常見問題
隔熱耐磨襯里管道
更新時間??2021-11-11 08:51 閱讀
管道隔熱耐磨襯里是由襯里混凝土和襯里錨 固釘構成的牢固敷在管道內壁上的特定結構，用 于隔熱降溫，或抵御固體小顆粒(如催化劑)的沖 蝕。隔熱耐磨襯里管道的應力分析與非襯里管道 有所不同，主要問題不在于隔熱耐磨襯里給管道 增加的重量，而在于隔熱耐磨襯里對管道剛度產 生了重要影響，以及襯里自身也有強度要求。隔 熱耐磨襯里有一定的硬度和強度，用龜甲網加固 后，強度更高，其厚度通常也比金屬管壁厚很多， 管道襯入隔熱耐磨襯里后，剛度明顯增加。隔熱 耐磨襯里主要由混凝土制成，承載不能過大，否 則，導致襯里破壞。現有的計算機程序未能考慮 到上述因素，不能直接和準確地用于隔熱耐磨襯 里管道這種雙層(或多層)結構管道的應力分析。 本文提供一種簡便和可靠的方法，可以利用非襯 里管道的應力分析程序完成隔熱耐磨襯里管道的 應力分析。
1襯里結構 隔熱耐磨襯里有單層設計，也有雙層設計。 從管道的橫斷截面(以下稱截面)上看，襯里呈同 心圓結構，如果是雙層襯里，則內層為耐磨層，外 層為隔熱層。無論單層襯里還是雙層襯里均是緊 貼管壁內側。細分襯里結構，有三種形式：無龜甲 網雙層隔熱耐磨襯里、龜甲網雙層隔熱耐磨襯里 和無龜甲網單層隔熱耐磨襯里。第一種由于耐磨 層易與隔熱層脫離而趨于少用；第二種有龜甲網 加固耐磨層，目前應用最為普遍；第三種襯里既隔 熱又耐磨，整體性也好，固愈來愈多地被采用。
無論何種形式的襯里，均采用錨固釘錨固。 錨固釘根部與管道金屬壁焊接，其余部分深入襯里內部，錨固釘密布于整個襯里管道，將襯里牢固 敷在金屬管壁上。錨固釘的作用防止了襯里脫 落，也阻止了襯里與金屬管壁的分層錯位。可以 認為，在管道彎曲、扭轉或拉伸變形過程中，襯里 與金屬管壁始終保持變形一致。
2管道應力分析一般方法 管道系統的實際結構是復雜的，所以其應力 分析要用有限元方法進行。根據管道的實際情況 劃分單元，形成系統的剛度矩陣和位移矢量和荷 載矢量，求解方程矩陣即可獲得應力分析所需要 的管道結構內力、管道結構反力和變形位移。管 道的有限元分析一般采用管單元作為計算單元。 管單元截面剛度屬于管道結構的基本特性，是計 算單元剛度，進而形成系統剛度矩陣的基礎。管 單元截面剛度包括截面抗彎剛度EJ、截面抗扭剛 度GJ和截面抗拉壓剛度EA。
3襯里管道的截面剛度隔熱耐磨襯里管道(下稱襯里管道)截面內力 由金屬管壁截面內力和襯里截面內力構成，用公 式表達為式(1)、式(2)和式(3)： 吖=M。+M，+M。 (1) M：=M。。+M。+Ma， (2) N’=N。+N，+N。 (3)
4襯里管道的計算模型 從理論上講，已知襯里管道單元的截面抗彎 剛度、截面抗扭剛度和截面抗拉壓剛度，就可以接 下去計算襯里管單元的單元剛度，進而形成系統 剛度矩陣，然而現有的計算機程序只能計算單層 管道的截面剛度。為能利用計算機進行襯里管道 的結構分析，將襯里管道等效轉換為單層管道，下 稱此虛擬的單層管道為“虛擬管道”。“虛擬管道”的外徑和壁厚取襯里管道金屬管 壁的外徑和壁厚是出于計算方便的考慮，避免了 對管件柔性系數、應力增強系數、管道重量荷載等 這些基于管道直徑和壁厚的參數做一系列復雜的換算調整。
5應力評定 5．1 校核應力 用于應力評定的校核應力為截面最大彎曲應 力所在點的應力強度。襯里管道任意截面上的金 屬管壁最大彎曲應力仉隔熱耐磨襯里管道的應力評定，包括對金屬 管壁的應力評定和襯里的應力評定，可以利用“虛 擬管道”實現對隔熱耐磨襯里管道的應力評定。 對于金屬管壁，其應力評定有標準規范可以 遵循，一般采用ASME B31．3的規定。按照 ASME B31．3規定，由持續荷載引起的應力不應 超過熱態溫度下襯里金屬管壁的許用應力[仉]。， 最大位移應力范圍不應超過相應的許用的位移應 力范圍[盯。][1|。 對于襯里，其應力評定沒有標準，也沒有制造 廠提供的方法可供參考[2|。襯里屬于脆性材料， 應力評定不能采用ASME B31．3規定，若遵循安全的原則。認為襯里(隔熱層)一點受拉開裂即為 襯里破壞，那么襯里的應力評定條件應為在冷態 下由所有荷載引起的襯里最大拉應力不應超過襯 里冷態的抗折強度[鞏]。；在熱態下由所有荷載引 起的襯里最大拉應力不應超過襯里熱態的抗折強 度。
隔熱耐磨襯里管道的襯里徑向溫差梯度很 大，內外膨脹很不一致，與金屬管肇相互作用的機 理也很復雜，很難建立起精確的計算模型。本文 提供的計算方法方便可靠，能夠滿足工程設計需 要。建議對已運行的隔熱耐磨襯里管道的位移進 行實際測量，并與計算值對比，以取得修正系數， 縮小計算與實際的偏差。
1襯里結構 隔熱耐磨襯里有單層設計，也有雙層設計。 從管道的橫斷截面(以下稱截面)上看，襯里呈同 心圓結構，如果是雙層襯里，則內層為耐磨層，外 層為隔熱層。無論單層襯里還是雙層襯里均是緊 貼管壁內側。細分襯里結構，有三種形式：無龜甲 網雙層隔熱耐磨襯里、龜甲網雙層隔熱耐磨襯里 和無龜甲網單層隔熱耐磨襯里。第一種由于耐磨 層易與隔熱層脫離而趨于少用；第二種有龜甲網 加固耐磨層，目前應用最為普遍；第三種襯里既隔 熱又耐磨，整體性也好，固愈來愈多地被采用。
無論何種形式的襯里，均采用錨固釘錨固。 錨固釘根部與管道金屬壁焊接，其余部分深入襯里內部，錨固釘密布于整個襯里管道，將襯里牢固 敷在金屬管壁上。錨固釘的作用防止了襯里脫 落，也阻止了襯里與金屬管壁的分層錯位。可以 認為，在管道彎曲、扭轉或拉伸變形過程中，襯里 與金屬管壁始終保持變形一致。
2管道應力分析一般方法 管道系統的實際結構是復雜的，所以其應力 分析要用有限元方法進行。根據管道的實際情況 劃分單元，形成系統的剛度矩陣和位移矢量和荷 載矢量，求解方程矩陣即可獲得應力分析所需要 的管道結構內力、管道結構反力和變形位移。管 道的有限元分析一般采用管單元作為計算單元。 管單元截面剛度屬于管道結構的基本特性，是計 算單元剛度，進而形成系統剛度矩陣的基礎。管 單元截面剛度包括截面抗彎剛度EJ、截面抗扭剛 度GJ和截面抗拉壓剛度EA。
3襯里管道的截面剛度隔熱耐磨襯里管道(下稱襯里管道)截面內力 由金屬管壁截面內力和襯里截面內力構成，用公 式表達為式(1)、式(2)和式(3)： 吖=M。+M，+M。 (1) M：=M。。+M。+Ma， (2) N’=N。+N，+N。 (3)
4襯里管道的計算模型 從理論上講，已知襯里管道單元的截面抗彎 剛度、截面抗扭剛度和截面抗拉壓剛度，就可以接 下去計算襯里管單元的單元剛度，進而形成系統 剛度矩陣，然而現有的計算機程序只能計算單層 管道的截面剛度。為能利用計算機進行襯里管道 的結構分析，將襯里管道等效轉換為單層管道，下 稱此虛擬的單層管道為“虛擬管道”。“虛擬管道”的外徑和壁厚取襯里管道金屬管 壁的外徑和壁厚是出于計算方便的考慮，避免了 對管件柔性系數、應力增強系數、管道重量荷載等 這些基于管道直徑和壁厚的參數做一系列復雜的換算調整。
5應力評定 5．1 校核應力 用于應力評定的校核應力為截面最大彎曲應 力所在點的應力強度。襯里管道任意截面上的金 屬管壁最大彎曲應力仉隔熱耐磨襯里管道的應力評定，包括對金屬 管壁的應力評定和襯里的應力評定，可以利用“虛 擬管道”實現對隔熱耐磨襯里管道的應力評定。 對于金屬管壁，其應力評定有標準規范可以 遵循，一般采用ASME B31．3的規定。按照 ASME B31．3規定，由持續荷載引起的應力不應 超過熱態溫度下襯里金屬管壁的許用應力[仉]。， 最大位移應力范圍不應超過相應的許用的位移應 力范圍[盯。][1|。 對于襯里，其應力評定沒有標準，也沒有制造 廠提供的方法可供參考[2|。襯里屬于脆性材料， 應力評定不能采用ASME B31．3規定，若遵循安全的原則。認為襯里(隔熱層)一點受拉開裂即為 襯里破壞，那么襯里的應力評定條件應為在冷態 下由所有荷載引起的襯里最大拉應力不應超過襯 里冷態的抗折強度[鞏]。；在熱態下由所有荷載引 起的襯里最大拉應力不應超過襯里熱態的抗折強 度。
隔熱耐磨襯里管道的襯里徑向溫差梯度很 大，內外膨脹很不一致，與金屬管肇相互作用的機 理也很復雜，很難建立起精確的計算模型。本文 提供的計算方法方便可靠，能夠滿足工程設計需 要。建議對已運行的隔熱耐磨襯里管道的位移進 行實際測量，并與計算值對比，以取得修正系數， 縮小計算與實際的偏差。
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