1、2011-9-231壓力管道基本荷載持續(xù)性荷載包括重量W和壓力P，其中重量包含管道、介質(zhì)、閥門、法蘭、附加重量等熱脹（位移）荷載包括沉降、設(shè)備位移、振動、熱脹/冷縮位移偶然荷載包括風(fēng)、雪、安全閥泄放、水錘氣錘等。壓力管道柔性設(shè)計、田野市計算機(jī)技術(shù)公司2011-9-232管道柔性設(shè)計的目的管道柔性設(shè)計的目的就是使管道系統(tǒng)具有足夠的柔性，以防止下列情況的出現(xiàn)：因應(yīng)力過大金屬的疲勞破壞管道的推力過大導(dǎo)致管支架的失效設(shè)備管口的推力過大導(dǎo)致轉(zhuǎn)動設(shè)備無法啟動、設(shè)備振動、壓力容器開孔的局部應(yīng)力等法蘭連接處泄露溫度熱脹將導(dǎo)致管道伸長，管系發(fā)生變形管道柔性直接反映了管道變形的難易程度。管道的變形將吸收熱脹、冷縮

2、、沉降等位移變形。2011-9-233管道柔性評定二次應(yīng)力由位移變形引起的應(yīng)力（沉降、設(shè)備初始位移、振動、熱脹冷縮等）遵循定律：K = F載荷是自限性的疲勞是其主要的破壞形式管道柔性評定應(yīng)力評定（使熱脹滿足二次應(yīng)力對位移疲勞的校核要求）推力評定-設(shè)備管口推力的評定（依據(jù)廠家提供或遵循相關(guān)的設(shè)備規(guī)范，如API610、NEMA SM23、API617、API661等）-作用于管支架、固定點(diǎn)、樓板、等結(jié)構(gòu)的推力（依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計承載能力）位移的評定管道變形的線位移和角位移預(yù)防碰撞、支架脫落、不超過所允許的正常角位移2011-9-234管道柔性評定二次應(yīng)力二次應(yīng)力校核公式:iMSE = SA = f (

3、1.25Sc + 1.25Sh s) ZP通過控制彎矩來控制 = PL3 / 12 EIM = PL/2P = 12EI / L3M = 6EI / L2懸臂梁模型SE = i6EI / (Z L2) = i6ER / L2or:3SEj =i6ER Lj / (Lk )管道柔性評定二次應(yīng)力2011-9-235管道柔性評定推力冷態(tài)安裝態(tài)的推力計算考慮自重、冷緊、彈簧冷載、壓力的影響熱態(tài)工作狀態(tài)的推力計算對推力的計算要綜合考慮熱脹、冷縮、設(shè)備的端點(diǎn)附加位移、沉降、冷緊、支架剛度與布置管道柔性評定二次應(yīng)力SE = i6ER / L2 SA增加管道的非約束段長度能夠解決二次應(yīng)力的問題添加膨脹彎成為解

4、決二次應(yīng)力的典型方法:2011-9-236管道柔性評定熱脹荷載 =Pl / AE其中:=管子在載荷作用下的軸向壓縮量P=作用在管子上的壓縮載荷 A=管子的橫截面積E=管子材料的彈性模量使上述兩式相等，軸向力可以按下式估算: l=Pl / AE ，或P=AE管道柔性評定熱脹荷載=al=無約束的管子的熱態(tài)軸向伸長量=材料從環(huán)境溫度到操作溫度的線性熱態(tài)膨脹量L=管子的長度2011-9-237影響管道柔性的空間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，一般不會將管道在兩點(diǎn)之間直接連接增加彎頭的個數(shù)將使管道的柔性增加-在膨脹量一定的情況下，使用多個彎頭來吸收變形-自然補(bǔ)償器原理改善彎頭的變形能力將使管道的柔性增加-要改善彎頭本身的

5、變形能力，要使其抗彎截面模量減小，進(jìn)而使彎頭截面更加容易橢圓化。通過改變彎頭的彎曲半徑可以實(shí)現(xiàn)這個目的。這樣是安全的嗎？影響管道柔性的結(jié)構(gòu)尺寸在管道系統(tǒng)不知形式，支架布置等外部邊界條件不變的情況下，管道本身的結(jié)構(gòu)尺寸將對管道的柔性產(chǎn)生影響。減小管道元件的直徑或者壁厚將使管道端點(diǎn)的推力減小，對于并行布置的一些列管道，在支架布置也相同的情況下，管道的直徑和壁厚越小，管道的柔性就越好。改變現(xiàn)有的自然補(bǔ)償器的尺寸，將有助于改善管道對現(xiàn)有變形的吸收能力。例如增加自然補(bǔ)償器的臂長等2011-9-238影響管道柔性的空間K=柔性系數(shù)由上，柔性系數(shù)K值代表了彎頭相對于等長度和截面模量的直管道的比值影響管道柔性

6、的空間M L = E I2011-9-239影響管道柔性的空間consider a thin slice taken betn two radial planes XX & YY影響管道柔性的空間2011-9-2310影響管道柔性的空間此時的彎頭會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，這是能夠引入應(yīng)力增大系數(shù)的概念來計算彎頭處的應(yīng)力彎頭的變形加劇將導(dǎo)致彎頭處應(yīng)力變大，即彎頭的柔性越好，應(yīng)力效果越差。反之彎頭的柔性越差應(yīng)力水平越好壓力對彎頭柔性的影響。-當(dāng)彎頭為吸收管道的熱位移而發(fā)生變形時，彎頭受彎矩作用而產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的角度變形，而彎頭由于受到管道內(nèi)壓的作用還會產(chǎn)生變直的彎矩，此時將對彎頭吸收熱脹變形產(chǎn)生影響。需要對

7、彎頭柔性系數(shù)和應(yīng)力增大系數(shù)的計算進(jìn)行修正。影響管道柔性的空間管壁上的環(huán)向應(yīng)力2011-9-2311影響管道柔性的管道邊界條件剛度管道管口連接處剛度支架約束點(diǎn)的布置和支架剛度影響管道柔性的空間管道直徑8 寸, 標(biāo)準(zhǔn)壁厚材料ASTM A-53 Gr. B設(shè)計溫度315 C設(shè)計壓力2 bar腐蝕余量0.8 mm保溫厚度75 mm保溫材料硅酸鈣介質(zhì)密度 0.8SG校核規(guī)范 B31.3結(jié)果比對2011-9-2312影響管道柔性的管道邊界條件剛度管道支架在系統(tǒng)當(dāng)中起到對系統(tǒng)的約束作用，同時也限制了系統(tǒng)的位移變形在系統(tǒng)當(dāng)中不要添加過多的軸向限位，否則將組織管道的軸向位移的傳導(dǎo)。影響管道柔性的管道邊界條件剛度

8、管道的兩端是要與設(shè)備管口相連接的，如果將設(shè)備的管口是為固定端，往往會導(dǎo)致大的管口推力。接口處得剛度能夠決定吸收變形的能力對于轉(zhuǎn)械一般用初始位移來模擬，考慮成固定端不一定是最保守的對于壓力容器等設(shè)備，除初始位移之外。在管口受到外部施加的力或力矩時，將產(chǎn)生微量變形。此時將對管道應(yīng)力和管口推力的計算產(chǎn)生影響。詳見WRC297或者壓力容器相關(guān)的規(guī)范。2011-9-2313影響管道柔性的管道邊界條件剛度現(xiàn)有的剛度支架在計算時往往當(dāng)做純剛性來考慮，但是的支架同樣有結(jié)構(gòu)的支撐。會有撓度變形注意最好不要選擇性地對某些約束輸入柔性而其他的則不輸入.這將造成載荷的不正確分布，產(chǎn)生非保守的結(jié)果影響管道柔性的管道邊界

9、條件剛度管道支架在起到約束作用的同時，其自身的約束剛度將對結(jié)構(gòu)的變形有較明顯的影響，并且對載荷的分配計算產(chǎn)生影響2011-9-2314簡單管系柔性的快速檢查何為簡單管系？與有成功的使用記最的管道系統(tǒng)完全相同或未作改變的管道;與以前分析過的系統(tǒng)相比較，能容易地判斷其具有適當(dāng)?shù)娜嵝韵到y(tǒng)具有的尺寸 不多于兩個固定點(diǎn) 無中間約束并且符合經(jīng)驗(yàn)公式（如下）的限制范圍者DY/(L U)2 K1D =管道外徑, inY =由管道系統(tǒng)吸收的全部位移應(yīng)變的且和，in L=管道固定點(diǎn)間的展開長度， ftU =固定點(diǎn)間的直線距離， ft K1 =208 000 SA/Ea, (mm/m)2= 30 SA/Ea, (i

10、n./ft)2影響管道柔性的剛性元件是指剛度比較大的管道元件，如閥門、法蘭、過濾器等元件，自身剛度較大，自身無法變形高壓系統(tǒng)中的管道元件，在高壓或者壓系統(tǒng)中，往往彎頭等管道元件需要定制，定制的彎頭一般沒有柔性，要當(dāng)做剛性元件來考慮。管道系統(tǒng)的摩擦力，管道的摩擦力會對管道的熱變形產(chǎn)生阻礙作用，可能會使管道的熱脹無法傳導(dǎo)。2011-9-2315管道柔性改善的方法改變管道結(jié)構(gòu)管道的位移變形的吸收需要體現(xiàn)在柔性元件中，最簡單的柔性元件為彎頭。通常管道設(shè)計會通過改變管道的以增加系統(tǒng)中彎頭的個數(shù)來達(dá)到增大柔性的目的：在長直管道中，在管道中增加行補(bǔ)償器是最常見的，能夠減小管道的應(yīng)力和推力改變管道的空間以增加

11、柔性。在正常的管道布置中，在考慮設(shè)備位置、支架生根條件、操作要求后往往要求管道盡量短，以便節(jié)省材料，減小沿程阻力等。簡單管系柔性的快速檢查Kellogg的方法此方法來源于B31的方法2011-9-2316管道柔性改善的方法管道柔性改善的方法一般來講性補(bǔ)償器都是二維的，當(dāng)如果由于空間、美觀、支架生根點(diǎn)的問題，也可以采取三維布置的補(bǔ)償器此時的結(jié)構(gòu)尺寸中W、H相當(dāng)于二維尺寸的0.7倍，豎直管段高度大概在，小管道800mm到1000mm，大管道1500mm到2500mm2011-9-2317管道柔性改善的方法管口柔性連接橡膠連接器金屬軟管對溫度高系統(tǒng)較敏感，可用于設(shè)備接口處、以減小管口推力管道柔性改善

12、的方法金屬波紋管需要管道支架輔助或者拉桿附件典型應(yīng)用在大口徑、高溫、非高壓系統(tǒng)膨脹節(jié)由于 等問題，對系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定性有影響，在調(diào)整管道柔性時優(yōu)先考慮自然補(bǔ)償。膨脹節(jié)具體講解2011-9-2318管道柔性改善的方法使用彈簧支吊架增加管道柔性彈簧相對于普通的剛性支吊架來說能夠在起到約束作用的同時允許管道變形，使管道變形能夠被 。進(jìn)而增大了管道的柔性。使用阻尼器替代導(dǎo)向支架在抵抗偶然荷載時，例如 、水錘、氣錘時，設(shè)計 需要加限制偶然荷載的導(dǎo)向或者止推，這是也同時限制了管道的熱變形。而要綜合考慮兩方面，阻尼器是不錯的替代。管道柔性改善的方法2011-9-2319典型設(shè)備連接管道的柔性設(shè)計)管溫正處掃管道柔性改善的方法管道做冷緊以減小管口的推力冷緊是指在安裝時使管道產(chǎn)生一個初始位移和應(yīng)力的 法。