常见问题
隔热耐磨衬里管道
更新时间 2021-11-11 08:51 阅读
管道隔热耐磨衬里是由衬里混凝土和衬里锚 固钉构成的牢固敷在管道内壁上的特定结构，用 于隔热降温，或抵御固体小颗粒(如催化剂)的冲 蚀。隔热耐磨衬里管道的应力分析与非衬里管道 有所不同，主要问题不在于隔热耐磨衬里给管道 增加的重量，而在于隔热耐磨衬里对管道刚度产 生了重要影响，以及衬里自身也有强度要求。隔 热耐磨衬里有一定的硬度和强度，用龟甲网加固 后，强度更高，其厚度通常也比金属管壁厚很多， 管道衬入隔热耐磨衬里后，刚度明显增加。隔热 耐磨衬里主要由混凝土制成，承载不能过大，否 则，导致衬里破坏。现有的计算机程序未能考虑 到上述因素，不能直接和准确地用于隔热耐磨衬 里管道这种双层(或多层)结构管道的应力分析。 本文提供一种简便和可靠的方法，可以利用非衬 里管道的应力分析程序完成隔热耐磨衬里管道的 应力分析。
1衬里结构 隔热耐磨衬里有单层设计，也有双层设计。 从管道的横断截面(以下称截面)上看，衬里呈同 心圆结构，如果是双层衬里，则内层为耐磨层，外 层为隔热层。无论单层衬里还是双层衬里均是紧 贴管壁内侧。细分衬里结构，有三种形式：无龟甲 网双层隔热耐磨衬里、龟甲网双层隔热耐磨衬里 和无龟甲网单层隔热耐磨衬里。第一种由于耐磨 层易与隔热层脱离而趋于少用；第二种有龟甲网 加固耐磨层，目前应用最为普遍；第三种衬里既隔 热又耐磨，整体性也好，固愈来愈多地被采用。
无论何种形式的衬里，均采用锚固钉锚固。 锚固钉根部与管道金属壁焊接，其余部分深入衬里内部，锚固钉密布于整个衬里管道，将衬里牢固 敷在金属管壁上。锚固钉的作用防止了衬里脱 落，也阻止了衬里与金属管壁的分层错位。可以 认为，在管道弯曲、扭转或拉伸变形过程中，衬里 与金属管壁始终保持变形一致。
2管道应力分析一般方法 管道系统的实际结构是复杂的，所以其应力 分析要用有限元方法进行。根据管道的实际情况 划分单元，形成系统的刚度矩阵和位移矢量和荷 载矢量，求解方程矩阵即可获得应力分析所需要 的管道结构内力、管道结构反力和变形位移。管 道的有限元分析一般采用管单元作为计算单元。 管单元截面刚度属于管道结构的基本特性，是计 算单元刚度，进而形成系统刚度矩阵的基础。管 单元截面刚度包括截面抗弯刚度EJ、截面抗扭刚 度GJ和截面抗拉压刚度EA。
3衬里管道的截面刚度隔热耐磨衬里管道(下称衬里管道)截面内力 由金属管壁截面内力和衬里截面内力构成，用公 式表达为式(1)、式(2)和式(3)： 吖=M。+M，+M。 (1) M：=M。。+M。+Ma， (2) N’=N。+N，+N。 (3)
4衬里管道的计算模型 从理论上讲，已知衬里管道单元的截面抗弯 刚度、截面抗扭刚度和截面抗拉压刚度，就可以接 下去计算衬里管单元的单元刚度，进而形成系统 刚度矩阵，然而现有的计算机程序只能计算单层 管道的截面刚度。为能利用计算机进行衬里管道 的结构分析，将衬里管道等效转换为单层管道，下 称此虚拟的单层管道为“虚拟管道”。“虚拟管道”的外径和壁厚取衬里管道金属管 壁的外径和壁厚是出于计算方便的考虑，避免了 对管件柔性系数、应力增强系数、管道重量荷载等 这些基于管道直径和壁厚的参数做一系列复杂的换算调整。
5应力评定 5．1 校核应力 用于应力评定的校核应力为截面最大弯曲应 力所在点的应力强度。衬里管道任意截面上的金 属管壁最大弯曲应力仉隔热耐磨衬里管道的应力评定，包括对金属 管壁的应力评定和衬里的应力评定，可以利用“虚 拟管道”实现对隔热耐磨衬里管道的应力评定。 对于金属管壁，其应力评定有标准规范可以 遵循，一般采用ASME B31．3的规定。按照 ASME B31．3规定，由持续荷载引起的应力不应 超过热态温度下衬里金属管壁的许用应力[仉]。， 最大位移应力范围不应超过相应的许用的位移应 力范围[盯。][1|。 对于衬里，其应力评定没有标准，也没有制造 厂提供的方法可供参考[2|。衬里属于脆性材料， 应力评定不能采用ASME B31．3规定，若遵循安全的原则。认为衬里(隔热层)一点受拉开裂即为 衬里破坏，那么衬里的应力评定条件应为在冷态 下由所有荷载引起的衬里最大拉应力不应超过衬 里冷态的抗折强度[巩]。；在热态下由所有荷载引 起的衬里最大拉应力不应超过衬里热态的抗折强 度。
隔热耐磨衬里管道的衬里径向温差梯度很 大，内外膨胀很不一致，与金属管肇相互作用的机 理也很复杂，很难建立起精确的计算模型。本文 提供的计算方法方便可靠，能够满足工程设计需 要。建议对已运行的隔热耐磨衬里管道的位移进 行实际测量，并与计算值对比，以取得修正系数， 缩小计算与实际的偏差。
1衬里结构 隔热耐磨衬里有单层设计，也有双层设计。 从管道的横断截面(以下称截面)上看，衬里呈同 心圆结构，如果是双层衬里，则内层为耐磨层，外 层为隔热层。无论单层衬里还是双层衬里均是紧 贴管壁内侧。细分衬里结构，有三种形式：无龟甲 网双层隔热耐磨衬里、龟甲网双层隔热耐磨衬里 和无龟甲网单层隔热耐磨衬里。第一种由于耐磨 层易与隔热层脱离而趋于少用；第二种有龟甲网 加固耐磨层，目前应用最为普遍；第三种衬里既隔 热又耐磨，整体性也好，固愈来愈多地被采用。
无论何种形式的衬里，均采用锚固钉锚固。 锚固钉根部与管道金属壁焊接，其余部分深入衬里内部，锚固钉密布于整个衬里管道，将衬里牢固 敷在金属管壁上。锚固钉的作用防止了衬里脱 落，也阻止了衬里与金属管壁的分层错位。可以 认为，在管道弯曲、扭转或拉伸变形过程中，衬里 与金属管壁始终保持变形一致。
2管道应力分析一般方法 管道系统的实际结构是复杂的，所以其应力 分析要用有限元方法进行。根据管道的实际情况 划分单元，形成系统的刚度矩阵和位移矢量和荷 载矢量，求解方程矩阵即可获得应力分析所需要 的管道结构内力、管道结构反力和变形位移。管 道的有限元分析一般采用管单元作为计算单元。 管单元截面刚度属于管道结构的基本特性，是计 算单元刚度，进而形成系统刚度矩阵的基础。管 单元截面刚度包括截面抗弯刚度EJ、截面抗扭刚 度GJ和截面抗拉压刚度EA。
3衬里管道的截面刚度隔热耐磨衬里管道(下称衬里管道)截面内力 由金属管壁截面内力和衬里截面内力构成，用公 式表达为式(1)、式(2)和式(3)： 吖=M。+M，+M。 (1) M：=M。。+M。+Ma， (2) N’=N。+N，+N。 (3)
4衬里管道的计算模型 从理论上讲，已知衬里管道单元的截面抗弯 刚度、截面抗扭刚度和截面抗拉压刚度，就可以接 下去计算衬里管单元的单元刚度，进而形成系统 刚度矩阵，然而现有的计算机程序只能计算单层 管道的截面刚度。为能利用计算机进行衬里管道 的结构分析，将衬里管道等效转换为单层管道，下 称此虚拟的单层管道为“虚拟管道”。“虚拟管道”的外径和壁厚取衬里管道金属管 壁的外径和壁厚是出于计算方便的考虑，避免了 对管件柔性系数、应力增强系数、管道重量荷载等 这些基于管道直径和壁厚的参数做一系列复杂的换算调整。
5应力评定 5．1 校核应力 用于应力评定的校核应力为截面最大弯曲应 力所在点的应力强度。衬里管道任意截面上的金 属管壁最大弯曲应力仉隔热耐磨衬里管道的应力评定，包括对金属 管壁的应力评定和衬里的应力评定，可以利用“虚 拟管道”实现对隔热耐磨衬里管道的应力评定。 对于金属管壁，其应力评定有标准规范可以 遵循，一般采用ASME B31．3的规定。按照 ASME B31．3规定，由持续荷载引起的应力不应 超过热态温度下衬里金属管壁的许用应力[仉]。， 最大位移应力范围不应超过相应的许用的位移应 力范围[盯。][1|。 对于衬里，其应力评定没有标准，也没有制造 厂提供的方法可供参考[2|。衬里属于脆性材料， 应力评定不能采用ASME B31．3规定，若遵循安全的原则。认为衬里(隔热层)一点受拉开裂即为 衬里破坏，那么衬里的应力评定条件应为在冷态 下由所有荷载引起的衬里最大拉应力不应超过衬 里冷态的抗折强度[巩]。；在热态下由所有荷载引 起的衬里最大拉应力不应超过衬里热态的抗折强 度。
隔热耐磨衬里管道的衬里径向温差梯度很 大，内外膨胀很不一致，与金属管肇相互作用的机 理也很复杂，很难建立起精确的计算模型。本文 提供的计算方法方便可靠，能够满足工程设计需 要。建议对已运行的隔热耐磨衬里管道的位移进 行实际测量，并与计算值对比，以取得修正系数， 缩小计算与实际的偏差。
- 上一篇：碳化硅耐磨管道
- 下一篇：煤粉输送双金属耐磨管道
