煤氣管道跨距計(jì)算與合理選擇

煤氣管道跨距計(jì)算與合理選擇

0煤氣管道的鋪設(shè)在初期的管道設(shè)計(jì)中，為了確保煤氣管道中的冷凝水和冷凝物能夠順利排放到管道中，應(yīng)采用一定的坡度調(diào)整安裝。同時，對于較長的天然氣管道的安裝，不應(yīng)總是偏離一個方向，而應(yīng)側(cè)重于另一個方向。在最低限度內(nèi)調(diào)整水封排水裝置。隨著冶金企業(yè)煤氣凈化技術(shù)的不斷發(fā)展,煤氣中的雜質(zhì)含量極度下降,因此煤氣管道的無坡度敷設(shè)變得越來越普及,無坡度敷設(shè)煤氣管道的跨距計(jì)算就顯得尤為重要。1煤氣管道要計(jì)算煤氣管道的跨距,必須首先確定煤氣管道的計(jì)算載荷。煤氣管道的計(jì)算載荷=管道金屬載荷+事故積水載荷+預(yù)留載荷。預(yù)留載荷一般取基本計(jì)算載荷的20%～40%,多根煤氣管道共架敷設(shè)時,選其中一根較大管道考慮預(yù)留載荷,其中基本計(jì)算載荷為管道金屬載荷與事故積水載荷之和。對于事故積水載荷,DN>500mm的煤氣管道,取積水高度為500mm;DN≤500mm的煤氣管道,事故載荷以全部充滿水計(jì)算。在早期的煤氣設(shè)計(jì)與施工規(guī)范中,煤氣管道均采用有坡度敷設(shè),考慮到軋鋼等煤氣用戶離高爐、焦?fàn)t煤氣氣源較遠(yuǎn),煤氣管道內(nèi)凝結(jié)物已較少等因素,排水器間距最大距離可達(dá)到200m(見圖1),這樣按坡度i=0.005計(jì),則:h=il2=0.005×2002=0.5mh=il2=0.005×2002=0.5m也就是說,對于DN>500mm的煤氣管道,如果排水器發(fā)生故障或者檢修不能正常排水,管道中積水高度最高可達(dá)500mm,以此作為煤氣管道的計(jì)算事故積水載荷。而對目前廣泛采用的無坡度敷設(shè)煤氣管道而言,由于采用水平敷設(shè),即使1臺排水器發(fā)生故障不能正常排水,冷凝水也能從其他排水器排除,而不會發(fā)生大量積水的情況。因此在無坡度的情況下,事故積水再取500mm也就沒有根據(jù)了,取200～300mm為宜,以此作為事故積水載荷。2軸向應(yīng)力的計(jì)算內(nèi)壓管道由于內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力為σ1=pd4δσ1=pd4δ式中:p為管道內(nèi)壓,Pa;d為管道內(nèi)徑,m;δ為管道跨距計(jì)算壁厚,m.內(nèi)壓引起的周向應(yīng)力為σ2=pd2δσ2=pd2δ可見由內(nèi)壓引起的管道軸向應(yīng)力為周向應(yīng)力的0.5倍。管道因自重或者外載荷的跨距應(yīng)力是軸向的,為軸向應(yīng)力:σ=ΜWσ=MW式中:M為最大彎矩,N·m;W為管道截面抗彎模量,m3.按特定條件的連續(xù)梁計(jì)算考慮,最大彎矩M=ql2/10,得軸向應(yīng)力:σ=ΜW=ql210Wσ=MW=ql210W式中:q為管道計(jì)算載荷,N/m;l為管道跨距,m.理論上,煤氣管道跨距應(yīng)該由自重或者外載荷引起的軸向應(yīng)力以及內(nèi)壓力引起的軸向應(yīng)力共同控制,同時考慮焊縫系數(shù)?的影響,得按強(qiáng)度條件計(jì)算的管道跨距公式:l=√10W(?[σ]-σ1)ql=10W(?[σ]?σ1)q?????????√式中[σ]為許用應(yīng)力,Pa.當(dāng)σ1=pd4δ≤[σ]2σ1=pd4δ≤[σ]2時(低壓煤氣管道),管道自重或者外載荷引起的軸向應(yīng)力對跨距起主要控制,此時,按強(qiáng)度條件計(jì)算的管道跨距計(jì)算公式可簡化為l=√10W?[σ]ql=10W?[σ]q??????√3q3.3彈性模量模型對無坡度敷設(shè)煤氣管道,同樣按特定條件的連續(xù)梁計(jì)算撓度,由管道自重或者外載荷引起的管道撓度f=19ql4/(1920EI)得:l=4√1920EΙf19ql=1920EIf19q??????√4式中:E為管道彈性模量,Pa;I為截面慣性距,m4.按剛度條件計(jì)算煤氣管道跨距時最主要的因素為撓度值的選取,取f=0.025m,E=2.1×1011Pa,得按剛度條件計(jì)算的管道跨距計(jì)算公式:l=4√1920×2.1×1011×0.025×Ι19q≈4√5.305×1011Ιql=1920×2.1×1011×0.025×I19q???????????????√4≈5.305×1011Iq????????√44增設(shè)煤氣管道后,各支面的最大彎矩與撓度計(jì)算公式見表1在石油化工行業(yè)中,對管道的撓度要求很高,通常管道跨距較小,常采用桁架敷設(shè)管道,而在冶金企業(yè)中,為了節(jié)省管道支架,取得更大的跨距,通常在較大的煤氣管道上架設(shè)其他管道,這時煤氣管道的跨距需同時考慮外加管道的支點(diǎn)集中載荷的作用和煤氣管道自重均布載荷的作用。圖2為有外加管道的跨距計(jì)算示意圖。如圖2所示,外加管道的自重記為q1,則每一支點(diǎn)作用在煤氣管道上的力為F=q1lnF=q1ln根據(jù)材料力學(xué),可以得出:(1)當(dāng)n為奇數(shù)時,由外加管道的支點(diǎn)集中載荷的作用產(chǎn)生的最大彎矩為Μ1=Fl(n2-1)8n=q1l2(n2-1)8n2=q1l28(1-1n2)M1=Fl(n2?1)8n=q1l2(n2?1)8n2=q1l28(1?1n2)由外加管道的支點(diǎn)集中載荷的作用產(chǎn)生的撓度為f1=(5n4-4n2-1)Fl3384n3EΙ=(5n4-4n2-1)q1l4384n4EΙ=q1l4384EΙ(5-4n2-1n4)f1=(5n4?4n2?1)Fl3384n3EI=(5n4?4n2?1)q1l4384n4EI=q1l4384EI(5?4n2?1n4)(2)當(dāng)n為偶數(shù)時,由外加管道的支點(diǎn)集中載荷的作用產(chǎn)生的最大彎矩為Μ1=Fnl8=q1nl28n=q1l28由外加管道的支點(diǎn)集中載荷的作用產(chǎn)生的撓度為f1=(5n2-4)Fl3384nEΙ=(5n2-4)q1l4384n2EΙ=q1l4384EΙ(5-4n2)由上面外加管道的支點(diǎn)集中載荷對煤氣管道產(chǎn)生的最大彎矩公式和撓度公式可以看出:當(dāng)n為奇數(shù)時,n取值越大,也即越趨近于均布載荷,最大彎矩和撓度越大;當(dāng)n為偶數(shù)時,最大彎矩與n取值無關(guān),n取值越大,也即越趨近于均布載荷,撓度越大?？梢缘贸鋈缦陆Y(jié)論:架設(shè)在煤氣管道上的其他管道,按均布載荷考慮是偏于安全的。工程中,可將外加管道的質(zhì)量作為煤氣管道的質(zhì)量的一部分進(jìn)行簡化計(jì)算。這樣,對低壓煤氣管道,有外加管道的煤氣管道的跨距計(jì)算公式就可以簡化如下:(1)按強(qiáng)度計(jì)算,跨距l(xiāng)為l=√10W?[σ]q+q1(2)按剛度計(jì)算,跨距l(xiāng)為l=4√5.305×1011Ιq+q15煤氣管道的均布載荷