常見問題
隔熱耐磨襯里管道
更新時(shí)間??2021-11-11 08:51 閱讀
管道隔熱耐磨襯里是由襯里混凝土和襯里錨 固釘構(gòu)成的牢固敷在管道內(nèi)壁上的特定結(jié)構(gòu)，用 于隔熱降溫，或抵御固體小顆粒(如催化劑)的沖 蝕。隔熱耐磨襯里管道的應(yīng)力分析與非襯里管道 有所不同，主要問題不在于隔熱耐磨襯里給管道 增加的重量，而在于隔熱耐磨襯里對(duì)管道剛度產(chǎn) 生了重要影響，以及襯里自身也有強(qiáng)度要求。隔 熱耐磨襯里有一定的硬度和強(qiáng)度，用龜甲網(wǎng)加固 后，強(qiáng)度更高，其厚度通常也比金屬管壁厚很多， 管道襯入隔熱耐磨襯里后，剛度明顯增加。隔熱 耐磨襯里主要由混凝土制成，承載不能過大，否 則，導(dǎo)致襯里破壞?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)程序未能考慮 到上述因素，不能直接和準(zhǔn)確地用于隔熱耐磨襯 里管道這種雙層(或多層)結(jié)構(gòu)管道的應(yīng)力分析。 本文提供一種簡(jiǎn)便和可靠的方法，可以利用非襯 里管道的應(yīng)力分析程序完成隔熱耐磨襯里管道的 應(yīng)力分析。
1襯里結(jié)構(gòu) 隔熱耐磨襯里有單層設(shè)計(jì)，也有雙層設(shè)計(jì)。 從管道的橫斷截面(以下稱截面)上看，襯里呈同 心圓結(jié)構(gòu)，如果是雙層襯里，則內(nèi)層為耐磨層，外 層為隔熱層。無論單層襯里還是雙層襯里均是緊 貼管壁內(nèi)側(cè)。細(xì)分襯里結(jié)構(gòu)，有三種形式：無龜甲 網(wǎng)雙層隔熱耐磨襯里、龜甲網(wǎng)雙層隔熱耐磨襯里 和無龜甲網(wǎng)單層隔熱耐磨襯里。第一種由于耐磨 層易與隔熱層脫離而趨于少用；第二種有龜甲網(wǎng) 加固耐磨層，目前應(yīng)用最為普遍；第三種襯里既隔 熱又耐磨，整體性也好，固愈來愈多地被采用。
無論何種形式的襯里，均采用錨固釘錨固。 錨固釘根部與管道金屬壁焊接，其余部分深入襯里內(nèi)部，錨固釘密布于整個(gè)襯里管道，將襯里牢固 敷在金屬管壁上。錨固釘?shù)淖饔梅乐沽艘r里脫 落，也阻止了襯里與金屬管壁的分層錯(cuò)位?？梢?認(rèn)為，在管道彎曲、扭轉(zhuǎn)或拉伸變形過程中，襯里 與金屬管壁始終保持變形一致。
2管道應(yīng)力分析一般方法 管道系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，所以其應(yīng)力 分析要用有限元方法進(jìn)行。根據(jù)管道的實(shí)際情況 劃分單元，形成系統(tǒng)的剛度矩陣和位移矢量和荷 載矢量，求解方程矩陣即可獲得應(yīng)力分析所需要 的管道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、管道結(jié)構(gòu)反力和變形位移。管 道的有限元分析一般采用管單元作為計(jì)算單元。 管單元截面剛度屬于管道結(jié)構(gòu)的基本特性，是計(jì) 算單元?jiǎng)偠?，進(jìn)而形成系統(tǒng)剛度矩陣的基礎(chǔ)。管 單元截面剛度包括截面抗彎剛度EJ、截面抗扭剛 度GJ和截面抗拉壓剛度EA。
3襯里管道的截面剛度隔熱耐磨襯里管道(下稱襯里管道)截面內(nèi)力 由金屬管壁截面內(nèi)力和襯里截面內(nèi)力構(gòu)成，用公 式表達(dá)為式(1)、式(2)和式(3)： 吖=M。+M，+M。 (1) M：=M。。+M。+Ma， (2) N’=N。+N，+N。 (3)
4襯里管道的計(jì)算模型 從理論上講，已知襯里管道單元的截面抗彎 剛度、截面抗扭剛度和截面抗拉壓剛度，就可以接 下去計(jì)算襯里管單元的單元?jiǎng)偠?，進(jìn)而形成系統(tǒng) 剛度矩陣，然而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)程序只能計(jì)算單層 管道的截面剛度。為能利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行襯里管道 的結(jié)構(gòu)分析，將襯里管道等效轉(zhuǎn)換為單層管道，下 稱此虛擬的單層管道為“虛擬管道”。“虛擬管道”的外徑和壁厚取襯里管道金屬管 壁的外徑和壁厚是出于計(jì)算方便的考慮，避免了 對(duì)管件柔性系數(shù)、應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)、管道重量荷載等 這些基于管道直徑和壁厚的參數(shù)做一系列復(fù)雜的換算調(diào)整。
5應(yīng)力評(píng)定 5．1 校核應(yīng)力 用于應(yīng)力評(píng)定的校核應(yīng)力為截面最大彎曲應(yīng) 力所在點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度。襯里管道任意截面上的金 屬管壁最大彎曲應(yīng)力仉隔熱耐磨襯里管道的應(yīng)力評(píng)定，包括對(duì)金屬 管壁的應(yīng)力評(píng)定和襯里的應(yīng)力評(píng)定，可以利用“虛 擬管道”實(shí)現(xiàn)對(duì)隔熱耐磨襯里管道的應(yīng)力評(píng)定。 對(duì)于金屬管壁，其應(yīng)力評(píng)定有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以 遵循，一般采用ASME B31．3的規(guī)定。按照 ASME B31．3規(guī)定，由持續(xù)荷載引起的應(yīng)力不應(yīng) 超過熱態(tài)溫度下襯里金屬管壁的許用應(yīng)力[仉]。， 最大位移應(yīng)力范圍不應(yīng)超過相應(yīng)的許用的位移應(yīng) 力范圍[盯。][1|。 對(duì)于襯里，其應(yīng)力評(píng)定沒有標(biāo)準(zhǔn)，也沒有制造 廠提供的方法可供參考[2|。襯里屬于脆性材料， 應(yīng)力評(píng)定不能采用ASME B31．3規(guī)定，若遵循安全的原則。認(rèn)為襯里(隔熱層)一點(diǎn)受拉開裂即為 襯里破壞，那么襯里的應(yīng)力評(píng)定條件應(yīng)為在冷態(tài) 下由所有荷載引起的襯里最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過襯 里冷態(tài)的抗折強(qiáng)度[鞏]。；在熱態(tài)下由所有荷載引 起的襯里最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過襯里熱態(tài)的抗折強(qiáng) 度。
隔熱耐磨襯里管道的襯里徑向溫差梯度很 大，內(nèi)外膨脹很不一致，與金屬管肇相互作用的機(jī) 理也很復(fù)雜，很難建立起精確的計(jì)算模型。本文 提供的計(jì)算方法方便可靠，能夠滿足工程設(shè)計(jì)需 要。建議對(duì)已運(yùn)行的隔熱耐磨襯里管道的位移進(jìn) 行實(shí)際測(cè)量，并與計(jì)算值對(duì)比，以取得修正系數(shù)， 縮小計(jì)算與實(shí)際的偏差。
1襯里結(jié)構(gòu) 隔熱耐磨襯里有單層設(shè)計(jì)，也有雙層設(shè)計(jì)。 從管道的橫斷截面(以下稱截面)上看，襯里呈同 心圓結(jié)構(gòu)，如果是雙層襯里，則內(nèi)層為耐磨層，外 層為隔熱層。無論單層襯里還是雙層襯里均是緊 貼管壁內(nèi)側(cè)。細(xì)分襯里結(jié)構(gòu)，有三種形式：無龜甲 網(wǎng)雙層隔熱耐磨襯里、龜甲網(wǎng)雙層隔熱耐磨襯里 和無龜甲網(wǎng)單層隔熱耐磨襯里。第一種由于耐磨 層易與隔熱層脫離而趨于少用；第二種有龜甲網(wǎng) 加固耐磨層，目前應(yīng)用最為普遍；第三種襯里既隔 熱又耐磨，整體性也好，固愈來愈多地被采用。
無論何種形式的襯里，均采用錨固釘錨固。 錨固釘根部與管道金屬壁焊接，其余部分深入襯里內(nèi)部，錨固釘密布于整個(gè)襯里管道，將襯里牢固 敷在金屬管壁上。錨固釘?shù)淖饔梅乐沽艘r里脫 落，也阻止了襯里與金屬管壁的分層錯(cuò)位?？梢?認(rèn)為，在管道彎曲、扭轉(zhuǎn)或拉伸變形過程中，襯里 與金屬管壁始終保持變形一致。
2管道應(yīng)力分析一般方法 管道系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，所以其應(yīng)力 分析要用有限元方法進(jìn)行。根據(jù)管道的實(shí)際情況 劃分單元，形成系統(tǒng)的剛度矩陣和位移矢量和荷 載矢量，求解方程矩陣即可獲得應(yīng)力分析所需要 的管道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、管道結(jié)構(gòu)反力和變形位移。管 道的有限元分析一般采用管單元作為計(jì)算單元。 管單元截面剛度屬于管道結(jié)構(gòu)的基本特性，是計(jì) 算單元?jiǎng)偠?，進(jìn)而形成系統(tǒng)剛度矩陣的基礎(chǔ)。管 單元截面剛度包括截面抗彎剛度EJ、截面抗扭剛 度GJ和截面抗拉壓剛度EA。
3襯里管道的截面剛度隔熱耐磨襯里管道(下稱襯里管道)截面內(nèi)力 由金屬管壁截面內(nèi)力和襯里截面內(nèi)力構(gòu)成，用公 式表達(dá)為式(1)、式(2)和式(3)： 吖=M。+M，+M。 (1) M：=M。。+M。+Ma， (2) N’=N。+N，+N。 (3)
4襯里管道的計(jì)算模型 從理論上講，已知襯里管道單元的截面抗彎 剛度、截面抗扭剛度和截面抗拉壓剛度，就可以接 下去計(jì)算襯里管單元的單元?jiǎng)偠?，進(jìn)而形成系統(tǒng) 剛度矩陣，然而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)程序只能計(jì)算單層 管道的截面剛度。為能利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行襯里管道 的結(jié)構(gòu)分析，將襯里管道等效轉(zhuǎn)換為單層管道，下 稱此虛擬的單層管道為“虛擬管道”。“虛擬管道”的外徑和壁厚取襯里管道金屬管 壁的外徑和壁厚是出于計(jì)算方便的考慮，避免了 對(duì)管件柔性系數(shù)、應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)、管道重量荷載等 這些基于管道直徑和壁厚的參數(shù)做一系列復(fù)雜的換算調(diào)整。
5應(yīng)力評(píng)定 5．1 校核應(yīng)力 用于應(yīng)力評(píng)定的校核應(yīng)力為截面最大彎曲應(yīng) 力所在點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度。襯里管道任意截面上的金 屬管壁最大彎曲應(yīng)力仉隔熱耐磨襯里管道的應(yīng)力評(píng)定，包括對(duì)金屬 管壁的應(yīng)力評(píng)定和襯里的應(yīng)力評(píng)定，可以利用“虛 擬管道”實(shí)現(xiàn)對(duì)隔熱耐磨襯里管道的應(yīng)力評(píng)定。 對(duì)于金屬管壁，其應(yīng)力評(píng)定有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以 遵循，一般采用ASME B31．3的規(guī)定。按照 ASME B31．3規(guī)定，由持續(xù)荷載引起的應(yīng)力不應(yīng) 超過熱態(tài)溫度下襯里金屬管壁的許用應(yīng)力[仉]。， 最大位移應(yīng)力范圍不應(yīng)超過相應(yīng)的許用的位移應(yīng) 力范圍[盯。][1|。 對(duì)于襯里，其應(yīng)力評(píng)定沒有標(biāo)準(zhǔn)，也沒有制造 廠提供的方法可供參考[2|。襯里屬于脆性材料， 應(yīng)力評(píng)定不能采用ASME B31．3規(guī)定，若遵循安全的原則。認(rèn)為襯里(隔熱層)一點(diǎn)受拉開裂即為 襯里破壞，那么襯里的應(yīng)力評(píng)定條件應(yīng)為在冷態(tài) 下由所有荷載引起的襯里最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過襯 里冷態(tài)的抗折強(qiáng)度[鞏]。；在熱態(tài)下由所有荷載引 起的襯里最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過襯里熱態(tài)的抗折強(qiáng) 度。
隔熱耐磨襯里管道的襯里徑向溫差梯度很 大，內(nèi)外膨脹很不一致，與金屬管肇相互作用的機(jī) 理也很復(fù)雜，很難建立起精確的計(jì)算模型。本文 提供的計(jì)算方法方便可靠，能夠滿足工程設(shè)計(jì)需 要。建議對(duì)已運(yùn)行的隔熱耐磨襯里管道的位移進(jìn) 行實(shí)際測(cè)量，并與計(jì)算值對(duì)比，以取得修正系數(shù)， 縮小計(jì)算與實(shí)際的偏差。
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