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在热力工程中选用螺旋钢管,需要考虑哪些热膨胀和应力问题?

发布时间: 2025-11-28
在热力工程的集中供热系统中,螺旋钢管是输送热能的关键“动脉”。由于供热管道会随着介质温度变化发生热胀冷缩,正确应对由此产生的力和应力至关重要。下面这个表格汇总了核心的考量点和应对策略,可以帮你快速建立整体概念。关键考量点产生原因与影响主要应对措施
管道热伸长管道受热后线性膨胀,若受限会产生巨大推力,导致支架损坏或管道扭曲。计算伸长量,合理设置补偿器(如方形、波纹管补偿器)。
热应力(二次应力)因热胀冷缩变形受约束而产生,具有自限性,但交变变化会导致疲劳损伤。通过自然补偿(利用管道走向)或补偿器释放应力,控制应力在许用范围内。
内压应力(一次应力)介质压力直接作用于管壁,始终存在且无自限性,超过限度会导致变形或破裂。通过计算并选择适当的管道壁厚,确保承压安全。
活动支座摩擦力管道伸缩时与支座摩擦,形成对固定支座的附加推力。优化活动支座的型式、布置间距和摩擦系数。
外固定支座推力承受补偿器弹性反力、内压不平衡力等多种推力的合力,是关键受力构件。准确计算总推力,加固固定支座设计,确保其可靠。

💡 重要计算与选型要点

表格列出了主要问题和方向,但在具体设计和施工中,还需要进行的计算和合理的选型。

  1. 热伸长量的计算管道的热伸长量是所有设计的基础,计算公式为:ΔL = α × L × ΔT。其中,α是管材的线膨胀系数(对于钢材,通常取 12 × 10⁻⁶ m/(m·℃)),L是管段长度(m),ΔT是管道工作温度与安装温度之差(℃)。例如,一段100米长的钢管,在温差80℃的情况下,其伸长量可达96毫米,必须通过补偿措施予以吸收。


  2. 敷设方式的选择这直接决定了应对热膨胀的思路,主要有两种:


    • 有补偿直埋敷设:在管道线路上主动安装补偿器(如方形补偿器、波纹管补偿器)来吸收热伸长。这种方式设计概念直观,应用广泛。


    • 无补偿直埋敷设:管道在受热时没有任何专门的补偿措施,而是依靠管道本身强度和与周围土壤的摩擦力来吸收热应力。这种方式施工更简便,但需要对管道进行预热,并对土壤条件有较高要求。设计时需根据具体情况选择合适的方式。


  3. 壁厚与支座间距的确定


    • 壁厚:需根据管道的设计压力、管径和钢材的许用应力,通过公式计算小壁厚,并考虑腐蚀裕量等附加值。


    • 活动支座间距:间距过大会导致管道挠度过大,影响排水和美观;间距过小则增加成本。需按强度和刚度两个条件进行计算,取较小值作为大允许间距。


🔧 施工与维护建议

的设计需要精细的施工和维护来保障。

  • 关键节点处理:对于穿墙、穿路等特殊部位,应采取安装套管等加强措施。保温接头的密封和防水处理至关重要,防止水分侵入破坏保温层。


  • 系统维护:供热管道(尤其是蒸汽管道)需设置疏水装置,及时排除凝结水,防止水击和腐蚀。定期检查固定支座和活动支座的工作状态、补偿器的伸缩是否顺畅,以及防腐保温层是否完好。


💎 核心原则总结

在热力工程中选用螺旋钢管应对热膨胀和应力,核心在于深刻理解一次应力和二次应力的不同特性,并通过合理的系统设计(补偿方式、支座设置)、的参数计算(伸长量、壁厚、推力)以及规范的施工与维护,来确保管道系统在整个生命周期内安全、稳定、经济地运行。希望这些信息能帮助你更好地进行决策。如果你有更具体的工程参数,我很乐意提供更进一步的分析。


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