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管道高壓膠管的選型和安裝


高壓膠管


1、高壓膠管的特性

1.1、高壓膠管充加內壓后的軸向位移

軸向位移是指軟管長度方向上的位移。當高壓膠管內充滿液體進行加壓時,會產生軸向推力,隨著壓力的增加,軸向推力增大,由此引起軟管軸向伸長,當軟管網套咬合到一定程度時,軸向伸長停止。

1.2、高壓膠管能補償管道的橫向位移

橫向位移是指垂直于軟管方向上的位移。當管道產生橫向位移時,高壓膠管由于結構特點,可以因橫向力的作用產生橫向位移,其位移力遠小于普通鋼管的彈性力。

   1.3、高壓膠管和儲罐的共振

儲罐與主要進出口管道的剛度比和質量比相差較大,如果兩者的基本自振頻率相同或相近,在地震作用下將會發生共振,從而加重儲罐的破壞,所以高壓膠管的基本自振頻率應高于儲罐基本自振頻率的50%[1]。儲罐的自振頻率計算公式如下:


一般嚴格按照生產標準規范制造的高壓膠管,其基本自振頻率均高于10Hz。當儲罐的基本自振頻率低于或等于7Hz時,可不考慮(consider)儲罐和高壓膠管的共振影響。

2、高壓膠管的選型

高壓膠管在石化行業得到廣泛應用,但在應用中也存在一些問題,主要是由于軟管長度的選擇和安裝不當造成的。軟管長度過長,會引起系統的不穩定,增加流體阻力、增加機械損傷及振動等問題;軟管長度過短,就達不到補償、減振、消噪的目的。所以,確定高壓膠管長度是首要工作。此外,還應綜合考慮以下因素:介質的性質,操作溫度,操作壓力,連接管道的公稱直徑,場地類別,連接方式,位移方式等。本文以該儲罐出口管道為例。

2.1位移方式

高壓膠管主要用來補償儲罐的橫向位移,而軸向位移則通過(tōng guò)高壓膠管的安裝長度,管線系統的合理布置來實現補償。

2.2高壓膠管長度的確定

高壓膠管的長度通過式(2.3.1)計算

該儲罐位于江蘇省南京市,地震烈度7度區,Y取值為100mm,R小根據經驗(experience)值取20d為4000mm,考慮一次性彎曲的脈動荷載,R實際取5200mm,代入式(2.3.1)計算得1769,確定選用L=1800mm的高壓膠管。

2.3儲罐的自振頻率

該儲罐底圈罐壁平均直徑d1=19。024m,液面高度hw=14。3m,液面高度1/3處的罐壁厚度t1/3=0。009m,將參數代入式(1.3.1)和式(1.3.2)計算得出該儲罐基本自振頻率為5Hz,低于7Hz,所以地震時不考慮共振問題。


3高壓膠管的安裝和使用管理

3.1安裝型式

高壓膠管正確安裝是確保其性能充分發揮的重要環節。高壓膠管通常安裝在罐進出口管道根部閥之后,高壓膠管之后也有閥門,使儲罐與管道直接形成軟連接,便于高壓膠管的檢修和更換。高壓膠管在自然狀態下補償軸向位移能力有限,當安裝長度等于自然長度時,必然不能承受強大的軸向拉伸而產生斷裂(fracture),從而導致管路泄漏。因此高壓膠管的安裝長度要小于自然長度,以保證一定的自由度。高壓膠管的安裝示意圖如圖1所示。

由于高壓膠管主要吸收系統產生的橫向、軸向位移,除了安裝時保證高壓膠管的自由度,還可以通過管道的布置來吸收,常見的配管方式有兩種,L型(見圖2)和Z型安裝(見圖3)。橡膠管結構主要由內膠層、中膠層、四層或多層交替纏繞的鋼絲增強層和外膠層組成。L型安裝較常見,整體布局設計整潔美觀,最大化減少了管道長度,降低流體阻力,但管道所產生的軸向應力將作用在高壓膠管和儲罐管嘴上,這樣縮短了軟管、閥門的使用壽命,同時也會損壞管嘴,造成油品泄漏。Z型安裝雖增加了管道長度和彎頭數量,但管系的軸向位移可以由其自身吸收,減少對高壓膠管和管嘴的軸向應力,延長使用壽命,也有利于管系的穩定。

從安全角度和使用壽命角度考慮,Z型安裝優于L型,所以在平面位置允許的情況下優先選擇Z型安裝。高壓橡膠管制造高壓油管使用設備多、原料種類多,生產工藝復雜。但近年來以塑料或熱塑性彈性體為主要原料的液壓油管生產工藝可適當簡化,但原料價高,仍以橡膠原料為主。

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