[发明专利]一种应对工业管道因热应力引起反复断裂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业管道断裂故障的量化分析、应对及预防方法，尤其涉及应对工业管道因温差导致的热应力引起反复断裂的方法。

背景技术

实践生产中，某些诸如炼铁高炉的系统回水干管运行时，经常发生原因不明的频繁断裂现象。现场维修人员随经多方努力，仍然无法控制断裂事件的不断出现。断裂故障的频繁高发且无预兆性，导致高炉的生产秩序受到严重干扰。为此对管道断裂的原因进行了科学的分析，在排除了承载时的环向、纵向应力和运行介质对管道施加的拉应力导致管道断裂的情形下，通过近四个月时间的现场跟踪观察，统计归纳了破断事件与高炉生产之间的关联因素及断裂事件的共性规律，最后得出看到管道频繁破断的主导因素是温差导致的热应力。但现有技术并没有对于这种工业管道断裂故障，给出系统的量化分析、判定技术程序。

发明内容

本发明针对上述技术问题，所要解决的是：为现场提供一种工业管道因温差因素导致的热应力反复断裂的应对方法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案，

一种应对工业管道因热应力引起反复断裂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、测试管道应力并判定应力方向；

  B、测算管道应力幅度；

  C、判定管道承载应力的能力；

  D、计算管道应力补偿，安装补偿器。

在上述步骤A测试管道应力并判定应力方向，包括如下步骤：

（1）. 在涉案的管段上，确定应力释放点，以释放点为中心，向管段两端各外延1~2M的距离做动点标记B_d，对应管道的动点标记，设置固定参照点标记B_j；

（2）. 在已设好标记的管段内，选取适当长度管道Bf，对管道进行切割、截断，并抽出切割段，使管道内业已存在的应力得到释放；

（3）. 对切割后的管道两动点进行长度测量，得到应力释放后的动点间距B_d值，利用测得的新B_d值，与对应的固定参照点距离B_j值进行比较；

（4）. 根据比较结果，确认管道的应力方向；

 若B_d值＜B_j值：管道承受膨胀压应力；

 若B_d值＞B_j值：管道承受收缩拉应力；

 若B_d值=B_j值：管道不存在应力载荷。

对于上述步骤B测算管道应力幅度时，包括如下步骤：

（1）. 根据动、定点长度差b的绝对值,求算涉案直管段的应变伸缩率ε，

ε=b/L=｜B_d－B_j｜/L； 

其中L为涉案直管段两固定支座间的距离，

（2）. 利用管道材料弹性模量(E=σ_s/ε)的线性关系式，计算该段管道在非载荷状态时的原始应力强度σ₁；

σ₁=E×ε

其中涉案管道材料的弹性模量E值，可由相关工程材料手册查得，

（3）. 以涉案的直管段长度L为基准，根据管道的系统温差区间T，利用该管道材料的线膨胀系数α值，计算直管段的最大胀、缩区间δL值：

δL=L×α×T   

 其中管道材料的线膨胀系数α值，可由相关工程材料手册查得，

（4）. 根据计算的最大胀、缩区间δL值，求算该直管段的温差应变延伸率ε_L；

                       ε_L =δL/L

（5）. 仍然利用管道材料的弹性模量E=σ_s/ε的关系式，计算管道运行状态下的温差应力值σ₂，此时，ε=ε_L值，     

σ₂=E×ε_L 

（6）.计算管道在非载荷状态下的总应力值σ₃；

                      σ₃=σ₁+σ₂ 

（7）. 根据管道运行压力P值，求算其运行拉应力σ_L值；

        σ_L=（P*D）/（4*S*φ）

  注：P—流体压强（kg/cm²）； D—管道内径（cm）；