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点击量：发布时间：2019-09-03 14:48
PERTII型热力管道在输送热水时，管道会有热胀冷缩效应变长，这种情况下如果固定管道将会有支管将会位移，那么这种情况下就应该增加补偿器/伸缩节，那么膨胀长度多少，是否根据水温变化而不同，多少米增加一个补偿器合适，山东文远公司为您介绍计算方法和计算结果。
首先，PE-RTII型耐热聚乙烯工作管轴向热应力按照下式计算：
σ = α（ t1 - t0 ）E
式中：E——II型耐热聚乙烯管材的弹性模量，MPa；
α——II型耐热聚乙烯管材的线性膨胀系数，m/(m·K)；
t1——管道工作温度，℃；
t0——管道工作循环最低温度，℃。
轴向膨胀力计算公式为：
F = A α E（ t1 - t0）
F = A α E（ t1 - t0）
式中：F——轴线方向管道自由膨胀产生的力，N；
E——II型耐热聚乙烯管材的弹性模量，MPa；
α——II型耐热聚乙烯管材的线性膨胀系数，m/(m·K)；
A——管道截面面积，m2；
t1——管道工作温度，℃；
t0——管道工作循环最低温度，℃。
PE-RTII管道工作循环最低温度，对于全年运行的管网应采用30℃，对于只在采暖期运行的管网应采用10℃，这里管道工作循环最低温度取10℃。PE-RTII型耐热聚乙烯材料的线性膨胀系数取1.2×10-4m/(m·K)，PE-RTII型耐热聚乙烯材料弹性模量见下表：
表：PE-RTII型耐热聚乙烯基本特性（弹性模量E）
PE-RTII型耐热聚乙烯工作管与传统钢管不同，II型耐热聚乙烯的弹性模量随温度变化比较大，所以对管道热应力计算时需要考虑不同工作温度的影响，选取工作温度为85℃、80℃、75℃、60℃分别计算S5系列管道产生的轴向膨胀力，计算结果如表所示。
表：85℃时管道轴向膨胀力
E——II型耐热聚乙烯管材的弹性模量，MPa；
α——II型耐热聚乙烯管材的线性膨胀系数，m/(m·K)；
A——管道截面面积，m2；
t1——管道工作温度，℃；
t0——管道工作循环最低温度，℃。
PE-RTII管道工作循环最低温度，对于全年运行的管网应采用30℃，对于只在采暖期运行的管网应采用10℃，这里管道工作循环最低温度取10℃。PE-RTII型耐热聚乙烯材料的线性膨胀系数取1.2×10-4m/(m·K)，PE-RTII型耐热聚乙烯材料弹性模量见下表：
表：PE-RTII型耐热聚乙烯基本特性（弹性模量E）
| 计算温度（℃） | 弹性模量E(MPa) |
| 20 | 850 |
| 60 | 330 |
| 75 | 220 |
| 80 | 190 |
| 85 | 170 |
PE-RTII型耐热聚乙烯工作管与传统钢管不同，II型耐热聚乙烯的弹性模量随温度变化比较大，所以对管道热应力计算时需要考虑不同工作温度的影响，选取工作温度为85℃、80℃、75℃、60℃分别计算S5系列管道产生的轴向膨胀力，计算结果如表所示。
表：85℃时管道轴向膨胀力
| 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 | 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 |
| （mm） | （mm） | （N） | （mm） | （mm） | （N） |
| 25 | 2.3 | 251 | 160 | 14.6 | 10204 |
| 32 | 2.9 | 406 | 180 | 16.4 | 12896 |
| 40 | 3.7 | 646 | 200 | 18.2 | 15904 |
| 50 | 4.6 | 1004 | 225 | 20.5 | 20151 |
| 63 | 5.8 | 1595 | 250 | 22.7 | 24801 |
| 75 | 6.8 | 2229 | 280 | 25.4 | 31084 |
| 90 | 8.2 | 3224 | 315 | 25.4 | 35357 |
| 110 | 10 | 4807 | 355 | 32.2 | 49961 |
| 125 | 11.4 | 6225 | 400 | 36.4 | 63616 |
| 140 | 12.7 | 7771 | 450 | 40.9 | 80426 |
| 80℃时管道轴向膨胀力 | |||||
| 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 | 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 |
| （mm） | （mm） | （N） | （mm） | （mm） | （N） |
| 25 | 2.3 | 262 | 160 | 14.6 | 10644 |
| 32 | 2.9 | 423 | 180 | 16.4 | 13452 |
| 40 | 3.7 | 673 | 200 | 18.2 | 16590 |
| 50 | 4.6 | 1047 | 225 | 20.5 | 21020 |
| 63 | 5.8 | 1663 | 250 | 22.7 | 25871 |
| 75 | 6.8 | 2325 | 280 | 25.4 | 32424 |
| 90 | 8.2 | 3363 | 315 | 25.4 | 36882 |
| 110 | 10 | 5014 | 355 | 32.2 | 52116 |
| 125 | 11.4 | 6493 | 400 | 36.4 | 66360 |
| 140 | 12.7 | 8106 | 450 | 40.9 | 83895 |
| 75℃时管道轴向膨胀力 | |||||
| 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 | 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 |
| （mm） | （mm） | （N） | （mm） | （mm） | （N） |
| 25 | 2.3 | 281 | 160 | 14.6 | 11444 |
| 32 | 2.9 | 455 | 180 | 16.4 | 14464 |
| 40 | 3.7 | 724 | 200 | 18.2 | 17837 |
| 50 | 4.6 | 1126 | 225 | 20.5 | 22600 |
| 63 | 5.8 | 1789 | 250 | 22.7 | 27816 |
| 75 | 6.8 | 2500 | 280 | 25.4 | 34862 |
| 90 | 8.2 | 3616 | 315 | 25.4 | 39655 |
| 110 | 10 | 5391 | 355 | 32.2 | 56035 |
| 125 | 11.4 | 6982 | 400 | 36.4 | 71349 |
| 140 | 12.7 | 8716 | 450 | 40.9 | 90203 |
| 60℃时管道轴向膨胀力 | |||||
| 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 | 公称外径 | 壁厚 | 轴向膨胀力 |
| （mm） | （mm） | （N） | （mm） | （mm） | （N） |
| 25 | 2.3 | 325 | 160 | 14.6 | 13205 |
| 32 | 2.9 | 525 | 180 | 16.4 | 16689 |
| 40 | 3.7 | 835 | 200 | 18.2 | 20582 |
| 50 | 4.6 | 1299 | 225 | 20.5 | 26077 |
| 63 | 5.8 | 2064 | 250 | 22.7 | 32095 |
| 75 | 6.8 | 2885 | 280 | 25.4 | 40226 |
| 90 | 8.2 | 4172 | 315 | 25.4 | 45756 |
| 110 | 10 | 6220 | 355 | 32.2 | 64655 |
| 125 | 11.4 | 8056 | 400 | 36.4 | 82327 |
| 140 | 12.7 | 10057 | 450 | 40.9 | 104080 |
PE-RTII管道轴向膨胀变化的四组曲线如图4-1所示，通过图中曲线可以看出在工作温度不变的情况下，管道的轴向膨胀力随管道公称外径的增大而增大。与传统材料管道不同，管道轴向膨胀力并没有呈现出随着工作温度的升高而变大的趋势。相反，II型耐热聚乙烯供热管道由于其自身弹性模量随温度的变化较大，在工作温度为85℃、80℃、75℃、60℃时，管道的轴向膨胀力呈现出随温度的增大而减小的情况。管道在这四组工作温度下，60℃时的轴向膨胀力最大，85℃时的轴向膨胀力最小。II型耐热聚乙烯管道轴向力膨胀力影响应考虑其产生的最大轴向膨胀力。根据计算出的II型预制直埋供热管道不同温度下轴向膨胀力结果，选取60℃时管道轴向膨胀力影响最大的工作温度，埋深选择0.9m处计算出的管道与土壤单位长度摩擦力数据。管道轴向膨胀力和单位长度管道与土壤摩擦力的情况如下表所示。
表： 管道轴向膨胀力和单位长度管道与土壤摩擦力
| 管径 | 轴向膨胀力 | 单位长度管道与土壤摩擦力 |
| （mm） | （N） | （N） |
| 63 | 2064 | 1625 |
| 75 | 2885 | 1795 |
| 90 | 4172 | 2007 |
| 110 | 6220 | 2284 |
| 160 | 13205 | 3098 |
| 250 | 32095 | 4483 |
| 315 | 45756 | 5308 |
参考山东文远环保科技股份有限公司（13280671957）实验室相关数据，PE-RTII型耐热聚乙烯工作管在23℃时轴向拉伸屈服强度取850MPa，60℃时轴向拉伸屈服强度取330MPa。管道轴向膨胀力远远小于轴向拉伸屈服强度，管道不存在被破坏的问题，在供热管网的工况下应用是十分安全的。况且II型耐热聚乙烯材料属于粘弹性材料，存在应力松弛现象（所谓应力松弛是指在一定条件下，材料内部的应力随时间而逐步衰减的现象），管道内部的热应力会随时间逐渐减小至消除。II型耐热聚乙烯预制直埋管道工作管管径小于75mm时，2m长的管道与土壤的摩擦力便可以抵消管道的轴向膨胀力。当管径较大时，则需要一定的直埋距离才能抵消管道的轴向膨胀力，以轴向应力最大的公称外径为315mm的管道为例，直埋管段长度大于8米时，管道与土壤之间的摩擦力即可克服管道热胀冷缩所产生的轴向热应力，使管段固定不会产生热位移，具体数值如表4-11所示。因此在供热二次管网中应用II型耐热聚乙烯预制直埋保温管时，完全可以采用直埋无补偿的敷设方式。在实际工程中，我们需要考虑实际情况和管道埋深对摩擦力的影响进行选择。
表：无补偿敷设管段长度
| 管径 | 无补偿敷设需要管段长度 |
| （mm） | （m） |
| 63 | 1.27 |
| 75 | 1.60 |
| 90 | 2.08 |
| 110 | 2.72 |
| 160 | 4.26 |
| 250 | 7.16 |
| 315 | 8.62 |
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