Każda stalowa rura rozszerza się pod wpływem ciepła. 100-metrowy przewód ze stali węglowej podniesiony z 20°C do 150°C rośnie o około 156 milimetrów, a jeśli ten wzrost nie ma dokąd pójść, rura się wygnie, kołnierze ulegną nadmiernemu naprężeniu lub dysze sprzętu zostaną przesunięte z położenia. Rozszerzalność cieplna to cichy powód, dla którego systemy rurowe posiadają pętle, złącza kompensacyjne i wsporniki rur, i jest to jedno z niewielu obliczeń, które kupujący rurociągi może i powinien wykonać na papierze przed złożeniem zamówienia.
Formularze produktów
Bar i drążek
Płyta i arkusz
Cewka i pasek
Rura i rurka
Montaż: kołnierz, trójnik, kolanko, reduktor itp.
Kucie: pierścień, wał, okrąg, blok itp.
Formuła ekspansji
Liniową rozszerzalność cieplną rury oblicza się jako:
Rozszerzanie (mm)=L x alfa x delta-T
gdzie L to pierwotna długość w metrach, alfa to współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału (mm na metr na stopień C), a delta-T to zmiana temperatury w stopniach C. Współczynnik to właściwość materiału, która zmienia się w zależności od gatunku: austenityczne stale nierdzewne rozszerzają się o około 50% bardziej niż stal węglowa i właśnie dlatego przewód ze stali nierdzewnej wymaga większego kompensowania rozszerzalności niż przewód węglowy w tej samej temperaturze.
Typowe współczynniki rozszerzalności
| Tworzywo | Średnia alfa 20-100 C (x10-6/C) | Rozszerzalność na 100 m na 100 C |
| Stal węglowa | ~11.7 | ~117 mm |
| Stal nierdzewna typu 304/316 | ~16.5 - 17.3 | ~165 - 173 mm |
| Dupleks 2205 | ~13.5 | ~135 mm |
| Inconel 625 | ~12.8 | ~128 mm |
Warto pamiętać o wartości stali austenitycznej: około 17 x 10-6 na stopień C, w porównaniu z około 12 dla stali węglowej. Właśnie dlatego 100-metrowa linka ze stali nierdzewnej przy wzniesieniu 100 stopni rośnie o około 50 mm więcej niż żyłka węglowa o tej samej długości – różnica jest na tyle duża, że ma znaczenie przy projektowaniu pętli rozprężnej.
Przykład praktyczny: Linia procesowa ze stali nierdzewnej
Weźmy linię 316L o długości 60 metrów, zainstalowaną w temperaturze 20 C i działającą w temperaturze 120 C. Zmiana temperatury wynosi 100 C. Stosując alfa=16.5 x 10-6 / C:
Rozszerzalność=60 mx 16,5 x 10-6 / C x 100 C=0.099 m=99 mm.
Te 99 mm musi zostać pochłonięte przez układ rurowy - pętlę, mieszek lub naturalne zagięcie. Jeżeli lina zostałaby sztywno zakotwiczona na obu końcach, obciążenie termiczne spowodowałoby powstanie naprężeń, które w przypadku sztywnej linii 316L mogą przekroczyć granicę plastyczności. Numer rozwinięcia jest punktem wyjścia dla każdej decyzji dotyczącej układu.
Dlaczego stal austenityczna rośnie bardziej
Siatka sześcienna-centrowana na powierzchni (FCC) stali austenitycznej jest bardziej otwarta niż siatka sześcienna-centrowana na ciele (BCC) stali węglowej, a atomy oddalają się od siebie wraz ze wzrostem temperatury. Jest to stała metalurgiczna -, której nie można zmienić poprzez obróbkę cieplną.
Oznacza to, że każda linka ze stali nierdzewnej lub stopu niklu-z dużą delta-T potrzebuje proporcjonalnie więcej miejsca na ruch. Współczynnik również nieznacznie się zmienia wraz z temperaturą; w przypadku prac precyzyjnych inżynierowie używają średniego współczynnika dla rzeczywistego zakresu roboczego z arkusza danych materiału, a nie wartości temperatury pokojowej.
Jakie są opcje projektu
- Pętle rozszerzające: klasyczne zagięcie żyłki-w kształcie litery U, dopasowane tak, aby naturalny zgięcie absorbowało wzrost.
- Kompensatory (mieszki): elastyczne mieszki metalowe instalowane w miejscach, w których jest zbyt mało miejsca na pętlę.
- Łuki i prowadzenie rur: wykorzystanie naturalnej elastyczności zagięć w układzie w celu pochłaniania ruchu.
- Kotwice i prowadnice: punkty kotwiczące mocują linę w określonych miejscach, dzięki czemu rozszerzanie jest kierowane do punktów zgięcia, a nie do dysz urządzenia.
- {0}}Naprężenie wstępne/zimna sprężyna: instalacja przewodu jest nieco krótsza,-by była wstępnie obciążona-przed przyszłą ekspansją.
Błędy pojawiające się na stronie
- Traktowanie przewodu ze stali nierdzewnej jak przewodu węglowego: użycie współczynnika rozszerzalności stali węglowej w obliczeniach powoduje-zmniejszenie rozmiaru pętli o około 50 mm na 100 m na 100 C.
- Zakotwiczenie obu końców gorącej linii bez punktu zgięcia, a następnie obserwowanie wycieków kołnierzy po pierwszym-rozgrzaniu.
- Używając delta-T w oparciu o temperaturę roboczą minus otoczenie, ale zapominając, że linia została zainstalowana zimą -, rzeczywisty wzrost może być większy.
- Umieszczenie złącza kompensacyjnego w linii ze słabymi prowadnicami, aby mieszek odczuwał ścinanie zamiast czystego ruchu osiowego.
Jak korzystać z numeru w zamówieniu
Kiedy zamawiasz rurę do usługi gorącej, obliczenie rozszerzalności nie zmienia samej rury - o klasie i ściance decyduje ciśnienie i korozja -, ale decyduje o układzie, podporach i sprzęcie rozszerzającym.
Kupujący, który zna delta-T i alfa, może w jednym kroku dobrać rozmiar pętli lub zamówić odpowiednie złącze dylatacyjne z prawidłowym skokiem osiowym, zamiast odkrywać na miejscu, że mieszek ma połowę skoku potrzebnego dla przewodu. W zapytaniu należy podać temperaturę pracy i montażu, a dostawca potwierdzi współczynnik materiałowy ze standardowej karty katalogowej.
