管道安全计算

　　一、 管子规格的确定

　　(一)  流速选取

　　在确定管内流体流速时一般可考虑以下原则： 管径大，壁厚及重量增加，阀门和管件尺寸也增大，使基建费用增加；管径小，流速增加，流体阻力增加，动力消耗大，运转费用增加。因此，管内流速应限制在一定范围内，不宜太高。

　　不同流体按其性质、形态和操作要求不同，应选用不同的流速。黏度较大的物体，管内的压力降较大，流速应较低；黏度较小的流体流速相应增大。为防止流速过高引起流体静电危害、管线冲蚀、磨损和噪音等现象，一般情况下，流体流速不超过3m／s，气体流速不超过100m／s。对于含有固体机械杂质的流体，流速不能过低，以免固体沉积造成堵塞。

 

　　允许压力降较小的管线，如常压自流管线，应选用较低流速；允许压力降较大的管线，可选用较高流速。根据上述原则，可以参照表7—10选取流体流速。

　　(二) 管径计算

　　(1)公式法  根据选定的流速，可按下式计算管子直径 

 

　　式中  di——管子内径，m；

　　qv——体积流量，m3／s；

　　u——流速，m／s。

　　(2)图表法  根据选定的流速查图7—2确定管子直径。当直径大于500mm流量大于60000m3／h时，可以查其他图表进行确定。

　　由此计算所得的管径值还需进行调整，以选用符合国家标准的管子。

　　(三)、  管壁厚度的确定

　　管壁厚度可根据管内工作压力、管材允许应力进行计算。也可以通过管径利压力查找有关书籍和手册获得壁厚。

　　二、  管道压力降的计算

　　计算管道压力降的目的是为了选择合适的泵、压缩机、鼓风机等输送设备和校核流速或管径。最常用的方法是利用计算图进行计算，如对于常温的水，流经钢管时的压力降可由图7—3直接查得；对于非常温的水或其他液体只要将按水查得的压力降，乘上表7—11所列的校正系数，即可得该液体的压力降。

 

 

　　三、管道热补偿计算

　　(一)  管道的热变形

　　管道一般是在常温下安装的，当输送高温或低温流体时，管子会产生压缩变形或冷缩，即管道的热变形。一根自由放置的长度为L的管子，在温度升高Δt时的伸长量Δl为：

 

　　式中，a为管材的热膨胀系数。

　　若限制管道的自由伸长，管壁就要产生轴向的压应力，使管子产生压缩变形其变形量等于受到限制的那部分热伸长量。这个因热变形而产生的应力称热应力。热应力产生的轴向推力p为

 

　　式中正——管材的弹性模量；

　　A——管子的截面积。

　　由式(7—3)可知热应力和轴向推力与管道长度无关，所以不能因管道短而a忽视这个问题。

 

　　一般使用温度低于100℃和直径小于DN50的管道可不进行热应力计算。直径大、直管段长、管壁厚的管道或大量引出支管的管道，要进行热应力计算，并采取相应的措施将其限定在许可值之内。

　　(二)  管道的热补偿

　　管道的热补偿是采用各种措施吸收管道的热变形量，其基本手段是增加管道的弹性，使管道按设计意图产生变形或位移，从而降低热应力，确保管路系统安全。管道的热补偿措施介绍如下。 

　　利用管道敷设时自然形成的转弯吸收热伸长量的称为自然热补偿，此弯管段称为自然热补偿器，如图7—4所示。它与管道本身合为一体，因此最经济。在管道布置时要充分利用管道的自然补偿能力，当自然补偿不能满足要求时，可采用其他热补偿。如：常用的补偿器有Ⅱ形和波纹管两种形式。

 

　　Ⅱ形补偿器如图7—5所示。该补偿器耐压可靠，补偿最大，是目前应用较广的补偿器。安装时要预拉伸(拉伸到L2)或预压缩(压缩到厶)，可提高补量一倍，固定支架受力也可减少一倍。

　　波纹补偿器如图7—6所示(为一波形的)，是用钢板压制出1—4个波形而成，其特点是体积小，安装方便，但补偿最小，耐压低。