Cách ống thép dùng trong hệ thống nhiệt độ thấp xử lý sự co giãn nhiệt trong hệ thống nhiệt độ thấp
Cách ống thép dùng trong hệ thống nhiệt độ thấp xử lý sự co giãn nhiệt trong hệ thống nhiệt độ thấp
Khi đường ống dẫn chất lỏng đông lạnh, thép không chỉ đơn thuần trở nên lạnh hơn. Kích thước của nó cũng thay đổi. Một đoạn ống dài có thể co lại khi nhiệt độ giảm, tạo ra sự dịch chuyển mà hệ thống đường ống phải hấp thụ.
Đây là lý do tại saoống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtĐiều này cần được xem xét trong cả quá trình lựa chọn vật liệu và thiết kế đường ống. Một đường ống có thể có độ bền ở nhiệt độ thấp tốt nhưng vẫn chịu ứng suất nhiệt quá mức nếu hệ thống ngăn cản sự chuyển động của nó.
VìỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhDo đó, các kỹ sư cần xem xét đặc tính vật liệu, chiều dài ống, chênh lệch nhiệt độ, giá đỡ, khoảng cách, khúc uốn và vòng giãn nở như một vấn đề thiết kế liên kết chặt chẽ.
Tại sao ống thép lại co lại ở nhiệt độ thấp?
Giống như hầu hết các kim loại khác, thép thay đổi kích thước khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ giảm, ống thường co lại. Mức độ co giãn phụ thuộc vào hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu và sự chênh lệch nhiệt độ.
Mối quan hệ cơ bản có thể được diễn đạt như sau:
ΔL = α × L × ΔT
Trong đó ΔL là sự thay đổi chiều dài, α là hệ số giãn nở nhiệt, L là chiều dài ban đầu của ống và ΔT là sự thay đổi nhiệt độ.
Đối với đoạn ống ngắn, sự dịch chuyển này có thể tương đối nhỏ. Tuy nhiên, dọc theo đường ống dài, sự dịch chuyển tích lũy có thể trở nên đáng kể.
Điều này làm choống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtĐây là một yếu tố thiết kế quan trọng đối với các hệ thống LNG, khí đông lạnh, hệ thống làm lạnh và các hệ thống dịch vụ lạnh khác.
MỘTỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhDo đó, nó phải được xem xét như một phần của hệ thống đường ống hoàn chỉnh chứ không phải là một bộ phận thép riêng lẻ.
Sự thu hẹp quy mô ảnh hưởng đến các đường ống dẫn dầu dài như thế nào?
Ống càng dài, khả năng biến dạng kích thước càng lớn khi nhiệt độ thay đổi tương đương.
Hãy tưởng tượng một đường ống thẳng dài được lắp đặt ở nhiệt độ môi trường và sau đó tiếp xúc với môi chất vận hành rất lạnh. Đường ống sẽ có xu hướng ngắn lại khi nhiệt độ giảm.
Nếu đường ống có thể di chuyển tự do, phần lớn sự giãn nở nhiệt có thể được bù đắp thông qua sự dịch chuyển.
Tuy nhiên, nếu đường ống bị giữ chặt, chuyển động sẽ không thể diễn ra tự do. Sự giữ chặt này tạo ra các lực và ứng suất trong đường ống và tại các thiết bị được kết nối.
Đây là nơiống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtTrở thành vấn đề ở cấp độ hệ thống.
VìỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhCác kỹ sư cần đánh giá:
Nhiệt độ hoạt động
Nhiệt độ lắp đặt
Chiều dài ống
Tính chất vật liệu
Vị trí neo
Sự sắp xếp hỗ trợ
Hướng chuyển động
Kết nối thiết bị
Các đoạn uốn cong và đoạn linh hoạt
Đường ống càng dài và chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì việc vận chuyển càng cần được quản lý cẩn thận hơn.
Sự co giãn do nhiệt tạo ra ứng suất trong đường ống như thế nào?
Sự giãn nở nhiệt tự nó không nhất thiết là vấn đề. Khó khăn xuất hiện khi hệ thống đường ống hạn chế sự giãn nở đó.
Ống có khả năng co giãn tự do có thể ngắn lại. Ống bị hạn chế chuyển động không thể ngắn lại dễ dàng như vậy, do đó sự dịch chuyển nhiệt được chuyển hóa thành ứng suất và lực phản lực.
Đây là một vấn đề trọng tâm trongống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtthiết kế.
Ví dụ, các neo cố định có thể ngăn chuyển động theo một hướng. Các thanh dẫn hướng có thể kiểm soát chuyển động ngang trong khi vẫn cho phép dịch chuyển dọc trục. Các giá đỡ được đặt không đúng vị trí có thể gây ra tải trọng không mong muốn cho đường ống hoặc thiết bị được kết nối.
TRONGỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhDo đó, các kỹ sư cần phân biệt giữa:
Chuyển động đường ống
Ứng suất đường ống
Phản ứng ủng hộ
Tải trọng neo
Tải trọng vòi phun thiết bị
Mục tiêu thiết kế không phải là loại bỏ chuyển động, mà là kiểm soát vị trí xảy ra chuyển động và cách phân bổ các lực tác động.
Các vòng giãn nở và giá đỡ có tác dụng gì?
Các vòng giãn nở cung cấp thêm tính linh hoạt cho hệ thống đường ống.
Thay vì ép một đường ống thẳng dài phải hấp thụ toàn bộ sự giãn nở nhiệt, một vòng xoắn hoặc một đoạn uốn cong được bố trí hợp lý sẽ tạo cho đường ống một đường dẫn được kiểm soát cho sự dịch chuyển nhiệt.
Điều này có thể làm giảm lực tác động lên các điểm neo và thiết bị được kết nối.
Vìống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtVị trí và hình dạng của các đoạn linh hoạt này rất quan trọng. Một vòng quá nhỏ có thể không cung cấp đủ độ linh hoạt, trong khi một bố trí hỗ trợ không phù hợp có thể hạn chế chuyển động mong muốn.
Các giá đỡ cũng cần được bố trí theo thiết kế đường ống.
Các chức năng phổ biến bao gồm:
Trọng lượng ống chịu tải
Kiểm soát chuyển động thẳng đứng
Hướng dẫn chuyển động ngang
Duy trì sự thẳng hàng của đường ống
Hạn chế sự dịch chuyển quá mức
Truyền tải trọng lượng đến các giá đỡ kết cấu.
VìỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhDo đó, khoảng cách giữa các điểm đỡ phải được xem xét cùng với sự giãn nở nhiệt chứ không chỉ được coi là một tính toán kết cấu đơn thuần.
Tại sao khoảng cách giữa các đường ống lại quan trọng?
Khoảng cách giữa các đường ống ảnh hưởng đến nhiều thứ hơn là chỉ sự thuận tiện khi lắp đặt.
Khi đường ống lạnh co lại, vị trí của nó có thể thay đổi so với các đường ống, cấu trúc, van, hệ thống cách nhiệt và thiết bị lân cận.
Nếu các linh kiện liền kề được lắp đặt quá sát nhau, sự giãn nở nhiệt có thể gây ra hiện tượng nhiễu.
Vìống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtCác kỹ sư nên chừa đủ khoảng trống cho sự chuyển động dự kiến và độ dày lớp cách nhiệt. Bố trí cũng cần cho phép tiếp cận các van, mặt bích, giá đỡ và các điểm kiểm tra.
TRONGỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhĐiều này đặc biệt quan trọng xung quanh các khúc cua, điểm neo, vòng giãn nở và các mối nối thiết bị.
Tại sao chất liệu và thiết kế cần được xem xét cùng nhau?
Việc lựa chọn ống dẫn nhiệt độ thấp chỉ là một phần của giải pháp kỹ thuật.
Dòng sản phẩm ống chịu nhiệt độ thấp của BEILAI bao gồm các sản phẩm ASTM A333 với kích thước từ 1/8" đến 24", với nhiều mức độ dày thành ống và cấp độ khác nhau. Nhiệt độ thử nghiệm va đập được liệt kê thay đổi tùy theo cấp độ, bao gồm Cấp 6 ở −50°F (−45°C) và Cấp 8 ở −320°F (−195°C).
Những yêu cầu này đề cập đến hiệu suất vật liệu ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là độ bền. Chúng không loại bỏ sự cần thiết phải thiết kế để tính đến sự giãn nở nhiệt.
Sự khác biệt đó rất quan trọng.Sự co giãn nhiệt của ống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ CĐộ bền kéo là vấn đề thiết kế cơ khí, trong khi độ bền ở nhiệt độ thấp là vấn đề về hiệu suất vật liệu. Một hệ thống đáng tin cậy cần cả hai yếu tố này.
VìỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhDo đó, các kỹ sư nên đánh giá:
Nhiệt độ thiết kế tối thiểu
Yêu cầu kiểm tra tác động
Kích thước ống
Sự co giãn do nhiệt
Điều kiện hỗ trợ
Tải trọng neo
Tính linh hoạt
Hàn và các mối nối
Các kỹ sư cần kiểm tra những gì trước khi hoàn thiện thiết kế?
Đánh giá thiết kế thực tiễn choống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ C co nhiệtNên bắt đầu bằng việc xem xét biểu đồ nhiệt độ thực tế chứ không chỉ đơn thuần là kích thước danh nghĩa của đường ống.
Kiểm tra:
Nhiệt độ lắp đặt
Nhiệt độ hoạt động tối thiểu
Chênh lệch nhiệt độ dự kiến
Chiều dài đường ống
Vật liệu cấp độ
Độ dày thành
Vị trí neo
Khoảng cách hỗ trợ
Vòng giãn nở hoặc đoạn uốn cong linh hoạt
Khoảng cách an toàn xung quanh thiết bị liền kề
VìỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhCần xem xét đồng thời thông số kỹ thuật của đường ống và bố trí đường ống.
Nguyên tắc kỹ thuật cốt lõi rất đơn giản: đường ống sẽ co lại, vì vậy hệ thống cần một phương pháp kiểm soát để thích ứng với sự chuyển động đó.
Bài học rút ra từ kỹ thuật
Thiết kế đường ống ở nhiệt độ thấp không chỉ đơn thuần là lựa chọn loại thép có độ bền cao khi hoạt động ở nhiệt độ thấp.Sự co giãn nhiệt của ống thép ở nhiệt độ dưới 0 độ CCó thể tạo ra sự dịch chuyển đáng kể trên các đoạn dài, và sự hạn chế chuyển động có thể tạo ra lực đáng kể tại các điểm tựa, neo, đoạn uốn cong và các mối nối thiết bị.
Một thiết kế đúng cáchỐng thép chịu nhiệt độ dưới 0 độ C dùng cho hệ thống đông lạnhKết hợp các đặc tính vật liệu phù hợp ở nhiệt độ thấp với độ linh hoạt và khả năng điều khiển chuyển động thích hợp.
Các vòng giãn nở, giá đỡ được đặt đúng vị trí, khoảng cách thích hợp và thiết kế neo cẩn thận giúp đường ống có không gian di chuyển khi nhiệt độ giảm. Việc lựa chọn vật liệu sau đó sẽ đảm bảo độ bền và hiệu suất cơ học cần thiết cho nhiệt độ vận hành thực tế.
Đối với hệ thống đường ống đông lạnh và dưới 0 độ C, phương pháp đáng tin cậy nhất là thiết kế...đường ống và đường dẫn chuyển động như một hệ thống thống nhất..
