温差应力：影响管道切割因素

在使用XJQG-1型防爆切管机进行管道切割、管道坡口作业施工时，经常会遇到因管道应力的影响而迫使施工中断或造成刀片及设备损坏。在这种情况下，需要我们认真研究一下管道应力产生的原因来制定相应的解决方案，消除和减少管道应力对管道切割作业的影响，延长管道切割设备寿命和提高工程施工的工作效率。

随着科学技术的不断发展，人们发现作用在管道上的各种荷载的性质是不同的，因此所产生的管道应力的性质也不同，这些不同的应力对管道所起的破坏作用也不相同。为此，必须把这些不同的应力进行分类分析，并按照其破坏作用的不同而选取不同的许用应力，这样才能做到保障安全，节省成本，提高管道切割作业的工作效率。

而管道必须承受各种负荷才能进行安全有效地输送介质，引起管道应力的主要荷载是温差、压力、介质及管道本身重量，其它还有风载、雪载、地震载荷、集中载荷、支架反力等。

温差应力压力所引起的应力性质大不相同，温差应力与压力所引起的坡坏性比压力应力小得多，按理论推导温差应力的许用应力为压力应力的3倍。如果对这两种应力性质不加区分而选用同一种许用应力显然是不合适的。

温差应力在管道切割作业中，由于提前做好了管道的保温层、防锈层以及管道表皮的打磨和去除作业，具有温度的管道介质及管道裸漏于空气中，温差超过5摄氏度即表现出管道的温差应力作用。显然，这在我们过去的管道切割作业施工中是没有完全考虑这一管道温差应力而直接切割作。

管道的温差应力属于管道应力的二次应力范畴。管道温差系操作状态或事故状态的管道温度与切割、安装温度的差值。管道温差引起热胀应力。管道热胀应力属于二次应力。

管道受内压P的作用下，管道会发生变化：

W=PR2/2ES*(2-u)

其中P为内压，R为半径，S为壁厚，E为弹性模量，u为泊桑比

在在管道切割作业中，防爆切管机刀片在切割管道表面时，管道壁被破壁前保持应力不变 ，而在逐渐被切开管壁后，其应力逐渐加载于管道未切开管道壁之上，出现管道微小扭曲的力矩，而这些力矩最终作用于切管机切割刀片上，因此，切管机刀片承受了大部分的管道温差应力，从而造成刀片加剧磨损和刀片的折断。

这种弯矩和管道壁被破开后所形成的剪力都被称之为二次应力。这种应力的最大特点是具有自限性。即当弯矩和剪力所产生的应力满足了变形协调的需要，这种变形就不再继续下去。因此，这种应力即使当材料进入塑性状态，也不会造成对管道的破坏，当然这必须限制在一定的范围内。而对切管机设备的作用力加大，防爆切管机的表现为切割阻力增大，并会使其在爬行过程中产生反作用力，这是二次应力具有自限性这一性质，与一次应力最大的区别之处。

正因为如此，它对管道所起的破坏作用要比一次应力要小。二次应力的分布区域较小，其尺寸和(RS)^1/2同量级别。

温差应力也具有自限性。当管道结构各处的温度均匀上升或降低时，如果管道的热膨胀系数相同，同时变形也不受约束，则只能使管道的结构产生均匀的膨胀和缩小，并不产生热应力；但如果在管道切割作业中温度变化不均匀，或是管道切割两段膨胀系数不同，变形又受到限制，必然对切管机刀片产生作用力，要求切管机刀片变形协调，同时作用于刀片之上。

因此，防爆切管机对管道进行切割作业时，如果温差较大，就应当在管道切割作业前考虑管道的温差应力并做出相应和解决方案。尤其是在管道切割作业中，必要时应当使用吊装设备和力矩吊链来消除或采取相应的减小温差的办法来进行实施作业，确保在管道切割作业施工过程中保障人身、管线及设备安全。