鋼襯塑管道生產廠家

　　<<工業金屬管道工程施工及驗收規范>>GB50235—97中，第7.5節

　　壓力試驗，第7.5.2條 壓力試驗前應具備下列條件中，第7.5.2.3款規定：管道上的膨脹節已設置了臨時約束裝置。為防止補償器在試壓過程中因為受到管道軸向拉力的作用產生拉伸變形，根據該規定，管道在試壓前需對波紋膨脹節進行加固。

　　加固的方法如圖1所示，用3塊厚度(用t表示)為20mm的鋼板，

　　加工成高度為(用h表示)1lOmm的門形，均布的焊接固定在膨脹節兩側的管道上，使得試壓時的拉力由門形鋼板承擔。

　　在試驗壓力達到0.28MPa時，3#熱風爐冷風支管Фl600×14上

　　的波紋膨脹節出現了問題，膨脹節出現了拉伸變形（拉長了30～65mm），加固的門型鋼板產生了彎曲和拉伸塑性變形。

　　針對這一問題，根據材料力學對加固措施進行理論計算和分析。

　　一、試驗壓力下的受力計算

　　1.試驗產生的軸向拉力

　　管道內截面積S：

　　S=丌/4 ×1602（cm2）=3.14/4 ×1602=20096（cm2）

　　試驗壓力為Pl=0.28MPa時的軸向拉力：

　　P1 = pl×S = 0.28MPa ×20096 cm2 = 562688(N)

　　試驗壓力為p2 = 0.456MPa時的軸向拉力：

　　P2 = p2×S= 0.456MPa×20096 cm2= 916378(N)

　　2、軸向拉力(P1、P2)對門型加固板產生的拉應力

　　門型加固板截面積A = 110高× 20厚×3塊= 6600mm2

　　σpl = Pl／A = 56268.8kg／66cm2 = 853kg／cm2 = 85.3 MPa

　　σp2 = P2／A = 91637.8kg／66cm2 = 1389kg／cm2 = 138.9 MPa

　　3、軸向拉力對門型加固板產生的彎矩及彎曲應力(在a-a截面)

　　軸向拉力對門形加固板產生的最大彎矩：

　　M1 = P1÷3×H = 562688N÷3×215mm = 40325973(N mm)

　　M2 = P2÷3×H = 916378N÷3×215mm = 65673757(N mm)

　　截面抗彎摩量Wz = t×h2÷6=20×1102÷6=40333(mm3)

　　由M產生的彎曲正應力：

　　σml = M1／Wz = 40325973(N mm)／40333(mm3) = 999.8 M Pa

　　σml = M2／Wz=65673757(N mm)／40333(mm3) = 1628 M Pa

　　4、拉伸和彎曲產生的最大組合應力

　　σl = σP1+σml = 85.3 MPa + 999.8 MPa = 1085 MPa

　　σ2 =σP2+σm2 = 138.9 MPa+1628MPa = 1767 MPa

　　5、許用拉伸應力

　　對塑性材料：

　　許用應力[σ]= σ0／n(極限應力／安全系數)= σS／n

　　對于材質Q235 ，σs = 235MPa 取n ＝ 2

　　[σ]= σs／n = 235／2= 117.5 MPa

　　6、很顯然，σ1、σ2的數值都遠大于許用應力值

　　σ1 = 1085 MPa >σs ＝ 235MPa

　　σ2 = 1767 MPa >σs ＝ 235MPa

　　二、分析

　　1、每個膨脹節設置了3塊加固板，如果將加固板數量增加到8塊并加大截面尺寸至200mm×20mm(H相應增大到250mm)，則：

　　軸向力P = P2 = 916378(N)

　　門型加固板截面積A=200高×20厚×8塊= 32000mm2

　　拉應力σp = p2／A = 916378N／32000mm2 = 28.6 MPa

　　彎矩M = p÷8×H = 916378N÷8×250mm = 28636813(N mm)

　　截面抗彎摩量Wz = t×h2÷6 = 20×2002÷6=133333(mm3)

　　彎曲應力σm = M／Wz = 28636813(Nmm)／133333(mm3) = 214.8MPa

　　最大組合應力σ = σp+σm = 28.6 MPa + 214.8 MPa = 243MPa

　　σ = 243 MPa > σs = 235 MPa

　　可見，即使增加了加固板的數量且加大加固板尺寸，技術上也不可取。而且8塊加固鋼板的重量總共達到350公斤，材料消耗也較大。

　　2、從上面的數據中可以看出，彎曲應力與拉伸應力的比值分別為：σm1／σp1 = 11.7、

　　σm2／σp2 = 11.7、

　　σm／σp = 7.5，

　　說明：彎矩對加固板的影響要比拉力的影響大的多。因此，改變加固方法，盡可能不產生彎矩是很重要的。

　　三、采用螺桿連接的加固方法

　　1、用螺桿拉緊焊接在波紋膨脹節兩側管道上的固定板，螺桿與

　　固定板之間為鉸接，管道試壓時產生的軸向拉力不會對螺桿產生彎矩，螺桿只承受軸向拉力。對螺桿的強度計算就只計算拉伸應力。如下：

　　考慮用6條M36螺桿，其有效截面積為S

　　S = 6×817 mm2 = 4902 mm2

　　軸向拉力 P = 916378(N)

　　拉應力σ = P／S = 916378／4902 = 187 MPa

　　安全系數n = σs／σ= 235÷1 87 = 1.26倍

　　2、當已知螺桿尺寸和數量，求能承受的試驗壓力時，可以參考以

　　下計算方法：

　　例如：用6條M24螺栓，試壓壓力最大為多少?

　　有效截面積為S = 6×3.53 cm2 = 2118 mm2

　　若取安全系數n =1.5倍

　　則P = 235×2118= 497730(N) = 49773 kgf

　　P = 試壓壓力×丌×(1600／2)2

　　試壓壓力 = 497730／丌×640000 = 0.2477 MPa

　　結果：僅靠6條M24螺桿，當試壓壓力達到0．2477MPa時，螺桿

　　便產生塑性變形。

　　四、結論

　　1、設計有膨脹節的管道進行壓力試驗時，需要對膨脹節進行加固，推薦采用螺桿連接的加固方法。

　　壓力試驗前，對膨脹節進行如上圖示方法進行加固，此種結構至

　　少在圓周均布多點，并且對焊縫、筋板、拉桿進行詳細的抗剪、抗彎、

　　抗拉強度計算。

　　2、不應使用的加固方法

　　在施工中，過去采用如下圖示的加固型式，這是不可取的，容易

　　造成事故。除非迫不得已，必須對焊縫及使用的材料有詳細的力學計

　　算，并將計算結果及詳細資料報公司技術部門審核批準方可采用。

　　根據某公司蒸汽管道波紋膨脹節試壓時出現的事故，我進行了詳細的理論計算和分析，從技術上找到了解決問題的辦法，得出上述結論。