摘 要:对于内衬混凝土型隔热耐磨衬里的管道,在进行柔性分析时必须考虑衬里对刚度的影响,工程 上一般采用修正金属筒体弹性模量的方法来处理.对于特定衬里结构的管道,根据衬里性能特点,可以简化 力学模型,只考虑受压侧半圆衬里的作用,从而避免复杂的假设和计算.
在炼油厂催化裂化装置中,有一些需要进行 柔性计算的带混凝土隔热耐磨衬里管道,如烟道、 斜管、油 气 线.这 些 管 道 在 碳 钢 筒 体 内 设 置 了 １ ００~１５ ０ mm 的隔热耐磨衬里,并且多属于平面 或近平面管系.考虑到衬里的影响,在进行柔性 计算时,必须对管道的刚度进行修正.对于龟甲 网型隔热耐磨衬里结构的衬里管道,可以采用较 简单的方式对管道的刚度进行修正,进而得到等 效弹性模量.
１ 龟甲网型隔热耐磨衬里的结构特点
如图 １ 所示,这种衬里结构的特点是隔热层 采用了轻质骨料,不加钢丝纤维加强,耐压强度 低,抗拉强度极低,工程上一般可略去不计;而耐 磨层采用重质骨料,耐压强度高,具有一定的抗拉 强度,但由于被填充在龟甲网网格中,而龟甲网网 格之间有间隙不连续,也可略去抗拉作用.
２ 管道刚度的表达与等效弹性模量
衬里管道的组合刚度等于金属筒体和衬里的 刚度之和,即:
EcIc ＝EsIs ＋ErIr
式中:EcIc ———衬里管道的弹性模量和惯性矩之 积,即组合刚度;
EsIs ———碳钢筒体的弹性模量 Es 和惯性 矩 Is 之积,即金属刚度;
ErIr ———衬里的弹性模量 Er 和惯性矩 Ir 之积,即衬里的组合刚度.
其中,Es 可查材料手册获得;Ir 可根据本文 第 ３ 章公式计算;Er (psi)可由衬里承包商提供, 如不能提供,可根据 ACE 的经验公式估算:
３ 衬里组合刚度 ErIr 的简化计算
衬里管道的截面如图 ２ 所示.
图 ２ 中 r —耐磨层的内径;R １ —耐磨层的外径/隔热层 内 径;R ２ —隔 热 层 外 径/金 属 筒 体 内 径;R ０ —金属筒体外径;O—O 轴:金属筒体的形 心轴/组合截面的近似形心轴;A—A 轴:隔热层 半环形心轴;B—B:耐磨层半环形心轴.由龟甲网型隔热耐磨衬里的结构特点可假设 截面中一半的衬里不起拉伸作用,衬里的惯性矩数值可以近似地假设衬里只有一半起作用.对于 绝大多数实际情况,减小一半衬里的影响后,管道 组合截面的形心轴的平移通常都不大,可近似地 取金属筒体的形心轴位置,这样衬里的组合刚度 和组合截面的组合刚度就可简单地计算了。
