化工管道设计中的自然补偿法研究

吴小琴（南京强思工程技术服务有限公司，江苏　南京　210000）

化工管道设计中的自然补偿法研究

吴小琴（南京强思工程技术服务有限公司，江苏南京210000）

本文对化工管道设计中的自然补偿法进行了研究和分析，同时阐述了自然补偿法的优点和分类，并就如何增强化工管道设计中的自然补偿的作用提出了一些意见和措施。

化工管道设计；自然补偿法；研究；措施

1　化工管道设计中的自然补偿法概述

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　化工管道设计中的自然补偿法分类

2.1计算公式

在化工管道设计中的自然补偿法主要有三种，L、T、Z型，其补偿量可以通过以下公式进行计算：

△L=a·△t·L

其中，a为化工管道材料的线性膨胀系数（mm（/mm·℃）；

△t一温差（℃）；

Laxail为化工管道支撑框架之间的热位移有效长度（mm）。

2.2L型

L型的自然补偿是一种非常简单的补偿方法，它是利用一个弯曲的管头来构成转弯，从而达到补偿变形的作用。其中短臂长度的运算公式为：

l=l.1（△LDW/300）1/2

其中，l为L型的短臂长（mm）；

△L为化工管道长臂的实际热增长量（mm）；

Dw为化工管道的外直径（mm）。

2.3Z型

这种自然补偿方式的使用也非常普遍，它主要是利用两个化工管道的弯头来构成转弯，其短臂长度的运算公式为：

l=｛6·△LED/107［b］（1+1.2n）1/2

其中，l为Z型短臂长（mm）；

△L为两根化工管道的总热增长量（mm）；

E为化工管道的材质的模量（MPa）；

Dw为化工管道的外直径（mm）。

化工管道设计中的Z型补偿方式一般会受到两种位移和重力，这两种位移和重力分别来自不同的方向。而垂直方向上的管壁发生的变形，其热应力主要由水平方向上的管臂进行补偿，而水平方向上的应力你就会被垂直方向上的臂所吸收。如此一来，当水平方向上的臂以及垂直方向上的臂越长时，这种补偿方式所能提供的补偿效果就更好。

2.4∏型

∏型的自然补偿方式是将四根或者六根化工管道的弯头用来构成转弯，一般布置的方式为立体形式。这种自然补偿需要在固定的框架之间进行布置，并且要尽可能的布置在中点位置，从而保证其具有良好的补偿作用。另外另个固定框架之间的距离要大于化工管路整体整体长度的三分之一。

3　化工管道设计中的自然补偿法增强措施

3.1增加柔性

化工管道设计中的自然补偿法对其柔性具有非常高的要求和标准，因为较高的柔性能够避免化工管道发生变形，即便是发生了变形也能将其控制在干弹性的状态之中，从而使其不会发生塑性的变形。另外针对化工管道中的平面管系，可以通过伸长远离固定框架的化工管路来延长其长度。同时可以通过使用没有热膨胀或者是只有少量热膨胀的化工管道来增加其柔性。

3.2优化布置

通过改变限制化工管道的条件也能够达到增强化工管道自然补偿作用的目的。在热应力比较大的局部区域内，可以通过安装具有弹性的支撑吊架、框架的限位吸收、热应力的分散等方法来降低其引力变形的效应。另外当管线没有发生较大程度的位移时，为了避免化工管道发生较大的变形，远距离的化工管路就需要依靠框架的固定点来进行分解，从而使其能够形成个体的比较简单的管系。同时还要在容易受到震动、冲击或是需要进行限制位移的部位安装固定框架。

3.3设备布置

当常规的化工管道设计中的自然补偿法不能有效的减少由于环境温度变化而引起的应力变形时，就需要通过布置设备来加以保护，从而确保化工管道的安全性以及设备的安全性。另外在设备布置的过程中，还要尽量防止化工管道的热应力超出限制的问题，特别是针对自然补偿法，应尽可能做到一次性补偿化工管道的热应力变形。

［1］王一.化工管道设计中常用的自然补偿法研究［J］.化工管理，2016，02：24.

［2］闫锦霞，刘洪佳，荣守朋.浅谈化工管道设计中常用的自然补偿法［J］.氮肥技术，2014，03：3-4+26.