浅谈化工管道热膨胀及其补偿措施
摘要：通过列举化工管道热膨胀相关参数的计算公式及实例计算分析说明了设置管道热膨胀补偿的重要性，并说明了常见的补偿措施。
关键词：管道热膨胀补偿
一、概述
化工热力管道是在室温下安装的，投入运行后，由于温度的变化，将引起管道的热涨或冷缩使管壁焊缝处产生巨大的应力，如果此应力超过了管材或焊缝的强度极限，将会造成管道的破坏。所以，凡是高温（或低温）管线，都要采取补偿措施来防止产生过高的热应力，使管道安全运行。
二、热膨胀量的计算
如果在室温下安装的管线原长度为L，在温度升高的条件就会热伸长成L+ΔL，也就是比原来长了ΔL，这个伸长了得数值，就是这段管道的热膨胀量可由下式求得：
ΔL=α* L *Δt
式中ΔL—管段的热膨胀量，米
α—管材的热膨胀系数（即温度每升高1℃每米管子线膨胀量）
L—在室温下安装的管道原长度，米
Δt—工作时温度t2与安装时室温t1之差值，Δt=t2-t1，℃
三、热应力的计算
如果管道两端不固定而允许它自由伸长，则热伸长对管子强度无影响。若不允许自由伸长，则由此而产生的附加热应力可由下式求得：
δ=E *ε
式中δ—管材受热时所产生的热应力，公斤//cm2
E—管材的弹性模数，公斤/cm2
ε—管道的相对变形，ε=ΔL/L
由上式可见，管道受热时所产生的应力的大小与管子壁厚及直径无关，而仅由管材E ，α ，L ，Δt等参数决定。现举一计算实例如下：
〔例〕将一段长为20米，材料为A3的无缝钢管两端固定，然后通入热介质，使钢管温度升高到420℃，安装时室温为20℃，求该管段的热膨胀及产生的热应力？
解：由计算可知该管段的热膨胀量为
ΔL=α*L*Δt=12x10-6x20x（420-20）=0.096（米）
管段受热时产生的应力为
δ=E*ε=2.1x106x0.096/20=10080（公斤//cm2）
由计算结果可以看出，上述管段受热时产生的应力远大于A3钢的强度极限，必须采取一定的补偿措施。
四、断面推力计算
管子的断面推力是指管子受热时其断面上所受到的纵向总压力，可由下式求得：
P=δ * F
式中P—断面推力，公斤
δ—管材受热时所产生的热应力，公斤//cm2
F—管子横断面积，厘米
现举一计算实例如下：
〔例〕上例中无缝钢管的规格为φ108x4，其他条件一样，问管子断面上的推力为多少？
解：由计算知断面推力为
P=δ* F=10080x3.14x（10.82-102）/4=131669（公斤）
由此可见，断面推力与管道材质，管壁截面积和温度变化有关，而与管道长度无关，这个力往往是很大的，如不采取补偿措施，将造成破坏性事故。
五、管道热膨胀的补偿
化工热力管道中对于管道热膨胀一般采用自然补偿和人工补偿两种方式加以解决。
1.自然补偿
对于有弯曲部分的热力管道，受热时自身可产生一定的弹性变形，而不会产较大的热应力和管道轴向推力，从而有效防止管道及支架因受热而发生破坏，这种借管道自身的弹性变形来吸收管道的热膨胀的补偿方法就是自然补偿。其弯曲部位可叫做自然补偿器，可分为L型，Z型与U型三种。由于自然补偿法是利用管道本身变形来补偿，
所以在选择管道线路及其支架点时，必须注意力求使每两个固定支架间的管段尽可能由几个互相垂直而且长度不一的臂组成，使管道具有柔韧性，以保证管道变形时不产生过大的应力而造成破坏。
2.人工补偿
当管道热膨胀量过大时，普遍采用的是各种类型人工补偿器补偿。工业中常用的有方型补偿器，波形补偿器及填料式补偿器三种。
方型补偿器具有补偿能力大，作用在固定支架上的轴向推力小，制造简单，使用维护方便等特点；缺点是尺寸较大，不能安装在狭窄的地方，流体阻力较大；波形补偿器一般用于公称直径较大的低压气体管道中。缺点是轴向推力较大，易产生变形，在每个波节下面须设置排液装置，且排液装置又须经常保养，浪费气体，因此在蒸汽管道中应用较少；填料式补偿器广泛用于不容易弯制的管路中，优点是占地面积小，伸缩量大，缺点是容易产生泄漏，运行一段时间后须更换填料。
六、结语
化工管道的热膨胀是一个普遍存在的问题，也是一个应引起管道设计、安装部门高度重视的问题，大家应认真对待，以确保管路系统的安全运行，防患于未然。
热膨胀原理的实际应用 1. 热力发电 •热膨胀原理被广泛应用于热力发电领域。在热力发电中，通过利用物质在热力作用下膨胀收缩的特性来产生动力。常见的利用热膨胀原理的热力发电设备包括： –热机：燃煤发电厂、核电站等利用燃料的燃烧产生高温高压蒸汽驱动涡轮发电机发电。在燃烧过程中，燃料燃烧产生的热量将水转化为蒸汽，在高温高压下蒸汽膨胀收缩驱动涡轮转动，最终驱动发电机发电。 –热电偶：热电偶是利用不同金属材料的热电效应来产生电压差来实现能量转换的器件。当热电偶两端温度不一致时，由于不同金属材料的热电效应不同，会产生电压差。这种差异电压可以被用来驱动电流产生，从而实现能量的转换和利用。 2. 热膨胀补偿装置 •热膨胀原理也被广泛应用于热膨胀补偿装置中，用于解决热膨胀引起的尺寸变化问题。 •热膨胀补偿装置主要包括以下几个方面的应用： –温差补偿器：温差补偿器是一种可以根据温度变化而自动调整长度的装置。它可以根据材料的热膨胀特性，通过改变装置的长度来补偿材料在温度变化时引起的尺寸变化。 –管胀节：管胀节是一种用于管道系统中的热膨胀补偿装置。由于介质温度的变化，管道会发生热膨胀或收缩，如果没有采取相应的措施，会导致管道变形，甚至破裂。通过安装管胀节，可以在管道发生热膨胀或收缩时，使管道发生弯曲变形而不会破裂。 –桥梁伸缩缝：桥梁伸缩缝是一种用于桥梁结构中的热膨胀补偿装置。由于温度变化，桥梁结构会发生热膨胀或收缩，如果没有采取相应的措施，会导致桥梁结构产生应力集中或破坏。通过安装伸缩缝，可以使桥梁结构在发生热膨胀或收缩时，有一定的伸缩空间，从而减轻应力集中或破坏。 3. 热膨胀仪器 •热膨胀原理也被广泛应用于各种热膨胀仪器中，用于测量物体的热膨胀系数和温度变化等参数。 •常见的热膨胀仪器包括：
管道热补偿 一、管道伸长计算： ?L = α×L（t2－t1）×1000（mm） 式中：?L —管道热伸长量（mm） α—管道的线膨胀系数（m/m.℃)t2 —供热介质最高温度（℃) L —二固定支架间直线距离(m) t1 —管道安装温度（.℃),一般取－5℃。 各种管材的线膨胀系数α值 管道材料线膨胀系数（m/m.℃) 管道材料线膨胀系数（m/m.℃) 普通钢12×10-6黄铜18.4×10-6 碳素钢11.7×10-6紫铜16.4×10-6 镍钢11.7×10-6铸铁10.4×10-6 镍铬钢13.1×10-6聚氯乙烯70×10-6 不锈钢10.3×10-6玻璃5×10-6 青钢18.5×10-6聚乙烯10×10-6 水和蒸汽管道的热伸长量?L (mm) 0.5 1.0 1.8 2.7 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 12 14 16 20 25 管段长L t2 热媒温度(℃) 40 60 70 80 90 95 100 110 120 130 140 143 151 158 164 170 175 179 183 191 197 203 214 225 5 3 4 4 5 6 6 6 7 8 8 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12 12 13 13 14 10 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 18 19 20 21 21 22 22 23 24 24 25 26 28 15 8 11 13 15 17 18 19 21 23 24 26 27 28 30 31 32 33 33 34 35 37 38 39 41 20 11 15 18 20 23 24 25 28 30 33 35 36 38 40 41 43 44 45 46 47 25 14 19 22 25 28 30 31 34 38 41 44 45 47 50 51 53 55 56 57 59 61 63 66 68 30 17 23 26 30 34 36 38 41 45 49 53 54 57 60 62 64 66 67 69 71 73 75 79 82 35 19 26 31 35 40 42 44 48 53 57 61 63 66 70 72 74 77 79 80 83 85 88 92 97 40 22 30 35 40 45 48 50 55 60 65 70 72 76 80 82 85 88 90 92 94 97 100 101 110 45 25 34 40 45 51 54 56 62 68 73 79 81 85 90 92 96 99 101 103 106 109 112 118 124 50 27 38 44 50 57 60 63 69 75 81 88 89 95 99 103 106 110 112 114 118 121 125 131 138 55 30 41 48 55 62 66 69 76 83 89 96 99 104 109 113 117 120 123 126 129 134 137 145 152 60 33 45 53 60 68 71 75 83 90 98 105 107 114 119 123 128 131 134 137 141 146 150 158 165 65 35 49 57 65 74 77 81 89 98 106 114 116 123 129 133 138 142 145 148 153 158 162 171 179 70 38 53 62 70 79 83 88 96 105 113 123 125 132 139 144 149 154 157 160 165 170 175 184 193 75 41 56 66 75 85 89 94 103 113 122 131 134 142 148 154 159 164 168 172 176 182 187 197 203 80 44 60 70 80 90 95 100 110 120 130 140 143 152 158 164 170 175 180 183 188 194 200 210 220 85 46 64 75 85 96 01 106 117 128 138 149 152 161 168 174 180 186 190 194 200 206 212 224 248 90 49 68 79 90 02 07 113 124 135 146 157 161 171 178 185 191 197 200 205 212 218 225 236 248 95 52 71 83 95 07 13 119 130 143 154 166 170 180 188 195 202 208 212 217 223 230 237 250 262 100 54 75 88 00 13 19 125 137 150 163 175 179 190 198 205 212 219 224 229 235 243 250 263 276 105 57 79 92 05 19 23 131 144 158 170 184 188 199 208 215 223 230 235 240 247 255 262 276 290 110 60 83 96 10 24 31 138 151 165 180 194 197 288 218 226 234 240 246 252 259 267 274 290 304
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。波纹管补偿器具有结构紧凑、承压能力高、工作性能好，配管简单、耐腐蚀、维修方便等优点。 波纹管材料。波纹管补偿器是采用疲劳极限较高的不锈钢板或耐蚀合金板制成
管道因温度变化产生热胀冷缩现象，管线受热膨胀变形，受冷收缩发生断裂，为了避免这种现象产生的管线破坏叫热力补偿。一般在管段加入补偿器，管线因温度变化而伸长或缩短的配件，热力管线上所利用的主要有波形补偿器和波纹管两种。 一. 补偿器简介： 补偿器习惯上也叫膨胀节，或伸缩节。由构成其工作主体的波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。 属于一种补偿元件。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振。在现代工业中用途广泛。 二.补偿器作用： 补偿器也称伸缩器、膨胀节、波纹补偿器。补偿器分为：波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器、方形自然补偿器等几大类型，其中以波纹补偿器较为常用，主要为保障管道安全运行，具有以下作用： 1.补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形。 2. 波纹补偿器伸缩量，方便阀门管道的安装与拆卸。 3.吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响。 4.吸收地震、地陷对管道的变形量。 三.关于轴向型、横向型和角向型补偿器对管系及管架设计的要求 （一）轴向型补偿器 1、安装轴向型补偿器的管段，在管道的盲端、弯头、变截面处，装有截止阀或减压阀的部们及侧支管线进入主管线入口处，都要设置主固定管架。主固定管架要考虑波纹管静压推力及变形弹性力的作用。推力计算公式如下： Fp=100*P*A Fp-补偿器轴向压力推（N）， A-对应于波纹平均直径的有效面积（cm2）， P-此管段管道最高压力（MPa）。 轴向弹性力的计算公式如下： Fx=f*Kx*X FX-补偿器轴向弹性力（N）， KX-补偿器轴向刚度（N/mm）； f-系数，当“预变形”（包括预变形量△X=0）时，f=1/2，否则f=1。 管道除上述部位外，可设置中间固定管架。中间固定管架可不考虑压力推力的作用。 2、在管段的两个固定管架之间，仅能设置一个轴向型补偿器。 3、固定管架和导向管架的分布推荐按下图配置。 补偿器一端应靠近固定管架，若过长则要按第一导向架的设置要求设置导向架，其它导向架的最大间距可按下计算： LGmax-最大导向间距（m）； E-管道材料弹性模量（N/cm2）； i-tp 管道断面惯性矩（cm4）； KX-补偿器轴向刚度（N/mm）， X0-补偿额定位移量（mm）。 当补偿器压缩变形时，符号“+”，拉伸变形时，符合为“-”。当管道壁厚按标准壁厚设计时，LGmax可按有关标准选取。 （二）横向型及角向型补偿器
浅谈化工管道热膨胀及其补偿措施 摘要：通过列举化工管道热膨胀相关参数的计算公式及实例计算分析说明了设置管道热膨胀补偿的重要性，并说明了常见的补偿措施。 关键词：管道热膨胀补偿 一、概述 化工热力管道是在室温下安装的，投入运行后，由于温度的变化，将引起管道的热涨或冷缩使管壁焊缝处产生巨大的应力，如果此应力超过了管材或焊缝的强度极限，将会造成管道的破坏。所以，凡是高温（或低温）管线，都要采取补偿措施来防止产生过高的热应力，使管道安全运行。 二、热膨胀量的计算 如果在室温下安装的管线原长度为L，在温度升高的条件就会热伸长成L+ΔL，也就是比原来长了ΔL，这个伸长了得数值，就是这段管道的热膨胀量可由下式求得： ΔL=α* L *Δt 式中ΔL—管段的热膨胀量，米 α—管材的热膨胀系数（即温度每升高1℃每米管子线膨胀量） L—在室温下安装的管道原长度，米 Δt—工作时温度t2与安装时室温t1之差值，Δt=t2-t1，℃ 三、热应力的计算 如果管道两端不固定而允许它自由伸长，则热伸长对管子强度无影响。若不允许自由伸长，则由此而产生的附加热应力可由下式求得： δ=E *ε 式中δ—管材受热时所产生的热应力，公斤//cm2 E—管材的弹性模数，公斤/cm2 ε—管道的相对变形，ε=ΔL/L
由上式可见，管道受热时所产生的应力的大小与管子壁厚及直径无关，而仅由管材E ，α ，L ，Δt等参数决定。现举一计算实例如下： 〔例〕将一段长为20米，材料为A3的无缝钢管两端固定，然后通入热介质，使钢管温度升高到420℃，安装时室温为20℃，求该管段的热膨胀及产生的热应力？ 解：由计算可知该管段的热膨胀量为 ΔL=α*L*Δt=12x10-6x20x（420-20）=0.096（米） 管段受热时产生的应力为 δ=E*ε=2.1x106x0.096/20=10080（公斤//cm2） 由计算结果可以看出，上述管段受热时产生的应力远大于A3钢的强度极限，必须采取一定的补偿措施。 四、断面推力计算 管子的断面推力是指管子受热时其断面上所受到的纵向总压力，可由下式求得： P=δ * F 式中P—断面推力，公斤 δ—管材受热时所产生的热应力，公斤//cm2 F—管子横断面积，厘米 现举一计算实例如下： 〔例〕上例中无缝钢管的规格为φ108x4，其他条件一样，问管子断面上的推力为多少？ 解：由计算知断面推力为 P=δ* F=10080x3.14x（10.82-102）/4=131669（公斤） 由此可见，断面推力与管道材质，管壁截面积和温度变化有关，而与管道长度无关，这个力往往是很大的，如不采取补偿措施，将造成破坏性事故。 五、管道热膨胀的补偿
热补偿措施 1. 什么是热补偿？ 热补偿是指在使用热力设备，特别是管道系统时，由于温度变化引起的管道长度、形状和位置变化，需要采取措施来补偿变化产生的应力。热补偿的目的是确保管道系统在不同温度下能够正常工作，避免破裂和泄漏。 热补偿通常涉及到两种类型：弹性元件和管道支承。根据实际情况，可以选择 适当的热补偿措施，以确保管道系统的正常运行和安全性。 2. 热补偿的作用 热补偿措施在管道系统的设计、安装和维护中起到重要作用。主要有以下几个 方面的作用： 2.1 避免断裂和泄漏 热补偿措施可以通过补偿管道在不同温度下的长度变化，避免管道的过度拉伸 或收缩引起的断裂和泄漏。热补偿装置可以通过吸收热应力，降低管道系统受热影响的应力水平，减少破裂和泄漏的风险。 2.2 维护系统的正常运行 热补偿措施可以保证管道系统在不同温度下的正常运行。通过调整管道的长度、形状和位置，热补偿装置可以避免管道的变形和变位，保持管道的稳定性和结构完整性。这对于保证管道系统的正常工作至关重要。 2.3 延长管道的使用寿命 正确定位和应用热补偿措施可以减少管道系统受热引起的应力和变形，从而延 长管道的使用寿命。通过控制管道的变形和受力水平，可以减少疲劳和蠕变的发生，提高管道的可靠性和耐久性。 3. 热补偿的常用措施 针对不同的管道系统和工况，可采用多种热补偿措施，以满足管道系统的要求。常用的热补偿措施包括以下几种： 3.1 弹性元件 弹性元件是最常见的热补偿措施之一，通常由金属材料制成，如弹簧、金属波 纹管等。弹性元件可以通过吸收管道由于温度变化引起的长度变化，从而减少管道
系统的应力和变位。弹性元件具有结构简单、可靠性高等优点，适用于各种管道系统的热补偿。 3.2 定位销和导轨 定位销和导轨是一种常用的管道支承和热补偿措施。通过在管道系统中设置定位销和导轨，可以限制管道的变位和变形，保持管道的位置和形状稳定。定位销和导轨通常由金属材料制成，具有刚性和耐久性好等优点，适用于长距离管道系统的热补偿。 3.3 活动支承 活动支承是一种用于大直径管道和高温管道的热补偿措施。活动支承可以通过调整管道的位置和角度，吸收由于温度变化引起的管道长度变化。活动支承通常包括球面滑动支座和伸缩节等，具有灵活性好、热补偿范围大等优点，适用于特殊工况下的热补偿。 4. 热补偿措施的选择与设计 在选择和设计热补偿措施时，需要考虑多个因素，如管道材料、工作温度、管道长度、环境条件等。以下是一些常见的选择和设计原则： 4.1 根据管道长度选择 对于较短的管道，弹性元件通常是较为经济和有效的热补偿措施；对于较长的管道，定位销和导轨或活动支承可能更加适用。 4.2 根据工作温度选择 对于高温管道，活动支承和伸缩节等措施可能更加合适；而对于低温管道，弹性元件和定位销、导轨等措施可能更为适用。 4.3 根据管道材料选择 不同的管道材料有不同的线膨胀系数和热膨胀性能，需要根据管道材料的特性选择合适的热补偿措施。例如，不锈钢管道的线膨胀系数较大，可能需要更大的热补偿范围。 4.4 根据环境条件选择 环境条件也会对热补偿措施的选择和设计产生影响。例如，湿度较大的环境可能导致活动支承的腐蚀风险增加，需要选择耐腐蚀材料或采取其他防护措施。 5. 热补偿措施的安装和维护 在安装和维护热补偿措施时，需要注意以下几点：
管道热补偿设计原则 什么是管道热补偿设计原则 管道热补偿是指在管道安装过程中考虑到温度变化引起的热胀冷缩问题，采取合理的补偿措施以避免管道系统因温度变化而产生的应力和变形。管道热补偿设计原则就是在管道系统设计过程中应遵循的基本规范和要求，以确保管道系统长期稳定运行。 为什么需要热补偿设计 在管道系统运行过程中，由于介质温度的变化，管道会发生热胀冷缩。如果不进行合理的热补偿设计，管道系统可能会因为应力积累而导致管道破裂、管道连接处泄露等问题。因此，管道热补偿设计是确保管道系统安全、稳定运行的重要环节。 管道热补偿设计原则 1. 了解介质特性 在进行管道热补偿设计前，首先需要了解管道所输送的介质的特性。不同介质的热胀冷缩系数不同，对管道系统产生的热胀冷缩影响也不同。因此，在设计热补偿时需要根据介质的特性进行合理的计算和选择。 2. 合理布置补偿器 补偿器是管道热补偿设计中的一个重要组成部分，它能够在管道发生热胀冷缩时吸收或释放应力。在设计热补偿方案时，需要合理布置补偿器，保证其能够起到有效的热补偿作用，并能够方便维护和检修。 3. 注意管道支撑设计 管道支撑设计是热补偿设计中的另一个重要方面。合理的管道支撑设计能够减小管道热胀冷缩引起的应力，并且能够保证管道系统的稳定性。在进行管道支撑设计时，需要考虑到管道补偿器的位置、数量和类型等因素，以确保管道系统能够得到有效的支撑。
4. 考虑动态变化 在一些工艺管道系统中，介质温度可能会发生突变或周期性的变化。在这种情况下，需要考虑管道热补偿设计对动态变化的适应性。合理的热补偿设计应能够在动态变化条件下保证管道系统的正常运行，防止应力积累导致管道破裂。 管道热补偿设计实践 在实际工程中，管道热补偿设计要根据具体情况进行调整和优化。以下是一些常见的管道热补偿设计实践： 1.确定管道的总长度和伸缩余量：在管道设计过程中，需要考虑管道的总长度 和伸缩余量，以便为补偿器的安装和调整提供足够的空间。 2.选择合适的补偿器类型：根据管道的特点和介质的特性，选择合适的补偿器 类型，包括弹簧补偿器、铰链补偿器、球型补偿器等，以满足管道热补偿的 需求。 3.合理设计支撑系统：根据管道系统的几何形状和支撑条件，设计合理的支撑 系统，包括支架、吊杆、支座等，以提供足够的强度和刚度支撑管道系统。4.考虑温度监测和控制：在管道系统中设置温度监测点和控制装置，对管道的 温度进行实时监测和控制，以确保管道系统的稳定运行。 总之，管道热补偿设计是保证管道系统安全、稳定运行的重要环节。通过合理的设计原则和实践经验，能够有效地避免由于热胀冷缩引起的问题，延长管道系统的使用寿命。在进行管道热补偿设计时，需要充分考虑介质特性、补偿器布置、管道支撑设计和动态变化等因素，以确保管道系统能够在各种工况下正常运行。
热力管道补偿及常见补偿器浅谈 丁真裔 【摘要】论述了热力管道安装运行过程中发生的管道热胀冷缩的问题,详细介绍了几种常用的补偿器形式,并针对各个补偿器的特点进行了阐述,同时也介绍了几种补偿器在实际安装运行中的注意事项及常见的问题. 【期刊名称】《化工装备技术》 【年(卷),期】2018(039)006 【总页数】5页(P28-32) 【关键词】热力管道;补偿器;布置形式 【作者】丁真裔 【作者单位】华东理工大学工程设计研究院有限公司 【正文语种】中文 【中图分类】TQ055.8 在热力管道设计时，必须重视管道热胀冷缩的问题。为了使管道在热态工况下稳定安全地运行，必须减少管道热胀冷缩时所产生的应力。管道受热时的热伸长量应考虑采用补偿方式来维持管道稳定安全地运行，因此补偿方式的选择显得尤为重要。常用的补偿方式可分为两大类：一是利用管道本身的弯曲进行自然补偿，二是利用补偿器进行补偿。 1 自然补偿
自然补偿即利用管道本身自然弯曲来补偿管道的热伸长量，当弯管转角小于150° 时才能作为管道的自然补偿。动力配管设计中常用的自然补偿分别为L形直角弯、Z形折角弯及空间立体弯三类补偿方式。自然补偿的管道臂长决定了端点处的位移量，因此自然补偿时靠近弯角处管道支架顶面大小应根据管道的位移量进行计算，以免管道自然膨胀导致管托从支架上掉落。 在考虑蒸汽外管网的管道补偿时，自然补偿是不可忽略的，充分利用管道的自然补偿，可以最大限度地减少管道对补偿器的依赖度，降低工程的总造价。 2 补偿器 补偿器按大类可分为方形补偿器（π型补偿）、套筒式补偿器、波纹补偿器及旋转式补偿器。由于套筒式补偿器容易泄漏、检修频繁、轴向推力大，现在已经较少使用，文中主要介绍几类常用的补偿器。 2.1 方形补偿器 方形补偿器是最常用的补偿器，由四个90°弯头组成。安装方形补偿器时，一般需对管道进行预拉伸，预拉伸量一般为管道膨胀伸长量的50%，具体如图1所示。 图 1 方形补偿器安装示意图 方形补偿器的优点为制造、维修方便，轴向推力小，运行可靠且不存在介质泄露的隐患。而其主要缺点是补偿量小、占地空间大，管道变形时会产生较大的横向位移，因此方形补偿器一般较少应用在大管径及高温长直管道。 结合实际经验，方形补偿器一般多用于低温低压且管径较小的管道。虽然有很多的使用限制，但其优点也是显而易见的，如制造方便、造价低廉，并且不会产生其他补偿器带来的隐患等。 2.2 波纹补偿器 波纹补偿器又称膨胀节，其补偿元件是波纹管，具体结构如图2所示。在实际操 作过程中，波纹管除了吸收位移外，往往还要承受一定的压力。膨胀节是一种较为
热膨胀原理的应用 简介 热膨胀原理是物体在受热时会膨胀，冷却时会收缩的现象。这种现象广泛应用 于各个领域，从日常生活到工业制造，都有热膨胀原理的应用。本文将介绍一些常见的热膨胀原理应用。 工业制造 热膨胀原理在工业制造过程中有着广泛的应用。其中一个典型的应用是热膨胀 补偿。由于温度变化的影响，许多工业设备和管道会发生热胀冷缩，如果不进行补偿，极有可能导致设备损坏或管道破裂。通过合理设计和使用热膨胀补偿装置，可以解决这个问题。热膨胀补偿装置通常由金属制成，根据设计需要可以具有弹性性质，当设备或管道发生热膨胀时，补偿装置能够自动延展或收缩，以保持设备或管道的正常运行状态。 热膨胀原理还可以应用于零件的插接和拆卸。在工业制造中，许多零件需要经 过加热或冷却才能插接或拆卸。这是因为热膨胀和冷缩可以改变零件的尺寸，使其更容易插入或拆出。例如，在汽车制造中，发动机的铸件需要在高温下安装在引擎舱中。由于热膨胀原理的应用，铸件在高温下会膨胀，使其与引擎舱的其他零件更好地连接起来。同样，当需要拆卸时，只需冷却铸件，热膨胀会自然减小，使其更容易拆卸。 电子设备 热膨胀原理在电子设备中也有重要的应用。一个常见的应用是电子设备的散热 设计。电子设备在工作时会产生大量的热量，如果无法及时散热，会导致设备过热，降低性能甚至损坏。热膨胀原理可以用于设计散热装置。例如，电脑的散热器通常由金属制成，利用材料的热膨胀性质，使其与电脑的散热元件密封紧密。当电脑发热时，散热器会膨胀，尽可能将热量传导到周围环境中，以达到散热的目的。 另一个应用是电子设备的连接插座设计。在电子设备中，插座用于连接电路板 和其他组件。由于温度的变化，电路板和其他组件会发生热胀冷缩的现象。设计师需要考虑热膨胀原理对连接插座的影响，以确保连接稳固可靠。为了解决这个问题，通常使用具有一定弹性的材料制成的连接插座，能够自适应地承受热膨胀和冷缩所带来的变化，保持连接的牢固性。 建筑工程 热膨胀原理在建筑工程中也有重要的应用。一个典型的例子是桥梁的设计。桥 梁在不同温度下会发生热胀冷缩，这对桥梁的结构和安全性有着重要影响。设计师
在热水管网中，由于温度的变化，管道会发生热膨胀和冷缩，这可能会导致管道的破裂或者接口的泄漏。为了解决这个问题，我们可以采取以下几种补偿措施： 1. 自然补偿：这是一种最简单的补偿方式，通过在管道上设置一个或多个伸缩节来实现。当管道受热膨胀时，伸缩节会随之膨胀，反之则会收缩。这种方式的优点是简单易行，但是需要有足够的空间来安装伸缩节，而且对于长距离的管道，可能需要设置多个伸缩节。 2. 人工补偿：这种方式是通过使用一种叫做“补偿器”的设备来实现的。补偿器通常是一个金属制的圆筒，内部有一个可以滑动的活塞。当管道受热膨胀时，活塞会被推向另一端，反之则会向相反的方向移动。这种方式的优点是可以适应各种复杂的管道布局，但是需要定期维护和检查。 3. 混合补偿：这种方式是将自然补偿和人工补偿结合起来使用。例如，可以在管道的一端使用自然补偿，而在另一端使用人工补偿。这种方式既可以利用自然补偿的优点，又可以避免其缺点。 4. 无补偿：在某些情况下，我们也可以不采取任何补偿措施。例如，如果管道的长度很短，或者温度变化不大，那么可能不需要补偿。但是，这种方式的风险较大，一旦出现问题，可能会导致严重的损失。 5. 动态补偿：这是一种先进的补偿方式，通过使用传感器和控制器来实时监测管道的温度和长度，然后根据这些数据来调整补偿器的设置。这种方式的优点是可以实现精确的补偿，但是需要较高的技术水平和设备成本。 总的来说，选择哪种补偿方式取决于具体的工程条件和需求。在选择补偿方式时，我们需要考虑到管道的长度、温度变化的范围、空间的限制、维护的成本等因素。同时，我们还需要定期对管道进行检查和维护，以确保其正常运行。
热膨胀的原理 热膨胀是指物体在受热时体积增大的现象，是由于物质内部分子的热运动增强而引起的。热膨胀是许多日常生活和工程实践中都经常遇到的现象，比如铁轨的膨胀和收缩、温度计的工作原理等。本文将深入探讨热膨胀的原理及其相关应用。 1. 热膨胀的基本原理 热膨胀是基于物体内部分子的热运动原理。在物体受热时，物质内部的温度增加，分子的热运动速度将增加。根据牛顿第二定律，分子的加速度与外力（例如相互作用的分子力）成正比。由于分子在各个方向上的运动速度的随机性，分子之间的相互作用力也会发生相应的变化。这种变化会导致物体的形状和体积发生变化，也就是所谓的热膨胀现象。 2. 线热膨胀与拓展性系数 物体在受热时，其长度会发生变化，这被称为线热膨胀。线热膨胀的大小与物体的长度和温度变化之间的关系可以通过材料的拓展性系数来描述。拓展性系数是单位长度内物体长度变化量与温度变化量之比。不同材料的拓展性系数各有不同，例如铜的拓展性系数较大，而玻璃的拓展性系数较小。 3. 平面热膨胀与面积膨胀系数 物体在受热时，其面积也可能发生变化，这被称为平面热膨胀。平面热膨胀的大小与物体的面积和温度变化之间的关系可以通过面积膨
胀系数来描述。面积膨胀系数是单位面积内物体面积变化量与温度变 化量之比。不同材料的面积膨胀系数各有不同，例如碳纤维的面积膨 胀系数较小，而橡胶的面积膨胀系数较大。 4. 体积膨胀与体积膨胀系数 物体在受热时，其体积也会发生变化，这被称为体积膨胀。体积膨 胀的大小与物体的体积和温度变化之间的关系可以通过体积膨胀系数 来描述。体积膨胀系数是单位体积内物体体积变化量与温度变化量之比。不同材料的体积膨胀系数各有不同，例如铁的体积膨胀系数较小，而水的体积膨胀系数较大。 5. 热膨胀的应用 热膨胀的原理在日常生活和工程实践中有广泛的应用。以下是一些 常见的应用领域： 5.1 铁路轨道的设计：由于铁轨在不同温度下的膨胀和收缩，设计 师需要考虑到铁轨与周围环境的温差以及铁轨材料本身的热膨胀系数，以保证铁轨的线形稳定。 5.2 温度计的工作原理：温度计利用热膨胀现象来测量温度。常见 的温度计包括水银温度计和电阻温度计，它们都是通过测量物体的尺 寸变化来推断温度的。 5.3 管道的设计：在高温条件下，管道材料的热膨胀可能会导致管 道的破裂或变形。因此，在管道设计中，需要考虑管道材料的热膨胀
供热管道的热膨胀系数-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 概述部分的内容: 热膨胀系数是描述物体在受热后体积、长度或面积等尺寸的变化程度的物理参数。在供热管道系统中，热膨胀系数的重要性不言而喻。热膨胀系数的准确计算和合理应用对于保证供热管道的正常运行、避免破裂与漏水等问题具有重要意义。 供热管道在工作过程中，热水或蒸汽通过管道输送到供热终端，由于温度的变化，管道的长度和体积会发生相应的变化。这种长度或体积的变化称为热膨胀。当热水从锅炉中流出，经过居民用水热交换后冷却后再返回锅炉，管道会发生热胀冷缩的现象，如果不加以合理的处理，就会对供热系统产生严重的影响。 文章的主要目的是通过对供热管道热膨胀系数的深入研究，探讨其对供热系统的影响以及如何合理应用热膨胀系数来解决相关问题。在文章的后续部分，将详细介绍热膨胀系数的定义和作用，以及影响热膨胀系数的因素。最后，结论部分将强调供热管道中热膨胀系数的重要性，并提出合理应用热膨胀系数的建议。
通过本文的阅读，读者将能够了解到供热管道热膨胀系数在供热系统中的重要性，同时也能够学习到如何通过合理使用热膨胀系数来解决供热管道在工作过程中出现的问题。希望本文能给读者带来一定的启发，并对相关领域的从业人员有所帮助。 文章结构部分的内容可以从以下几个方面进行描述： 1.2 文章结构 文章采用以下结构进行组织和呈现： 引言部分主要分为三个小节，分别是概述、文章结构和目的。 正文部分主要分为两个小节，分别是热膨胀系数的定义和作用以及影响热膨胀系数的因素。 结论部分主要分为两个小节，分别是供热管道中热膨胀系数的重要性以及如何合理应用热膨胀系数。 通过以上的结构安排，本文将全面介绍供热管道的热膨胀系数相关知识。首先，在引言部分，将对热膨胀系数的概念进行简要介绍，同时阐述文章的结构和目的，为读者提供全局的认识和导引。
物理原理热膨胀 热膨胀是物体在受热后体积膨胀的现象，它是由于物体中分子或原子热运动的加剧而引起的。这个现象在我们的日常生活中无处不在，不论是铁轨因夏季受热而出现断裂，还是汽车发动机在工作时因升温而扩张，都与热膨胀密切相关。本篇文章将探讨热膨胀的物理原理以及其在实际应用中的重要性。 1. 热膨胀的物理原理 热膨胀是由于物体内部温度升高导致原子或分子热运动更加激烈，它们之间的相互作用力变强，从而使得物体的体积增大。根据热膨胀的方向和情况，可分为线膨胀、面膨胀和体膨胀。 线膨胀是指物体沿着一个方向的长度增加。这种膨胀常见于铁轨、铁栏杆等金属材料，当夏季阳光直射而温度升高时，铁轨会因为线膨胀而出现的断裂，给铁路运输带来危害。 面膨胀是指物体在一个或多个方向上的面积增加。例如，夏季高温下的水泥路面，由于面膨胀造成的裂缝常见于我们所熟知的现象。 体膨胀是指物体整体积增大。这种膨胀常见于固体、液体和气体。例如，热水在受热时会发生体膨胀，这也是造成热水瓶爆炸的原因之一。 2. 热膨胀的应用
热膨胀在实际应用中有许多重要的作用。下面将介绍其中几个主要应用。 2.1 膨胀补偿装置 热膨胀补偿装置广泛应用于管道、容器、储罐等工业设备中。当管道受热膨胀时，如果没有补偿装置，会造成管道变形、开裂等问题。而膨胀补偿装置能够根据管道的热膨胀程度自动调节，保证管道在热膨胀过程中的正常运行。 2.2 热胀冷缩利用 利用物体受热后膨胀、降温后收缩的特性，人们设计出了一些非常实用的装置。例如，温度控制器中的双金属片就是利用了热膨胀冷缩来实现自动控制的。 2.3 机械紧固连接 在机械紧固连接中，利用不同物体热膨胀系数不同的特点，通过热膨胀的力量来使机械连接零件更加紧固。这个原理在各种机械设备中得到广泛应用，例如汽车引擎的紧固连接、轮船上的机舱门等。 3. 热膨胀的控制 虽然热膨胀在许多应用中起到重要作用，但是在一些情况下，热膨胀产生的效果并不被所需。这时，我们需要采取一些控制措施。 3.1 材料选择
化工管道设计中常用的自然补偿策略分析 摘要:本文主要围绕化工管道设计过程中应用的自然补偿策略展开研究，通过分 析不同情况下应用的自然补偿方法，结合其施工过程中出现的问题开展调整工作，合理开展设备布置和管道柔性调整等工作，保障化工工作以安全高效的方式开展。 关键词:化工管道设计；自然补偿补偿策略；具体分析 1.化工管道自然补偿设计 1.1自然补偿量计算公式 化工管道自然补偿设计工作开展过程中，根据其集中形式差异，需要具体开 展管道热位移计算工作，明确管道不同区域的热位移情况，继而得到线性膨胀的 具体数据。计算原理为温差等于管材现象膨胀系数和管道支架间的热位移长度的 乘积。 1.2L型直角弯的自然补偿设计 L型直角弯是一种较为常见的自然补偿形式，只需要设计一个弯头即可开展 补偿变形等各项工作。相关人员测量出明确长臂L的有效热伸长量和管道的外径，再取它们的乘积即可得到该类型的自然补偿的短臂长，再以此为依据开展后续工作，一般来说，该类形式的自然补偿工作开展过程中，可以结合设计的具体情况，通过在管壁的两侧设置导向支架等形式来将接口连接起来，可以有效降低施工难度。图一为L型自然补偿的示意图。 Figure 1L型自然补偿示意图 1.3Z型折角弯自然补偿 受到实际管理铺设要求等方面的影响，施工过程中使用更多的是Z型自然补 偿的方式。使用该方式计算短臂长度的过程中，需要工作人员将两根管总热伸长 量和管道材料弹性模量以及弯曲应力和管道外径等相关数据计算出来，结合一定 的计算方法和计算步骤进行计算，才能得出标准的短臂长度要求。使用该方式开 展工作的过程中，可以结合两方向上的不同位移和推力等开展各项工作，随着垂 直臂和水平臂不断伸长，其补偿能力也会随之强化。 Figure 2Z型自然补偿示意图 1.4Π型自然补偿 除了L型和Z型自然补偿之外，部分工作人员还会利用Π型自然补偿来开展 各项工作，一般会选择将四个该类型的弯头连接起来使用，打造立体的设计布局，该类布局方式对其连接稳定性的要求相对较高，以靠近中间点为宜。同时，为了 避免该类补偿方式安装与要求差距过大导致自然补偿的质量受到影响，相关人员 还应当在安装过程中及时测量相关数据，尽可能将其安装在与固定点距离在管路 长度三分之一以内的位置，同时还应当将水平方向的支架间距控制在一定范围内，尽可能降低其对自然补偿质量造成的影响。 2.提高化工管道自然补偿能力的方法 2.1合理开展管道柔性设置工作 自然补偿工作开展过程中，受到实际的管道柔性等方面的影响，其各项工作 开展过程中可能会出现一定类型的问题，影响其各项工作的质量。为了降低该类 因素对后续工作造成的影响，相关人员必须加强对整体管理弹性变形能力的重视，
热力管道的热膨胀及其补偿 摘要：热力管道输送的介质温度很高，投入运行后，将引起管道的热膨胀，使管壁内或某些焊缝上产生巨大的应力，如果此应力超过了管材或焊缝的强度极限，就会使管道造成破坏。本文就热力管道的热膨胀、热应力、轴向推力的理论分析计算，针对各种补偿器的选用原则和安装要点进行了简述。 关键词：热力管道热膨胀热应力热补偿补偿器预拉伸 1 管道的热膨胀及热应力计算 1.1 管道的热膨胀计算 管段的热膨胀量按下式计算：ΔL=ɑ.L.Δt=2.L.(t2-t1) 式中：ΔL——管段的热膨胀量（mm）；ɑ——管材的线膨胀系数，即温度每升高1℃每米管子的膨胀量（mm/m.℃）；L——管段长度（m）；Δt——计算温差，即管道受热时所升高的温度，它等于管道输送介质的最高工作温度t2与管道安装时的环境温度t1之差（℃）。 对于一般碳钢管ɑ=12×10-4mm/m.℃，则ΔL=0.012.L.Δt。在施工中，为了迅速估算碳钢管道的热膨胀量，可按每米管道在升温100℃时，其膨胀量为1.2mm计算。 1.2 管道的热应力计算 管道受热时所产生的应力的大小可按下式计算： σ=E. ε= E. = ■ E. ■ =E.ɑ.Δt 式中：σ——管道受热时所产生的应力（kg/cm2）； E——管材的弹性模量（kg/cm2）； ε——管道的相对变形量，它等于管道的热膨胀量ΔL（mm）与管道原长L（m）之比，即ε=■常用钢材的弹性模量E=2×10-6（kg/cm2），一般碳钢管的线膨胀系数ɑ=12×10-6（mm/m.℃），则热应力的计算公式可简化为σ=2×106×12×10-6×Δt=24.Δt（kg/cm2）。利用此式，可以很容易地计算出钢管道热膨胀受到限制时产生的热应力。 由此可见，管道受热时所产生的应力的大小，与管子直径及管壁厚度无关。它是由管子材料的弹性模量、线膨胀系数和管道受热时所升高的温度来决定的。在这三个因素中，温差是影响热应力的最主要因素。 1.3 管道的轴向推力计算 管道的轴向推力就是管道在断面上受热时所受到的纵向总压力，其计算公式为：P=σ.F。
预拉伸应对管线热膨胀实例分析摘要： 热力管道在石油化工装置中较为常见，系统运行时，管内介质温度越高，管 道热膨胀量就越大， 热位移也越大。管道热膨胀所产生的应力对所连接的设备、管道支架等影响 很大，是影响设备正常 运行和管系上补偿器寿命的关键因素。因此，热力管道施工时，要掌握热力 管道安装注意事项和采 取措施；充分考虑热力管道的热膨胀因素。 关键词：预拉伸；管线热膨胀；分析 前言 催化裂化装置中的烟气轮机入口烟气管道是较有代表性的有预拉伸施工技术 要求的热力管道。 烟气轮机本身安装、调整精度要求较高，其入口管道介质温度很高，一般可 达500℃～700℃，运行 时管道热膨胀量较大，对烟机产生的膨胀应力势必影响其运行状况。因此， 为改善和平衡冷、热态 管道的受力状况，降低运行时管道对设备和支架的推力，在管道冷态施工时，对管系进行预拉伸， 使管系产生一个初始位移和初应力，将膨胀应力对设备的影响控制在允许范 围内，对保证烟气轮机
长周期稳定运行尤为关键。 本文结合茂名油品质量升级改造工程 220 万吨/年催化裂化装置烟气轮机入口管道的施工，对热 膨胀补偿原理、预拉伸操作技术及安装精度控制进行简要介绍。 1 烟气轮机入口管道布置形式 烟机入口管道设计温度为675℃，选用材质为 316H 耐高温不锈钢，直径1650mm，外保温厚 120mm； 采用较常用的空间三铰链设置，共设有 7 个膨胀节，其中 6 个为单式铰链型膨胀节（P1～P6），1 个 复式万向铰链型膨胀节（P7），用以吸收管系不同方向上的膨胀量。 设计要求的水平管段预拉伸量为 195mm，垂直管段预拉伸量为 150mm。 2 热膨胀分析 2.1 热膨胀方向 根据本管线的布置及支架的设置：烟机侧不允许承担较大附加应力，可视作固定点，故水平管 段产生热膨胀时是以烟机为基准向外膨胀；支架固定在土建平台上，为第二个固定点，故垂直管段 产生热膨胀时是以支架为分界点，上部管段向上膨胀，下部管段向下膨胀。 管道热膨胀方向和固定作用点的分析，对烟机产生作用的膨胀应力是水平管段的膨胀应力，另 一个是垂直管段向下的膨胀应力。 2.2 热膨胀量分析及预拉伸量校核