热电联产供热直埋管道疲劳循环次数的研究

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温度波动性的参数表征对于有效预测热水管道的疲劳循环次数至关重要。国外一些学者依据雨流计数法和泊尔姆格林-米纳准则来评估温度变化对管道疲劳寿命的影响,而国内鲜有根据具体运行工况统计分析供热管道疲劳寿命的研究,目前对于温差循环次数的研究尚未形成完整体系。本文以管道事故情况为调查统计样本,利用SPSS软件描述分析获得管道的事故循环次数;采集直埋热水管网的热工参数,依据雨流计数法和泊尔姆格林-米纳准则估算各类管道的等效温差循环次数;二者综合确定热电联产集中供热一次网输送干线、输配干线及分支线在设计寿命内的最大温差循环次数和最大允许次数。主要研究内容和结果如下:  (1)针对管道的事故情况进行调查,回收问卷273份,有效问卷215份,有效率为78.75%。供热系统的事故具有独立性和寻常性,发生次数服从泊松分布公式,根据调查问卷的反馈意见,考虑供热系统中上级管道发生事故对下级管道的影响,得到使用年限内输送干线、输配干线及分支线在置信水平为99%时的事故次数区间。不同类型管道的事故频发位置大致相同,前五位中均有补偿器、弯头、阀门和焊口,折角和排气、泄水紧随其后。  (2)以山西省八个典型热电厂为调查对象,采集了八条输送干线和八条分支线供回水管道32个位置5个采暖季总共约30万个温度数据,对各管道每个采暖季运行温度的波动历程,采用雨流计数法分别进行循环计数。  (3)统计表明,在运行调节、工作环境及数据采集方式等因素的影响下,不同管道的温差循环在数量、应力比和波动范围等方面存在差异,但都存在大量小幅波动,应力比在0.9以上的占绝大部分,且管道在每个采暖季内波动范围最大的循环均仅有一次,即供热温度从最低温升至最高温再降至最低温的变化过程所形成的一次完整循环。  (4)依据泊尔姆格林-米纳公式计算输送干线和分支线供回水管道每个采暖季的等效温差循环次数,输配干线的运行温度参照输送干线,当常数m取4时同时体现了小温差和大温差的作用。由此推算各管道在30年内由运行温度波动引起的等效温差循环次数,叠加上相应事故循环次数,从而得到其在设计寿命内的最大温差循环次数及不同工程等级下的最大允许次数。对于输送干线,供水管道取得最大值;对于分支线,则是回水管道取得最大值,各管道均满足且远小于欧洲标准中的循环次数。  本文采用雨流计数法和泊尔姆格林-米纳准则研究了以热电联产集中供热一次网的最大作用循环次数,为各管件的疲劳分析提供基础数据。同时这种方法对应力-应变回路环逐个计数,能够最大限度地加大已进行计数循环的幅值,具有一定的弹塑性力学理论基础,可以为多种热源和多种类型管道循环次数的统计提供方法参考。
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