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hth最新网站:管道自然补偿如何计算?华东院总工:采取技术措施时关注这4点

来源:hth直播 作者:hth娱乐官网 时间 : 2023-01-29 11:30:30 浏览量 : 1

  随着技术进步和经济发展 , 超高层建筑不断涌现,作为现代城市中的地标 ,超 高层建筑正不断地改变着城市的经济结构与景观 。在满足建筑使用功能要求的前提下 ,建筑师越来越重视超层建筑个性化的体现 ,对暖通空调设计师提出了新的挑战 。为提升冷水机组的能效和减小空调水系统的输送能耗,对高度 600m 的超高层建筑 ,空调冷水系统宜设计两次断压换 热 ,突破冷冻水压力的既有限制成为当务之急 。

  传统上空调冷水最高设计工作压力限制在2.5MP a 以下, 对高度约600m的超高层建筑 ,为减少断压换热在确保系统安全的前提下可提高至3.0MPa (空调末端仍应采取合理的技术措施将其工作压力控制在不超过1.6MPa) ,如天津117项目,其中区冷水管水压即超 过2.5MPa,如图1。

  空调冷水管压力提高到3.0MP a 后, 在设计上必须采取必要的技术措施 ,应关注

  (1)管道内压提高后,直管、弯管 、三通等 管道零件和 部件的强度计算;

  (2)管道在受到提高的内压和持续外载产生的应力的校核计算,间接确定管道支架的间距;

  (3)因超高层项目的体量加大,往塔楼的冷冻水干管管径往往达到 800mm 及以上的直径,干管直径加大后,管道柔性下降,必须找到合适的计算公式以进行自然补偿校核 ;

  (4)塔楼的冷冻水立管因大直径 、承压高的特性 ,在采用自然补偿后 ,其最下面的固定支架受到的推力远大于常规 ,必须进行固定支架的受力验算 。

  本文主要讨论空调水系统工作压力3.0MPa 的冷水管的相关技术细节 。因工作压力3.0MPa的冷水管的各项验算突破既有暖通空调规范的使用范围,必须考虑采用其它行业的相关规范来作为指导,通过搜集资料和比较 ,最后决定主要参考以下标准规范:《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DL/T 5054- 1996 ) 、美国国家标准压力管道 规范 (ASMEB 31.1《动力管道 》、ASMEB31.3《工 艺管道》 ) 、《工业金属管道设计规范》(GB 50316—2000 ) ,并参考相关设计书籍和设计手册 :《压力管道技术 》(岳进才编著 ) 、《动力管道手册 》以及其它石油化工、火力发电行业的相关内部规范和技术资料等等。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

  本文探讨的工作压力3.0MPa 冷水管均以采用无缝钢管,钢管材料为20号低碳钢, 钢材在20℃时的许用应力为131MPa作为计算和讨论的前置条件,适用钢管标准号为 《输送流体用无缝钢管》(GB/T 8163—2008 ) 及《无缝钢管尺寸、外形 、重量及允许偏差 》(GB/T 17395—2008 ) 。直径超过600mm的大直径管道要求采用热扩无缝钢管。

  弯管弯头在流体作用下 ,产生的环向应力沿弯管截面分布很不均匀 。实践证明,产生的最大环向应力在弯头的内凹点 ,这个应力比直管产生的环向应力大 。如果未经校核计算 ,盲目采用壁厚与直管壁厚相同的弯管 ,会给管道系统带来潜在风险。

  按《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DL/T5054 —1996) 的规定 ,“弯管(成 品)任何一点的测最小壁厚,不得小于弯管相应点的计算壁厚,且外侧壁厚不得小于相连直管允许的最小壁厚 S ” 。工作压力3.0M Pa冷水管建议采用无缝热压弯头 。

  钢管三通可采用焊接三通 ,也可采用成品三通 ,如挤压三通 (高压流体挤压管坯产生塑性变形所得) 、锻制三通(锻制坯件切削所得)等 ,焊接三通用得虽多,但由于高应力区正处于焊缝位置上 ,为满足强度要求,需用大量焊条堆积起足够的承载面积 ,对焊缝难以实施有效的无损探伤 ,容易留下事故隐患。锻制三通加工余量大 、成本高。挤压三通由于主支管交接处不存在焊缝 ,便于进行无损探伤,保证其可靠性大大优于 其它种 类的三通 ,并且工艺可靠性好,成本低 。为控制工作压力3.0MPa 的冷水管的施工质量 ,建议采用成品的挤压三通 ,挤压三通的强度验算可采用压力面积法 。图 2 为圆弧过渡结构的三通纵断面图,图3为直角结构的三通纵断面图。

  室内水平管道外载只有管道自身重量 、水重和保温材料重量 ,对于水平管道而 言,内压外载的一次应力验算确定了管道支架的间距 。《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50243一2002)中规定的管道支架间距是按工作压力不大于2.0MPa 确定的,因此对于工作压力3.0MPa冷水管 ,应重新验算调整管道支架 间距 。

  按《动力管道手册》 ,管道在工作状态 下,由内压和持 续外载产生的应力 ,不得大于钢管在设计温度下的许用应力 ,即按下式验 算:

  对大直径管道 ,直观来看,因管道直径的增加 ,自然补偿相对较困难 ,相对于小管径管道的自然补偿可采用经验判断,大直径管道的自然补偿应进行验算 。ASME B3 1.3给出快速确定管系热膨胀补偿的简单判定方法 ,它不计算管系 的应力 ,只做简单判断, 它的判断结果是粗略的 ,也是比较保守的。该式如 下:

  以上第3点管系中除管系两端的固定点外无支吊架在实践中是不可能的,查 ASME3 1.1和GB/T2080 1.3-2006《压力管道规范工业管道 》 , 均说明为 “固定支座数不大于两个 ,无中间约束 ” ,这个条件是可 以满足的 。

  4) L/U)2.5 的不等腿 u 形弯管管道 ,或近似直线的锯齿状管道 。

  在大型项目中冷水干管恰好是大直径薄壁管 ,因此需对其管件的应力增强系数进行验算 。按《工业金属管道设计规范》 (GB 50316—2000 ) 弯管 (弯头 ) 的应力增大系数按式 (11) 计算:

  对于D813x20的转弯半径分别为4倍管外径和1.5倍管外径的弯头 ,根据式 (13) 修正后的应力增大系数 i 分别为1.2和2.6 ,均小于5.0 。因此 ,对于D813x20 的管系,其弯头转弯半径采用4倍管外径或1.5倍管外径时 ,均 能使用式 (10) 做自然补偿的快速验 算,一般情况管系宜采用转弯半径为 4 倍管外径的弯头,当安装空间受限时 ,也可采用转弯半径为 1.5 倍管外径的弯头。

  对于如图4 的立管 ,其立管最下面的固定支架受到最大的向下推力, 最下端固定支架的受力=钢立管底部内压推力+波纹膨胀节的波壁内压推力+波纹膨胀节的弹性推力+钢管重量 (含保温材料) 。其中计算钢立管底部内压推力和波纹膨胀节的波壁内压推力时,不仅应考虑管道的工作压力 ,还应考虑管道试压时增加的压力 。这些受力中以钢立管底部内压推力为最大,因此对于高承压管道 ,因为显著提高了管道的工作压力, 所以应高度重视大直径立管的固定支架的推力。对于水平管 ,建议尽量采用自然补偿 , 若采用波纹膨胀节补偿 ,水平管的固定支架同样应考虑管道和波壁 的内压推力 。

  以图5所示作为计算实例 , 冷水管的管径为711mm ,立管底部工作压力为2.5MPa, 试压时压力为 3.0MPa, 管道温升为从5 ℃ 到35 ℃ ,波纹膨胀节刚度为 3250N/mm,经过计算立管最下部固定支架受到的推力为156t ,其中钢立管底部内压推力为119t ,远大于常规工作压力 的立管固定支架的所受推力 。

  固定支架做法如图6 ,在常规 的需要对肋板 的厚度和高度进行验算外,因为大直径高承压冷水管道的固定支架的大推力 ,尚需对焊接肋板处的管身强度进行验算 ,若钢管壁厚不足 ,尚需焊接加强弧板对 管道 进行加强 ,加强弧板的厚度 、弧长和高度均需请结构专业进行验算 ,除此以外 ,因为固定支架的强大推力 ,尚需在项目设计阶段 即请 结构专业对 固定支架及其生根部位进行设计计算。

  (1) 对于工作压力3.0MPa 的冷水管道 ,在机房内总是存在一些小直径的支管,如压力表 、温度计、放气阀的安装、泄水管、补水管等等,不可能要求所有的三通均采用成品三通,按《火力发电厂汽水管道设计技术规定 》(DL/T5054—1996) 的相关公式及图表进行计算 ,工作压力3.0MPa 的冷水管主管上未加强开孔最大允许直径如表 8 所示 。

  (2) 为确保安全性 ,要求在机 房外的工作压力3.0MPa 冷水管道只存在直管和弯头两类主要管件 。

  (3) 建议工作压力3.0MPa 的冷水管的立管上波纹膨胀节靠近下部固定支架安装 ,以提高立管受到扰动时的稳定性 。

  (4) 工作压力3.0MP a 冷水管仅用于系统干管 ,接空调末端的空调冷水管仍应采取合理的技术措施将其工作压力控制在不超过1.6MPa。

  (5)按国标 ,公称压力4.0MPa 级别的钢制管法兰只适用于D600及以下管径的钢管 ,故对于工作压力超过2.5MPa 且直径大于 D600 的冷水管 ,其与阀门、波纹膨胀节的连接应采用对焊连接 。

  (6)为减小力矩 ,方便开启 ,公称直径不小于 D500 的工作压力超过1.6MPa 冷水管上安装闸阀时应安装旁通 阀,旁通阀的规格按管道直径的十分之一选用。

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