带膨胀节管道进行压力试验时

1、带膨胀节管道进行压力试验时 的加固措施及其力学分析天钢东移2000mm高炉工程热风炉冷风管道试压工作于 2003年10 月进行，冷风管道系统的鼓风机出口压力为O.5MPa热风炉冷风管道的工作压力为0.37MPa设计规定强度试验压力为0.456MPQ管道 直径最大为1600X 14,材质为 Q235管道为卷焊管。管道上安装 了波纹膨胀节。<< 工业金属管道工程施工及验收规范 >>GB50235 97 中，第 7.5 节 压力试验，第 压力试验前应具备下列条件中，第 款规定：管道上的膨胀节已设置了临时约束装置。 为防止膨胀节在试 压过程中因为受到管道轴向拉力的作用产生拉伸变

2、形，根据该规定， 管道在试压前对波纹膨胀节均进行了加固。加固的方法如图1所示，用3块厚度（用t表示）为20mn的钢板， 加工成高度为（用h表示）110mm的门形，均布的焊接固定在膨胀节两 侧的管道上，使得试压时的拉力由门形钢板承担。在试验压力达到0.28MPa时，3#热风炉冷风支管1600 X 14上 的波纹膨胀节出现了问题，膨胀节出现了拉伸变形（拉长了3065mm,加固的门型钢板产生了弯曲和拉伸塑性变形。针对这一问题，根据材料力学对加固措施进行理论计算和分析。一、试验压力下的受力计算1. 试验产生的轴向拉力管道内截面积 S：S=r/4x 1602 (cm2) =3.14/4 x 1602=

3、20096 (cm?)试验压力为R=0.28MPa时的轴向拉力：P1 = plxS= 0.28MPa x 20096 cm2 = 562688(N)试验压力为 p2 = 0.456MPa 时的轴向拉力：2P2 = p2xS= 0. 456MPax 20096 cm2 = 916378(N)2、轴向拉力 (P1、P2) 对门型加固板产生的拉应力门型加固板截面积 A = 110高x 20厚X3块二6600mm?(T pi = P i/A = 56268.8kg /66cm? = 853kg /cm = 85.3 MPa2 2(T P2 = P 2/A = 91637.8kg /66cm = 138

4、9kg /cm = 138.9 MPa3、 轴向拉力对门型加固板产生的弯矩及弯曲应力( 在 a-a 截面) 轴向拉力对门形加固板产生的最大弯矩：M = P1 3XH = 562688N 3x 215mm= (N mm)M = P2 3XH = 916378N 3x 215mm= (N mm)截面抗弯摩量 Wz = t x h2 宁 6=20x 1102宁 6=40333(mrh由M产生的弯曲正应力：(T ml = M1/Wz = (N mm)/40333(mrb = 999.8 M Pa(T ml = M2/ Wz=(N mm/40333(mr3) = 1628 M Pa4、拉伸和弯曲产生的最

5、大组合应力T i = T P1+T mi = 85.3 MPa + 999.8 MPa = 1085 MPaT 2 = T P2+T m2 = 138.9 MPa+1628 MPa = 1767 MPa5、许用拉伸应力对塑性材料：许用应力(T =(T0/n(极限应力/安全系数)=(T s/n对于材质 Q235s = 235MPa 取 n = 2(T = (T s/n 二 235 /2 = 117.5 MPa6、很显然，C 1、T 2的数值都远大于许用应力值t i = 1085 MPa > t s = 235MPaT 2 = 1767 MPa > T s = 235MPa二、分析1

6、、每个膨胀节设置了 3 块加固板，如果将加固板数量增加到 8 块并加大截面尺寸至200mM 20mm(H相应增大到250mm)贝卩：轴向力 P = P 2 = 916378(N)门型加固板截面积 A=200高X 20厚X8块二32000mm拉应力 T p = p 2/A = 916378N/32000mrn= 28.6 MPa弯矩 M 二 p8X H = 916378N 8X 250mm= (N mm)截面抗弯摩量 Wz = t Xh2 6 = 20X2002 6=133333(m弯曲应力 t m = M/Wz = (N mm)/ 133333(mr3)= 214.8MPa 最大组合应力 T

7、= Tp+T m = 28.6 MPa + 214.8 MPa = 243 MPaT = 243 MPa > T s = 235 MPa可见，即使增加了加固板的数量且加大加固板尺寸， 技术上也不可取。 而且 8 块加固钢板的重量总共达到 350公斤，材料消耗也较大。2 、从上面的数据中可以看出，弯曲应力与拉伸应力的比值分别为：t m/T p1 = 11.7、m2/T p2 = 11.7 、er m)/a p = 7.5 , 说明：弯矩对加固板的影响要比拉力的影响大的多。因此，改变加固方法，尽可能不产生弯矩是很重要的。三、采用螺杆连接的加固方法1 、用螺杆拉紧焊接在波纹膨胀节两侧管道上的固

8、定板，螺杆与 固定板之间为铰接，管道试压时产生的轴向拉力不会对螺杆产生弯 矩，螺杆只承受轴向拉力。 对螺杆的强度计算就只计算拉伸应力。如 下：考虑用6条M36螺杆，其有效截面积为S22S =6X 817 mm2 = 4902 mm轴向拉力 P = 916378(N)拉应力。=P /S = 916378 /4902 = 187 MPa安全系数n二(T s八=235-1 87 = 1.26 倍2 、当已知螺杆尺寸和数量，求能承受的试验压力时，可以参考以 下计算方法：例如：用6条M24螺栓，试压压力最大为多少？有效截面积为 S = 6X3.53 cm2 = 2118 mm2若取安全系数 n = 1.

9、5 倍则 P = 235X2118 = 497730(N) = 49773 kgfP = 试压压力X丌X (1600 / 2)2试压压力二 497730 /丌 X 640000 = 0.2477 MPa结果：仅靠6条M24螺杆，当试压压力达到0. 2477 MP寸，螺杆 便产生塑性变形。四、结论1 、设计有膨胀节的管道进行压力试验时，需要对膨胀节进行加 固，推荐采用螺杆连接的加固方法。压力试验前，对膨胀节进行如上图示方法进行加固，此种结构至 少在圆周均布多点， 并且对焊缝、 筋板、拉杆进行详细的抗剪、 抗弯、 抗拉强度计算。2 、不应使用的加固方法 在施工中，过去采用如下图示的加固型式，这是不可取的，容易 造成事故。除非迫不得已， 必须对焊缝及使用的材料有详细的力学计 算，并将计算结果及详细资料报公司技术部门审核批准方可采用。根据天钢东移 2000m