроводов подразделяются на разные стили:

Симметричная петля против несимметричной петли (рис. 2):

В идеале петли должны располагаться по центру между анкерами с равными опорами по обе стороны от анкера. Симметричные петли выгодны для поглощения равного расширения в обоих направлениях.

Если это нецелесообразно, сделайте ножки по обе стороны от якоря как можно равнее.

Силы трения определяются количеством труб, поддерживающих пересечение линии. Уравнивая эти опоры, силы на якоре должны оставаться почти сбалансированными.

Двухмерные и трехмерные петли расширения (рис. 3)

Петли расширения могут быть двухмерными (двухмерная петля) или трехмерной (трехмерная петля). Обычно для паропроводов, факельных трубопроводов, трубопроводов конденсата, наклонных трубопроводов, где существует возможность двухфазного потока, предпочтительны 2-мерные контуры расширения. В противном случае может быть предоставлена ​​3-D петля.

Требования к нескольким шлейфам расширения

Может потребоваться более одного расширительного контура, когда:

1. Невозможно сделать соединения ответвлений достаточно гибкими.
2. Расстояние между ответвлениями и соседними линиями или сталью ограничено.
3. Когда петля становится слишком большой, чтобы поддерживать или умещаться в доступном пространстве.
4. Анкерные силы становятся слишком несбалансированными, и сталь не может быть экономично закреплена.
5. Может потребоваться более одной расширительной петли, когда силы, необходимые для изгиба петли, слишком велики, и анкеры не могут быть экономически усилены.
6. Когда тепловые смещения превышают допустимые смещения для конкретного проекта.
7. Когда длина опор для обуви из-за большого теплового смещения становится слишком большой, это выглядит странно.

Размещение шлейфов расширения / Размещение шлейфов расширения

1. Ширина петли всегда должна основываться на использовании существующих опор.
2. При размещении соседних петель необходимо учитывать тепловое расширение.
3. Ширина петли не должна быть около 20 футов только потому, что номограммы петель используют это число. Ширина петли имеет лишь второстепенное влияние на результаты.
4. Минимальная высота петли зависит от стыковки лески по отношению к расположению опоры петли.
5. Петли расширения трубопровода не могут выходить слишком далеко за пределы существующей опоры, в противном случае из-за выступа петля «потеряет равновесие». Это устанавливает максимально допустимую высоту петли.
6. Первые два пункта имеют большее влияние на конструкцию контура, чем формулы напряжений с точки зрения трубопровода.
7. Широко используются трехмерные расширительные петли, поскольку такая конструкция не блокирует прокладку низкотемпературных линий под петлей.
8. Вертикальные петли размещаются на пересечениях дорог и иногда расположены несимметрично из-за расположения дороги.

Метод определения размеров расширительных петель трубопровода

Закрепите линии рядом с их центром, чтобы определить, какие линии требуют петель, проверив допустимое расширение на каждом конце участка. Если тепловое смещение на каждом конце находится в пределах конкретного проекта и не будет конфликтовать с другими линиями, петля расширения не потребуется. Однако, если межстрочный интервал не может быть отрегулирован так, чтобы соответствовать движению, необходимо добавить петли расширения.

Определите, для какой из строк, требующих петель, требуется самый большой цикл, второй по величине и т. Д., Следующим образом:

• Умножьте общее расширение каждой линии между предполагаемыми анкерами на момент инерции трубы (E). (Жесткость линии измеряется ее «моментом инерции».)
• Строка с наибольшим из этих вычисленных чисел потребует наибольшего цикла, следующего меньшего числа, следующего меньшего цикла и т. Д.
• Вышеупомянутое правило не сдерживает стресс. Это проверяется после примерного определения размеров петель.

Установите расширительные петли между двумя трубными опорами с минимальным расстоянием плюс припуск на расширение и изгиб линии. Сделайте петли как можно шире, но высоту держите минимальной. Если напряжение или сила слишком велики, уточните у специалиста по стрессам высоту петли.

Отправьте готовую трубу в состояние напряжения для точного расчета анкерных усилий для передачи в структурную и точную оценку напряжений в трубопроводе.

Оценка требований к ветвям расширительного контура / Калькулятор расширительного контура

Предварительная оценка требований к поглощающей опоре петли расширения может быть сделана из уравнений, полученных на основе метода управляемого кантилевера . В соответствии с этой формулой требуемая поглощающая ветвь L (см. Рис. 5) для расширительного контура трубопровода определяется выражением

L = √ (3ED∆ / S)

где E = модуль упругости, D = наружный диаметр трубы, S = допустимое напряжение при максимальной температуре и ∆ = тепловое расширение.

Для создания расширительного контура в системе трубопроводов требуется дополнительное пространство и дополнительные колена (за дополнительную плату), что в некоторых случаях может быть невозможно. В таком сценарии используются компенсаторы трубопровода для поглощения теплового расширения.