二、 管道热膨胀伸长及补偿

管道的热膨胀伸长量及热膨胀应力

1.管道的热膨胀量计算

在输送热介质量，管道因管壁温度升高而引起膨胀，使管道长度增加，其伸长量按下式计算：

ΔL=αL(t2-t1)=αΔLt

式中：ΔL——管子之总伸长量，毫米;

α——管子材料线膨胀系数，毫米/米?℃;

碳素钢α=11.7×10-3(简化用12×10-3);

t2——管道工作时的最高温度，℃;

t1——管道最低温度，一般可取室外采暖空气计算温度，在非采暖区则按最冷月平均温度计算，℃;

L——计算管道的长度，米。

对于一般碳钢管α=12×10-3代入上式，取△t=100℃，L=1米时，△L=1.2毫米。

即：温度每升高100℃，1米长的钢管，其长度要增加1.2毫米。

2.管道的热膨胀应力计算

管道因受热产生热伸长，如不能得到补偿，将产生巨大的热应力。对于两端固定的直管，产生的膨胀力可用虎克定律求得：

MPa

式中：σ——管子承受的压缩应力，MPa;碳钢管一般配取[σ]=100MPa

ΔL，L——管道热伸长与原管道长度，厘米;

E——管道材料的弹性模数;对于碳钢可取为2.1×105MPa;聚氯乙烯可取为4×103MPa

——管道受热时的相对伸长量，当管壁截面积为F(厘米2)的管子，加热时所受的力可用下式表达：

公斤

此力作用于管道两端的固定管座上或与管路连接的设备上，当钢管许用应力[σ]=100MPa时，代入上式，得到下式：

即当钢管受到40℃以上温度时就要考虑热补偿。

管道的热补偿就是在两固定点之间，利用补偿器来消除由于热膨胀而产生的热应力，使其在允许应力范围内运行，防止由于热膨胀力而损坏管道。热补偿首先应考虑自然补偿，即利用管道的弯曲部分形成的L型、Z型和空间立体型等来进行补偿，当自然补偿沿不能满足要求时，再加装补偿器来补偿，通常采用的补偿器有方型、Ω型。此外还有填料式、波纺管和球形接头等补偿器，在工业锅炉房中一般很少采用。

管道热补偿计算的方法很多。常采用“弹性中心法”。管道热补偿计算的目的是确定由于管道受热伸长而产生的弹力、力矩和弯曲应力，以便选择伸缩器或自然补偿管段的适当尺寸和计算管道支架的受力情况，保证管道的运行安全;或者根据管道的已知结构尺寸，验算其补偿能力是否满足热伸长的要求和管道支架受力是否允许。