Temperaturowa wydłużalność liniowa

Rozszerzalność termiczna jest ważnym czynnikiem eksploatacyjnym systemów rurociągowych. Spowodowana jest wzbudzaniem ruchów atomów składowych określonej substancji w wyniku dostarczania do substancji energii cieplnej. Skutkuje to właśnie przyrostem długości materiału.

Nieprawidłowo dobrana kompensacja tego parametru w eksploatowanej instalacji może doprowadzić między innymi do nadmiernych naprężeń w rurze, pęknięć, wyboczenia, a nawet przecieków prowadzących do zniszczenia rurociągu. Aby przeciwdziałać temu zjawisku można przedsięwziąć następujące kroki:

budować rurociąg z materiałów o niskiej rozszerzalności termicznej
stosować system kompensacji rozszerzalności liniowej

Uwzględniając technologię produkcji systemu TERMOTECH Duroplasty należy zauważyć, iż rura przewodowa, rura osłonowa i wypełniająca przestrzeń pomiędzy nimi pianka tworzy zespolony ze sobą jednolity układ rurowy, dla którego wydłużalność termiczna dla celów obliczeniowych wynosi:

α = 0,015 mm/mK = 15 x 10^-6K^-1- dla rury przewodowej z TWS - laminat krzyżowy o zawartości szkła 60%
α = 0,025 mm/mK = 25 x 10^-6K^-1- dla rury przewodowej z TWS - laminat wykonywany ręcznie

Metodologia obliczeń

Przed przystąpieniem do obliczeń wydłużalności rurociągów należy postawić sobie bardzo istotne pytanie, a mianowicie: „W jakiej temperaturze będzie montowany rurociąg ?” Temperatura ta jest bowiem temperaturą bazową, w stosunku do której będziemy obliczać ΔT dla dwóch wariantów.

Wariant I

Rurociąg nie jest eksploatowany ale podlega jednakże oddziaływaniu czynników zewnętrznych (należy rozważyć ekstremalne temperatury „+” jak i „-”).

Wariant II

Rurociąg jest normalnie eksploatowany; należy uwzględnić temperaturę czynnika, który będzie w nim płynął i ewentualny wpływ czynnika zewnętrznego na cały „układ”.

Wydłużalność „układu”

ΔL = L·ΔT · α

ΔL - zmiana długości całego układu, mm

L - długość układu bazowa, m

α - wydłużalność jednostkowa systemu, mm/mK

ΔT - różnica temperatur, K

Przykład obliczeniowy

Zbadamy, jak bardzo zwiększy się długość rurociągu o długości 1000 metrów, wykonanego z różnych materiałów, dla przyrostu temperatury ΔT=50 K

Założenia:

L=1000 m ; ΔT=50 K

Badanymi materiałami będzie:

laminat krzyżowy o zawartości 60% szkła	α = 15 x 10^-6K^-1
laminat ręczny	α = 25 x 10^-6K^-1
stal	α = 12 x 10^-6K^-1

Wyniki:

laminat krzyżowy o zawartości 60% szkła	ΔL = 0,75 m
laminat ręczny	ΔL = 1,25 m
stal	ΔL = 0,65 m

Kiedy zależy nam wyłącznie na dobrych wskaźnikach rozszerzalności termicznej, rurociąg stalowy jest rozwiązaniem akceptowalnym. Jednakże ze względu na trwałość, odporności na korozję, odporności na czynniki chemiczne oraz atmosferyczne, rury z TWS są rozwiązaniem zdecydowanie lepszym od rur stalowych. Z wykresu przedstawionego powyżej wynika jasno, że wydłużenie liniowe rur z TWS jest tylko nieznacznie większe od rur ze stali.

Rury laminatowe mogą być instalowane w systemie samokompensacji, gdyż największe dopuszczalne odkształcenia dla 1000 – metrowego rurociągu nie mogą przekraczać 2,0m, czyli 0,2%. W związku z powyższym przy odtwarzaniach rurociągów można wykorzystać istniejące konstrukcje wsporcze.