近年来,天然气的不断开采和利用使得天然气工业得到了迅速发展,专家们普遍认为21世纪中叶将是以天然气为主的能源时代。由于PE(polyethylene,聚乙烯,下同)管耐腐蚀性能好、焊接简单、使用寿命长等优点以及目前它在实际工程中的成功应用,PE管在燃气管道上的广泛使用已成为大势所趋。此时,对PE管性能的研究就显得重要起来。本课题旨在把有限元软件中的热力分析功能应用到PE管在不同土壤温度环境下、管材热应力应变方面的研究上去,结合实际数据,建立合理的分析模型,对PE管材进行比较精确的热分析,观察PE管在不同的土壤温度条件下应力应变情况。以便在实际工程中铺设PE管道时,考虑温度对其影响并在土壤温度变化较大时(如季节变化)对PE管采取有效的保护措施,延长PE管的使用寿命本文利用ANSYS软件热分析功能,建立PE燃气管有限元模型,对PE燃气管在土壤温度为10℃、20℃、30℃,管内壁温度15℃不变的情况下,管道壁面的温度分布、应力分布进行模拟计算,分析结果表明:管壁温度分布总是取决于管壁两端热源的温度,热源温度较高的地方,靠近此端管壁的温度较高。与此同时,对管壁应力计算结果进行总体分析,可以得出:同一土壤温度下,管壁靠近温度较高的地方热应力值较大,应力越值大对应的应变变形趋势越强,即对材料强度的破坏越强;不同土壤温度下,土壤温度越高,管壁热应力值越大,此时与应力对应的应变也越明显。由上面的分析可以总结为:管壁温度越高,管壁材料的应力值越大,由应力应变关系图可知,应力值越大对应的材料应变值越大,应变大对材料使用强度影响大,因此影响塑料管道的运行压力,可能致使管道必须降低一个标准运行。当应力达到某一极限值时,会给材料带来高强度的破坏,因此,PE管道在运行时,土壤温度不宜过高。当土壤温度超过20℃时,燃气用PE管道必须降低一个压力等级来确保系统运行安全。
