管道不同补偿方式对管廊推力的影响分析

孙艳

摘 要：作为基础配套设施的基本组成之一，管廊在化工园的发展中发挥着重要作用。本文从管道不同补偿方式选择上，对推力大小计算，进行比较，得出受力合理性和工程经济性的补偿方式。

关键词：管道；补偿；推力

管廊上的管道因为受到环境温度的变化或者自身输送介质的温度影响，会产生热胀冷缩，由此相应产生热位移。为了控制管道的位移，需要在管廊上每隔一段距离设置固定点和导向点，以限制管道轴向和侧向的位移。但是，管道的自由膨胀或收缩受到了固定和导向支架的限制之后，必然会在这些点产生相应的推力和扭矩，而且管道在直线段上因为热胀冷缩的轴向位移也会产生相应的摩擦力，最后也会叠加到固定点上。

下面以一段固定点间距50m的DN200蒸汽管道（压力1.3Mpa，温度280℃）为例，由CAESAR II软件进行建模分析采用不同的补偿方式导致管道位移及推力的区别。

1）采用π形补偿，管道为碳钢，模型如图4.1：

由表4.1可见因为对称布置，固定点10和150的轴向推力均为4681N，径向推力均为488N，由此产生了轴向和径向扭矩分别为227N·m和4905N·m。对于导向点30和130同样产生了488N的径向推力。

管道位移情况如表4.2所示：

由表4.2可见，因为10点和150点采用了固定约束，所有的位移均为0mm。而导向点30和130的径向位移为5mm，是由设定的导向挡块间隙为5mm确定的。因为固定点和导向点的位移受到了限制，相应产生了约束反力，作用在固定支架和导向支架上。

2）采用门形补偿，管道为碳钢，补偿模型如图4.2：

由表4.3可见因为对称布置，固定点10和110的轴向推力均为4381N，因为管道没有水平拐弯，故径向推力均为0，固定点受到的扭矩为4610N·m。

管道位移情况如表4.4：

表4.4 碳钢管道在门形补偿条件下的位移

由表4.4可见因为10点和110点采用了固定约束，所有的位移均为0mm。因为固定点的位移收到了限制，相应产生了约束反力，作用在固定支架上。

3）采用大拉杆补偿器补偿，碳钢管道，模型如图4.3：

管道推力如表4.5所示：

由表4.5可见，因为对称布置且由于大拉杆补偿器的热位移吸收，固定点10和150的轴向推力均减少到1713N，但同样因为大拉杆的刚度，在固定点产生了较大的扭矩。

管道位移情况如表4.6所示：

由表4.6可见因为10点和110点采用了固定约束，所有的位移均为0mm。因为固定点的位移受到了限制，相应产生了约束反力，作用在固定支架上。

采用不锈钢管道后最大热位移约90mm，大于采用碳钢管时71mm的最大位移，这是由于管材的不同，线涨量也不同，导致在相同温度下的热位移不同。而固定点因为目的都是限制热位移到0mm，因此对于不锈钢管需要产生更大的反作用力以消减更多的热位移，同时固定点产生的约束反力较碳钢管更大。

管道四种不同补偿方式对管廊产生的推力影响如表4.7所示：

由此可见，管道不同的材质及不同的补偿连接方式，推力的差距还是比较大的，因此在详细设计的时候，需要非常仔细地分析，根据管道内的介质，选择合适的材质以及补偿方式，得到一个比较合理的受力，这样对管廊的结构形式的合理性和造价，也是有利的。

管廊结构是石油化工装置及公用工程设计中经常遇见的一种结构形式，石油和化学工业是关联性强、带动性强的基础产业和支柱产业。随着我国国民经济持续发展，对石化和化工产品的需求将持续增长，而在这过程中，化工生产园区化是必然趋势。本論文基于此探讨化工园管廊上管道补偿方式选择，力求设计合理，尽量降低投资，以供其它相近或类似的工程建设项目借鉴和参考。

参考文献

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会 《石油化工管架设计规范》

[2]汪磊 《大型石化装置多层管廊的配管设计要点分析》《科技创新与应用》2012年12月

[3]朱明尧 王红艳 《浅谈管廊及管廊中管道的布置》《建设科技》2012年第2期