在使用XJQG-1型防爆切管機(jī)進(jìn)行管道切割、管道坡口作業(yè)施工時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到因管道應(yīng)力的影響而迫使施工中斷或造成刀片及設(shè)備損壞。在這種情況下,需要我們認(rèn)真研究一下管道應(yīng)力產(chǎn)生的原因來(lái)制定相應(yīng)的解決方案,消除和減少管道應(yīng)力對(duì)管道切割作業(yè)的影響,延長(zhǎng)管道切割設(shè)備壽命和提高工程施工的工作效率。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)作用在管道上的各種荷載的性質(zhì)是不同的,因此所產(chǎn)生的管道應(yīng)力的性質(zhì)也不同,這些不同的應(yīng)力對(duì)管道所起的破壞作用也不相同。為此,必須把這些不同的應(yīng)力進(jìn)行分類(lèi)分析,并按照其破壞作用的不同而選取不同的許用應(yīng)力,這樣才能做到保障安全,節(jié)省成本,提高管道切割作業(yè)的工作效率。
而管道必須承受各種負(fù)荷才能進(jìn)行安全有效地輸送介質(zhì),引起管道應(yīng)力的主要荷載是溫差、壓力、介質(zhì)及管道本身重量,其它還有風(fēng)載、雪載、地震載荷、集中載荷、支架反力等。
溫差應(yīng)力壓力所引起的應(yīng)力性質(zhì)大不相同,溫差應(yīng)力與壓力所引起的坡壞性比壓力應(yīng)力小得多,按理論推導(dǎo)溫差應(yīng)力的許用應(yīng)力為壓力應(yīng)力的3倍。如果對(duì)這兩種應(yīng)力性質(zhì)不加區(qū)分而選用同一種許用應(yīng)力顯然是不合適的。
溫差應(yīng)力在管道切割作業(yè)中,由于提前做好了管道的保溫層、防銹層以及管道表皮的打磨和去除作業(yè),具有溫度的管道介質(zhì)及管道裸漏于空氣中,溫差超過(guò)5攝氏度即表現(xiàn)出管道的溫差應(yīng)力作用。顯然,這在我們過(guò)去的管道切割作業(yè)施工中是沒(méi)有完全考慮這一管道溫差應(yīng)力而直接切割作。
管道的溫差應(yīng)力屬于管道應(yīng)力的二次應(yīng)力范疇。管道溫差系操作狀態(tài)或事故狀態(tài)的管道溫度與切割、安裝溫度的差值。管道溫差引起熱脹應(yīng)力。管道熱脹應(yīng)力屬于二次應(yīng)力。
管道受內(nèi)壓P的作用下,管道會(huì)發(fā)生變化:
W=PR2/2ES*(2-u)
其中P為內(nèi)壓,R為半徑,S為壁厚,E為彈性模量,u為泊桑比
在在管道切割作業(yè)中,防爆切管機(jī)刀片在切割管道表面時(shí),管道壁被破壁前保持應(yīng)力不變 ,而在逐漸被切開(kāi)管壁后,其應(yīng)力逐漸加載于管道未切開(kāi)管道壁之上,出現(xiàn)管道微小扭曲的力矩,而這些力矩最終作用于切管機(jī)切割刀片上,因此,切管機(jī)刀片承受了大部分的管道溫差應(yīng)力,從而造成刀片加劇磨損和刀片的折斷。
這種彎矩和管道壁被破開(kāi)后所形成的剪力都被稱(chēng)之為二次應(yīng)力。這種應(yīng)力的最大特點(diǎn)是具有自限性。即當(dāng)彎矩和剪力所產(chǎn)生的應(yīng)力滿(mǎn)足了變形協(xié)調(diào)的需要,這種變形就不再繼續(xù)下去。因此,這種應(yīng)力即使當(dāng)材料進(jìn)入塑性狀態(tài),也不會(huì)造成對(duì)管道的破壞,當(dāng)然這必須限制在一定的范圍內(nèi)。而對(duì)切管機(jī)設(shè)備的作用力加大,防爆切管機(jī)的表現(xiàn)為切割阻力增大,并會(huì)使其在爬行過(guò)程中產(chǎn)生反作用力,這是二次應(yīng)力具有自限性這一性質(zhì),與一次應(yīng)力最大的區(qū)別之處。
正因?yàn)槿绱?,它?duì)管道所起的破壞作用要比一次應(yīng)力要小。二次應(yīng)力的分布區(qū)域較小,其尺寸和(RS)1/2同量級(jí)別。
溫差應(yīng)力也具有自限性。當(dāng)管道結(jié)構(gòu)各處的溫度均勻上升或降低時(shí),如果管道的熱膨脹系數(shù)相同,同時(shí)變形也不受約束,則只能使管道的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生均勻的膨脹和縮小,并不產(chǎn)生熱應(yīng)力;但如果在管道切割作業(yè)中溫度變化不均勻,或是管道切割兩段膨脹系數(shù)不同,變形又受到限制,必然對(duì)切管機(jī)刀片產(chǎn)生作用力,要求切管機(jī)刀片變形協(xié)調(diào),同時(shí)作用于刀片之上。
因此,防爆切管機(jī)對(duì)管道進(jìn)行切割作業(yè)時(shí),如果溫差較大,就應(yīng)當(dāng)在管道切割作業(yè)前考慮管道的溫差應(yīng)力并做出相應(yīng)和解決方案。尤其是在管道切割作業(yè)中,必要時(shí)應(yīng)當(dāng)使用吊裝設(shè)備和力矩吊鏈來(lái)消除或采取相應(yīng)的減小溫差的辦法來(lái)進(jìn)行實(shí)施作業(yè),確保在管道切割作業(yè)施工過(guò)程中保障人身、管線及設(shè)備安全。