常见管道材料的热膨胀率

在现代暖通空调、能源和加工工业中，管道材料的选择不仅仅是成本或标准实践，还涉及预测动态气候和极端操作温度驱动的膨胀和收缩风险。了解热膨胀率常见管道材料的使用是性能、可靠性和生命周期成本优化的基础。

高层视图

Thermal expansion (or contraction) in pipes occurs when temperature changes—be it from media flow, ambient conditions, solar gain, or wind chill. Left unaccounted for, expansion leads to misalignment, mechanical stress, and even system failure.

线性膨胀计算公式：

$$X = L \times (T_2 – T_1) \times C_{\text{exp}}$$

• X: Change in length (meters)
• 大号: Original length (meters)
• T1/T2: Initial and final temperature (°C)
• 经验值: Coefficient of thermal expansion (per °C)

关键模式和量化指标

Different materials expand at different rates, and plastics outpace metals by an order of magnitude—critical for mixed-material system designs. Below are coefficients (as per reliable industry tables):

材料	Coefficient (x10⁻⁶ /°C)	Example: ΔL per meter from 0–100°C (mm)
铜	16.4	1.64
碳素钢	12.2	1.22
Stainless Steel (Austenitic)	16.3	1.63
Stainless Steel (Ferritic)	10.9	1.09
铸铁	11.0	1.10
ABS (Plastic)	100	10.0
聚氯乙烯	80	8.0
PE (Polyethylene)	200	20.0
PP (Polypropylene)	150	15.0

关键见解：

• Plastics (ABS, PVCu, PE, PP) expand anywhere from 5× to 15× more than most metals for the same temperature range1.
• 每升高 10°C，聚乙烯管每米膨胀 2 毫米，而碳钢管仅膨胀 0.12 毫米。

Actionable Table: Expansion Rates (mm per Meter)

温度变化 °C	铜	碳素钢	不锈钢	铸铁	ABS	聚氯乙烯	PVCC	PE	PP
10	0.16	0.12	0.16	0.11	1.00	0.80	0.70	2.00	1.50
20	0.33	0.24	0.33	0.22	2.00	1.60	1.40	4.00	3.00
30	0.49	0.37	0.49	0.33	3.00	2.40	2.10	6.00	4.50
40	0.66	0.49	0.65	0.44	4.00	3.20	2.80	8.00	6.00
50	0.82	0.61	0.82	0.55	5.00	4.00	3.50	10.00	7.50
60	0.98	0.73	0.98	0.66	6.00	4.80	4.20	12.00	9.00
70	1.15	0.85	1.14	0.77			4.90		10.50
80	1.31	0.98	1.30	0.88			5.60		12.00
90	1.48	1.10	1.47	0.99
100	1.64	1.22	1.63	1.10
110	1.80	1.34	1.79	1.21
120	1.97	1.46	1.96	1.32
130	2.13	1.59	2.12	1.43
140	2.30	1.71	2.28	1.54
150	2.46	1.83	2.45	1.65
160	2.62	1.95	2.61
170	2.79	2.07	2.77
180	2.95	2.20	2.93
190	3.12	2.32	3.10
200	3.28	2.44	3.26
210		2.56	3.42
220		2.68	3.59
230		2.81	3.75
240		2.93	3.91
250		3.05	4.08
260		3.17	4.24
270		3.29	4.40
280		3.42	4.56
290		3.54	4.73
300		3.66	4.89

战略要点和主动建议

• 塑料管道 (e.g., PE, PP) requires deliberate expansion joints or directional changes to avoid failure under fluctuating temperatures—especially outdoors or near machinery.
• 金属配管 不太容易受到影响，但在长期运行或温度波动超过 100°C 的系统中仍然会积累显着的应力。
• 留有余量的设计：使用膨胀公式计算管道整个工作温度范围内的总预期增长/收缩，并相应地指定补偿器、导向器或锚固件。
• 混合系统：永远不要假设兼容性——始终计算连接材料的差异运动。

识别、量化、优化
对于新安装或改造：

• 审核所有相关管道的极端温度。
• 计算每种材料最坏情况下的膨胀。
• 指定缓解措施：例如，膨胀环、柔性连接器。

管道热膨胀计算器