厂区小角度长距离管道径向位移研究

厂区小角度长距离管道径向位移研究

韦云飞

中国航空规划设计研究总院北京100120

摘要：本文主要介绍了厂区内敷设的小角度管道径向位移情况，不同于轴向位移计算，径向位移与大多数设计者感觉上的位移量有很大不同，如果不真正认识到小角度长距离管道随着温度轴向伸缩对径向位移的巨大变化，实际工程中很有可能带来问题，尤其是架空管道，会出现脱空，掉落，相互碰撞等的问题，本文针对这种情况进行研究分析。

关键词：厂区；长距离；小角度；轴向位移；径向位移

1.前言

厂区长距离管道敷设时候设计者多会考虑管道轴向伸缩位移，管道应力等，较少注意管道的径向位移，尤其是对于设计温度为常温的管道，因为常规设计管道大部分为直管与90°弯管，这时候管道的径向位移与轴向位移相比就很小，一般不会引起设计者的注意，但当长距离管道敷设不是90°，而是小角度（本文的管道夹角指的是两管道连接位置与其中一根管道延长线的夹角），比如15°等的时候，径向位移就会随着轴向的伸缩量迅速变大，甚至能达到轴向位移的4倍左右，结果会导致管道径向变形过大，脱空，与其他管道碰撞，从支架上掉落等事故。

2.管道运行中的问题种类

在工程中管道由于受到内压，外压、温度等的影响，管道破坏或失效形式也很多，设计者大体上会考虑下面几种因素：

1）正压管道因为承受内压需要计算管道的强度[1]。

2）负压管道因为承受外压，不但要考虑试验状态下的强度，更要考虑管道因为负压带来的失稳问题[2]。

3）管道因为温度原因会有轴向伸缩，需要考虑管道、三通、弯头等部位的应力情况，防止超出管道的一次许用应力与二次许用应力。

4）管道失稳，尤其对于埋地长直温度高的管道，由于管道周围土体提供的抵抗力小于偏心顶推力，造成管道偏离设计轴线导致的失稳破坏现象[3]。

本文所述的是另一种现象，小角度长距离管道由于较小的轴向位移带来的很大的径向位移的现象。

下面进行三角形简化模型来推导出轴向位移与径向位移的关系。

3.轴向位移导致的径向位移三角形模型

如下图所示，ADB是一段小角度长距离敷设管道，管道因为温度膨胀

后的位置变为ACB，下面将要求解管道伸长前后轴向及径向位移，以及两者之间随着角度变化后的相互关系。

图1轴向位移与径向位移关系的三角形简化模型

可以看到当角度变小时候径向位移明显远超出轴向位移，当长距离管道采用自然补偿弯曲布置的时候，或者布置在室外的管道设计使用温度为常温的时候，有可能面临在严寒地区夏季与冬季管道在径向方向内外侧变化更大的情况，这种情况有可能导致管道从支架上脱落，带来别的风险。

4.结语

设计者常常对轴向位移比较关注，对于径向位移关注度不够，主要因为日常设计中遇到的小角度长距离管道比较少，但是如果不能认识到此种状态下的径向位移量，则碰到具体工程时候容易出事故，本文主要给出一种小角度管道计算径向位移的方法，方便设计者对径向位移有具体的认识，帮助更好的工程设计。

5.参考文献：

[1]施振球，赵廷元.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010：424-425.

[2]GB150.1~150.4-2001压力容器[S].

[3]邓道明，袁宗明.具有上凸初始弯曲的埋地管道纵向稳定性[J].油气储运，1997（3）：3-8.

作者简介：韦云飞，男，2012年1月毕业于北京科技大学，动力工程及工程热物理专业，现供职于中国航空规划设计研究总院工程师。