管道自然补偿计算
管道补偿器计算公式.docx
热伸长量管材的线膨管道的计输送介质管道安装
蒸汽表压胀系数算长度温度时温度
△X(mm)(KPa)
α(mm/m.k)L(m)t2( ℃)t1( ℃)
27.300.01203560-5
65.100.012035150-5
说明：
1、热水采暖管道尽量利用本身的转角来自然补偿，在自然补偿不足而必须安装伸缩器时，一般尽量采用方形伸缩器。
2、室内采暖总立管直线长度大于20m时，应考虑热补偿。
3、管道的热伸长量△X=αL（t2-t1）
△X--- 管道的热伸长量 (mm)
α--- 管材的线胀系数 (mm/m.k)
L --- 计算管道长度 (m)
t2 --- 输送热媒的温度℃
t1 --- 管道安装时的温度℃
一般取 -5 ℃, 管道在地下室或室内时取 -0 ℃，室外架空安装时取采暖室外计算温度。
4、垂直双管系统、闭合管与立管同轴垂直单管系统的散热器立管，长度≤ 20m时，可在立管中间设固定卡。
固定卡以下长度 >10m时的立管，应以三个弯头与干管连接，弯头宜采用热煨制作。
5、方形补偿器宜布置在两固定支架的中点，偏离时，不得大于固定支架跨距的0.6 倍。
6、波纹管补偿器和套筒补偿器，应配置导向支架。
管材的线膨胀系数α(mm/m.k)
管道材料普通钢不锈钢铸铁碳素钢聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯
管材线膨涨系
0.0120.01030.0110.0120.070.10.16
数。
化工管道设计中的自然补偿法研究
化工管道设计中的自然补偿法研究摘要：随着经济的不断发展，对各行各业的相关要求逐渐提高，化工管道作为化工企业工程设计中的重要组成部分，在对其进行设计的时候会涉及到自然补偿法。
本文主要探究化工管道设计中的自然补偿法。
关键词：化工管道；管道设计；自然补偿法管道使用过程中，环境温度和输送介质变化是不可避免的，需要采取必要的补偿措施对该尺寸变化进行补偿，作用于管道支撑结构和设备上。
温差增加到一定程度，需要采取必要的热补偿控制温差，在热补偿设计中，自然补偿是最为安全可靠和经济的方法。
1化工管道设计中的自然补偿法化工管道在使用时，如果不对其进行支撑和限制，随着环境温度的升高，化工管道就会发生热胀冷缩的现象，进而发生严重的变形。
而当化工管道进行自然收缩时，不会给设备或者是其他的部件造成热应力的影响。
但是当化工管道受到一定的支撑和限制时，就不会发生自然收缩的现象。
能起到支撑和限制作用的主要为支撑框架、相连接的设施以及其他部件等。
因此当环境温度发生较大的变化时，热应力也会随之产生，并影响支撑和限制化工管道的框架以及设备，从而使得化工管道以及相连接的设施发生故障而不能进行正常的运作，甚至还会引发非常严重的安全事故。
因此为了避免热应力的出现，就必须将化工管道的柔性进一步增强，从而避免由于环境温度变化使得化工管道形成热应力，进而对化工管道、支撑框架以及相连接的设施造成不良的影响。
在化工管道设计的过程中，首先要将其设备的布置流程进行优化，再优化化工管道的布局。
只有当布置流程设计完成后才能对化工管道进行安装，然后根据管路的走向来分析应力。
补偿设计一般有两种方法，一种是使用补偿设备，一种是自然补偿法。
后者由于具有结构简单、补偿效果好、成本低以及使用可靠等优点，因此在进行补偿设计时一般都使用这种方法。
2管道自然补偿自然补偿是指利用管道本身自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形或者其他变形位移的补偿方式。
当弯管转角＜150°时，能用作自然补偿；＞150°时，不能用作自然补偿。
供热管道热伸长的自然补偿
表 １ 低 压 流体 焊接 钢 管 壁 厚
ｍｍ
Ｚ ００ 、 △ ２ ．３ ／ ： １
＝ ．３ 、 弼 Ｏ０ ／ １
公称直径， Ｎ ５ ６ ８ １０ １５ ｌＣ Ｄ ０ ５ ０ ０ ２ ５
外径 ６ ７ ． ８５ １４ １０ １５ ０ ５５ ８． １ ４ ６
Ｏ０３１、 ．
＝ ．３ － ２ ９ ８ ８ ００ １ ６ １～ ＋ ５ Ｍ￣ ｘ ｘ
１ ０ ３、 Ａ ２ ． １／ Ｌ ＝０
（） １
＝
９５ ７ ９６ ｍ） ．９ ．（
从 以上计算可 以看 出 ： 管壁厚度 的不 同 式中 △ ——管道计算的热 伸长量 ｍ ； ｍ） 对ｚ直的影响是不可 忽视 的。 ２ ｆ Ｄ —— 管道外径 ｒｍ） ａ ； 应说明的是 ：在短臂 ｚ 上不得安装 管段 ６ ——管 道壁 厚 ｒ ， ａ ｍ） 一般 壁厚 见 导向支座（ ）管段必须能 自由地做 径向位 架 ， 表 １ ２ ，。 移 ； 自由臂ｚ 在 。 管段上 ， 由转 弯处朝向固定支 【 】有热 力管 道 自然补偿 ， 例 巳知管材 架方向至 要有 相当于ｚ 的长度内 ，不得 用 为０ １ ｘ ； 伸长 量△ 值 已经计 算得 出为 导向支座或导向 支架 ， ２９ ６热 其余至 固定支架处可 ３ ｌ。用式（ ） ６ｍｎ １求出ｚ ： 值 以 用 导 向支 座 （ ） 架 。
２９ １
３０ ０
３５ ２
常用一 般壁 厚
３５ ．
３５ ．
４０ ．
４０ ．
４５ ．
４５ ．
６Ｏ ．
７ ． Ｏ
８ ． Ｏ
注： 本表壁厚 只适 用于式 （ ｏ １
， ’
＾ ＾
管道自然补偿
3．自然补偿3．1 利用管道自然弯曲形状（或设计成L或Z管道）所具有的柔性，补偿其管道自身的热胀和端点的位移称之为自然补偿。
蒸汽直埋管道正是在温度变化时，弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。
热力管道热伸长量ΔL=a(t2-t1)L mma——管道在相应温度范围内的线胀系数 mm/m℃L——管道长度 mt1——管道安装温度℃t2——管道设计使用（介质）温度℃上式计算的管道伸长量ΔL是相对保守的，它没有考虑管道与其接触面（保温材料等）摩擦约束作用、相对位移影响等。
3．2 L型自然补偿文献[8]提出 L长≦0.85Lkp或（L长+L短）/2≦0.85LkpL kp ——极限臂长，是L弯管的臂长达到Lkp时热胀和内压作用弯头处引起综合应力达到安定性变形的极限值2σs。
通常Q235，σs取80MPa。
此与L=1.1x[(ΔLDw)/300]1/2计算结果基本一致。
对于绝大多数蒸汽直埋保温管多采用钢外套或玻璃钢/钢外套管形式，这不同于架空软质外套保温，要求工作管除自身应力满足安全需要外，外护管还必须有足够空间，保证工作管道的膨胀或位移不受外套管的阻碍、限制，同时保证绝热效果良好。
这就在某些工况下，要求设有补偿直管段（较通常管径扩大的直管段）或补偿弯头（偏心补偿驼背弯头）等。
3．3 Z型自然补偿文献[8]提出最小短臂长度Lmin概念Lmin=0.8x0.65(ΔLDw) 1/2 mL长≦0.85lkpL短≧1.15 Lmin同时满足上两式要求，才能保证管道塑性变形不超过安定范围。
即短臂不过短，刚度不过大，不引起强度破坏或疲劳破坏。
Z型也可按两个L型进行补偿计算。
3．4 图解L型补偿随着科技进步，蒸汽直埋保温管设计结构有新的发展，可位移固定墩问世应用（1998）。
文献[5]介绍了在不考虑弯管柔性系数和应力加强系数情况下，利用经验绘制的图表可迅速的对L管道进行柔性补偿判断，确定长、短臂尺寸。
此石化系统应用广泛，也满足热力无分支管道使用。
热力管道的补偿类型和方法[最新]
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热力管道的补偿类型和方式热力管道的补偿方式有两种：自然补偿和补偿器补偿。
1．自然补偿自然补偿就是利用管道本身自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形。
管道弹性，是指管道在应力作用下产生弹性变形，几何形状发生改变，应力消失后，又能恢复原状的能力。
实践证明，当弯管角度大于30°时，能用作自然补偿，管子弯曲角度小于30°时，不能用作自然补偿。
自然补偿的管道长度一般为15～25m，弯曲应力бbw不应超过80MPa。
管道工程中常用的自然补偿有：L型补偿和Z型补偿。
2．补偿器补偿热力管道自然补偿不能满足，应在管路上加设补偿器来补偿管道的热变形量。
补偿器是设置在管道上吸收管道热胀冷缩和其他位移的元件。
常用的补偿器有方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器。
（1）方形补偿器。
方形补偿器是采用专门加工成U型的连续弯管来吸收管道热变形的元件。
这种补偿器是利用弯管的弹性来吸收管道的热变形，从其工作原理看，方形补偿器补偿属于管道弹性热补偿。
方形补偿器由水平臂、伸缩臂和自由臂构成。
方形补偿器是由4个90°弯头组成，其优点是：制作简单，安装方便，热补偿量大工作安全可靠，一般不需要维修；缺点是：外形尺寸大，安装占用空间大，不太美观。
方形补偿器按其外形可分为Ⅰ型－标准式（c＝2h），Ⅱ型－等边式（c＝h），Ⅲ型—长臂式（c＝0.5h），Ⅳ型－小顶式（c＝0），其中Ⅱ型、Ⅲ型最为常用。
制作方形补偿器必须选用质量好的无缝钢管揻制而成，整个补偿器最好用一根管子揻成，如果制作大规格的补偿器也可用两根弯管或三根弯管焊制，方形补偿器不宜用冲压弯头焊制而成。
焊制方形补偿器的焊接点应放在外伸臂的中点处，因为此处的弯矩最小，严禁在补偿器的水平臂上焊接。
焊制方形补偿器时，当DN ≤200mm时，焊缝与外伸臂垂直，当DN＞200mm时，焊缝与轴线成45°角。
（2）波纹管补偿器。
波纹管补偿器又称波纹管膨胀节，由一个或几个波纹管及结构件组成，用来吸收由于热胀冷缩等原因引起的管道或设备尺寸变化的装置。
管道自然补偿
3．自然补偿3．1 利用管道自然弯曲形状（或设计成L或Z管道）所具有的柔性，补偿其管道自身的热胀和端点的位移称之为自然补偿。
蒸汽直埋管道正是在温度变化时，弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。
热力管道热伸长量ΔL=a(t2-t1)L mma——管道在相应温度范围内的线胀系数 mm/m℃L——管道长度 mt1——管道安装温度℃t2——管道设计使用（介质）温度℃上式计算的管道伸长量ΔL是相对保守的，它没有考虑管道与其接触面（保温材料等）摩擦约束作用、相对位移影响等。
3．2 L型自然补偿文献[8]提出 L长≦0.85Lkp或（L长+L短）/2≦0.85LkpL kp ——极限臂长，是L弯管的臂长达到Lkp时热胀和内压作用弯头处引起综合应力达到安定性变形的极限值2σs。
通常Q235，σs取80MPa。
此与L=1.1x[(ΔLDw)/300]1/2计算结果基本一致。
对于绝大多数蒸汽直埋保温管多采用钢外套或玻璃钢/钢外套管形式，这不同于架空软质外套保温，要求工作管除自身应力满足安全需要外，外护管还必须有足够空间，保证工作管道的膨胀或位移不受外套管的阻碍、限制，同时保证绝热效果良好。
这就在某些工况下，要求设有补偿直管段（较通常管径扩大的直管段）或补偿弯头（偏心补偿驼背弯头）等。
3．3 Z型自然补偿文献[8]提出最小短臂长度Lmin概念Lmin=0.8x0.65(ΔLDw) 1/2 mL长≦0.85lkpL短≧1.15 Lmin同时满足上两式要求，才能保证管道塑性变形不超过安定范围。
即短臂不过短，刚度不过大，不引起强度破坏或疲劳破坏。
Z型也可按两个L型进行补偿计算。
3．4 图解L型补偿随着科技进步，蒸汽直埋保温管设计结构有新的发展，可位移固定墩问世应用（1998）。
文献[5]介绍了在不考虑弯管柔性系数和应力加强系数情况下，利用经验绘制的图表可迅速的对L管道进行柔性补偿判断，确定长、短臂尺寸。
此石化系统应用广泛，也满足热力无分支管道使用。
管道自然补偿
3．自然补偿3．1 利用管道自然弯曲形状（或设计成L或Z管道）所具有的柔性，补偿其管道自身的热胀和端点的位移称之为自然补偿。
蒸汽直埋管道正是在温度变化时，弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。
热力管道热伸长量ΔL=a(t2-t1)L mma——管道在相应温度范围内的线胀系数 mm/m℃L——管道长度 mt1——管道安装温度℃t2——管道设计使用（介质）温度℃上式计算的管道伸长量ΔL是相对保守的，它没有考虑管道与其接触面（保温材料等）摩擦约束作用、相对位移影响等。
3．2 L型自然补偿文献[8]提出 L长≦0.85Lkp或（L长+L短）/2≦0.85LkpL kp ——极限臂长，是L弯管的臂长达到Lkp时热胀和内压作用弯头处引起综合应力达到安定性变形的极限值2σs。
通常Q235，σs取80MPa。
此与L=1.1x[(ΔLDw)/300]1/2计算结果基本一致。
对于绝大多数蒸汽直埋保温管多采用钢外套或玻璃钢/钢外套管形式，这不同于架空软质外套保温，要求工作管除自身应力满足安全需要外，外护管还必须有足够空间，保证工作管道的膨胀或位移不受外套管的阻碍、限制，同时保证绝热效果良好。
这就在某些工况下，要求设有补偿直管段（较通常管径扩大的直管段）或补偿弯头（偏心补偿驼背弯头）等。
3．3 Z型自然补偿文献[8]提出最小短臂长度Lmin概念Lmin=0.8x0.65(ΔLDw) 1/2 mL长≦0.85lkpL短≧1.15 Lmin同时满足上两式要求，才能保证管道塑性变形不超过安定范围。
即短臂不过短，刚度不过大，不引起强度破坏或疲劳破坏。
Z型也可按两个L型进行补偿计算。
3．4 图解L型补偿随着科技进步，蒸汽直埋保温管设计结构有新的发展，可位移固定墩问世应用（1998）。
文献[5]介绍了在不考虑弯管柔性系数和应力加强系数情况下，利用经验绘制的图表可迅速的对L管道进行柔性补偿判断，确定长、短臂尺寸。
此石化系统应用广泛，也满足热力无分支管道使用。
管道自然补偿
3．自然补偿3．１利用管道自然弯曲形状（或设计成L或Ｚ管道)所具有的柔性，补偿其管道自身的热胀和端点的位移称之为自然补偿。
蒸汽直埋管道正是在温度变化时,弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。
热力管道热伸长量ΔL=a(t2-t1)L ﻩmmａ——管道在相应温度范围内的线胀系数 mｍ/m℃L——管道长度 mｔ1——管道安装温度℃t2——管道设计使用（介质）温度℃上式计算的管道伸长量ΔL是相对保守的，它没有考虑管道与其接触面（保温材料等)摩擦约束作用、相对位移影响等。
３.2 L型自然补偿文献［８]提出Ｌ长≦0.8５Lkp或（L长+L短)/2≦０.85ＬkpL ｋp ——极限臂长，是L弯管的臂长达到Ｌkp时热胀和内压作用弯头处引起综合应力达到安定性变形的极限值2σs。
通常Ｑ23５，σs取80ＭPa。
此与Ｌ=１．1x[（ΔLDw）／300]１／2计算结果基本一致。
对于绝大多数蒸汽直埋保温管多采用钢外套或玻璃钢/钢外套管形式,这不同于架空软质外套保温，要求工作管除自身应力满足安全需要外，外护管还必须有足够空间，保证工作管道的膨胀或位移不受外套管的阻碍、限制，同时保证绝热效果良好。
这就在某些工况下，要求设有补偿直管段(较通常管径扩大的直管段)或补偿弯头（偏心补偿驼背弯头)等。
3．3 Z型自然补偿文献［8］提出最小短臂长度Lｍiｎ概念Lmｉｎ＝0.8x0.65(ΔLDw) 1/2 mﻩﻩＬ长≦０.８5ｌｋpﻩL短≧１.15 Ｌｍin同时满足上两式要求,才能保证管道塑性变形不超过安定范围。
即短臂不过短，刚度不过大，不引起强度破坏或疲劳破坏。
Z型也可按两个L型进行补偿计算。
3.4 图解Ｌ型补偿随着科技进步，蒸汽直埋保温管设计结构有新的发展,可位移固定墩问世应用（1９98)。
文献[5］介绍了在不考虑弯管柔性系数和应力加强系数情况下,利用经验绘制的图表可迅速的对Ｌ管道进行柔性补偿判断，确定长、短臂尺寸。
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管外径Dw(mm)
工作压力P(MPa)
工作温度t2(℃)
环境温度t1(℃)
长臂长度L(m)
管道线膨胀系数α(cm/m℃）长臂热伸长量ΔL(cm)
短臂长度l(m)
管外径Dw(mm)
工作压力P(MPa)
工作温度t2(℃)
环境温度t1(℃)
臂长L1(m)
臂长L2(m)
系数n
管道线膨胀系数α(cm/m℃）长臂热伸长量ΔL(cm)
管道材料弹性模量Et(MPa)弯曲应力ε(MPa)
断臂长度l(m)
L形直角弯自然补偿计算
设计参数273设计参数0.5设计参数160设计参数20设计参数25根据工作温度按表6-1取0.001172ΔL=αl(t2-t1) 4.102 l=1.1(10ΔLDw/300)^(1/2) 6.720648927
Z形折角弯自然补偿计算
设计参数273设计参数0.5设计参数160设计参数20设计参数10设计参数25 n=(L1+L2)/L1 L1＜L2 3.5根据工作温度按表6-1取0.001172ΔL=α(L1+L2)(t2-t1) 5.7428根据工作温度按表6-1取182400取ε≤80MPa80 l=[60ΔLEtDw/(10000000ε（1+1.2n）]^(1/2) 2.030881326。