1、真空管道的加强圈设计摘 要：简述了什么是真空管道、真空管道的壁厚计算；详细论述了真空管道加强圈的计算以及在工艺管道上的安装。 关键词：真空管道加强圈管道有效长度 中图分类号：TE832 文献标识码：A 概述 随着石油化工工业的发展，真空技术随之也得到广泛的应用和发展，如真空蒸馏、真空浓缩、真空调湿、真空结晶、真空干燥、真空过滤、真空制冷等工艺过程。真空管道的设计包括真空管道的壁厚计算、材料选用、尤其是当真空管道的直径大于 1000mm 时，选用壁厚很厚的管子很不经济，这种情况下就要考虑用加强圈来缩短管道的有效长度，从而降低管道壁厚，节约投资。 真空管道 管道外环境压强大于管道内介质的压强时，管
2、道承受外压；环境压强可以是大气压、水压、土层的压力或是几者的集合。石油化工装置环境压力一般是指当地的大气压，此时承受外压的管道即为真空管道。 真空管道的壁厚计算 真空管道计算步骤按照 GB150-1998 中的 6.2.1 外压圆筒和外压管子，或是ASME 锅炉及压力容器规范UG.28 外压壳体和管子的厚度。 石化装置真空管道一般属于低真空管道，对于工程上确定承受外压的直管的壁厚，一般真空管道的设计外压 P 值取标准大气压值1.01105Pa，计算后最大许用工作外压建议取 1.5 倍标准大气压（即1.5105Pa） 。 真空管道直径大于 1000mm 时，计算管道壁厚时，应考虑用加强圈来缩短管
3、道有效长度（直管段上最长的两个起加强作用的管件或加强圈中心线间的距离） ，从而降低管道壁厚。 真空管道的加强圈 4.1 一个工程项目管道材料等级规定中的各等级下的管道壁厚都是根据管道承受内压计算的，那么此厚度的管子能否承受外压就需要进行核算，经核算如果不能承受外压操作的工况，就要考虑用加强圈来缩短管道有效长度，从而降低管道壁厚，达到管道材料等级规定中的管道壁厚。 4.2 加强圈的计算 设有一真空输送管道其设计温度 405，设计压力 67mmHg，选材定为 20R 内衬 3mm0Cr18Ni10Ti 的不锈钢复合钢管，直管段直径 DN2000mm，长度为 14000mm，管道厚度 14mm，核对
4、强度。 如果不采用加强圈估算上述设计条件下所采用的碳钢钢板厚度为20mm，厚度 14mm 的管道不能满足强度要求，因此需采用加强圈。取最长有效长度为 7000mm，碳钢钢板的基本厚度初定为 14mm，加强圈选用 10 号工字钢，见下图： D0/e=14220，L/D0=3.5，查 A=0.0002。 因所得 A 值落在设计温度下材料线的左方，则用下式计算许用外压力P： P=2AE/3（D0/e），得P1.49105Pa，基本达到预期值，由于此为复合管，碳钢板的负偏差为 0.8mm，腐蚀余量不用考虑，相加后圆整的管道厚度为 15+3mm，即 18mm。 加强圈所需惯性矩的确定： Z=（A1Z1+
5、A2Z2）/（A1+A2） =（7000189+1434.568）/(700018+1434.5)=9.66mm I1=I1+A1(Z-Z1)2=7000183/12+700018（9.66-9）2=3.50106mm4 I2=I2+A2(Z2-Z)2=245104+1434.5（50+18-9.66）2=7.33106mm4 IS=I1+ I2=1.08107mm4 根据 A 值用下式计算加强圈与圆筒组合段所需的惯性矩： I=D02LS(e+As/Ls)A/10.9=（2020+218）27000（18+1434.5/7000）0.0002/10.9 =9.70106mm4 式中： Z管壁和
6、加强圈组合段的自重心轴； Z1为加强圈控制的管道的自重心轴； Z2为加强圈自重心轴； A1为加强圈控制的管道的截面积； A2为加强圈的截面积； I有效段管壁和加强圈组合所需的惯性矩； IS为有效段管壁和加强圈组合相对于自重心轴的惯性矩； I1为有效段管道相对于自重心轴的惯性矩； I2为加强圈相对于自重心轴的惯性矩； I1为有效段管道相对于有效段管壁和加强圈组合自重心轴的惯性矩； I2为加强圈相对于有效段管壁和加强圈组合自重心轴的惯性矩；上述计算结果 ISI，此加强圈可用，否则须另选一具有较大惯性矩的加强圈，重复上述步骤，直到 ISI 为止。 加强圈的设置 设置在管道上的加强圈应整圈围绕在管道的
7、圆周上，加强圈与管道之间可采用连续的或间断的焊接，当采用间断焊接时，加强圈每侧间断焊接的总长应不少于管道外圆周长的 1/2，间断焊缝可以相互错开或并排布置，最大间隙为 8 倍的管道壁厚，下图表示为一 DN1200 的管道加强圈的设置要求。 加强圈采用 T 型钢，角焊缝焊角高度 6mm，采用的是角长相等交错双边断续角焊。 结论 对于一个 DN2000 的真空管道，壁厚为 15mm 时，理论重量为741.65kg/m，而壁厚为 18mm 时，理论重量为 888.65kg/m，每米增加了147kg，造价也随之增加，而采用增加加强圈的方法降低管道壁厚的同时也会大大节约投资，因此在真空技术得到广泛的应用和发展的同时考虑用加强圈来缩短管道的有效长度，降低管道壁厚，节约投资是很经济的。
