【正文】 全國壓力管道設(shè)計審批人員考核培訓(xùn)教材3.13.τmax ＝Mn/WnWn＝π（D4－d4）/16D式中τmax――最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；Mn――管道截面上的內(nèi)力矩，Wn――管道的抗扭截面模量，D、d――管道的內(nèi)外徑，[τ]――材料的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力，MPa。A＝F/[σ]式中F――管道受力（拉力時為正，壓力時為負），N；σ――管道截面的應(yīng)力（拉力時為正，壓力時為負），MPa；A――管道的截面積，[σ]――材料的許用應(yīng)力，MPa。蠕變和應(yīng)力松馳兩種現(xiàn)象的實質(zhì)是相同的，都是高溫下隨時間發(fā)生的非彈性變形的積累過程。柔性系數(shù)和應(yīng)力增強系數(shù)是在進行管道柔性設(shè)計中考慮彎管、三通等管件柔性和應(yīng)力的影響所采用的系數(shù)。 彎管、彎頭及斜接彎頭；3) S = [1/(2)1/2][(σ1－σ2)2 ＋(σ2－σ3)2＋(σ3－σ1)2 ] 1/2它認為引起材料屈服破壞的主要因素是材料內(nèi)的變形能。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達到材料單項拉伸斷裂時的最大應(yīng)力值，材料即發(fā)生斷裂破壞。9）壓力容器管口的允許推力和力矩應(yīng)由壓力容器設(shè)計單位提出，否則，管道施加在壓力容器的力和力矩應(yīng)由壓力容器設(shè)計單位確認.第六章 蒸汽輪機管口的允許推力和力矩應(yīng)符合NEMA SM23的規(guī)定；(3)m)；Cl――估計的自均衡系數(shù)；σr ――管道由于熱脹冷縮和其他位移產(chǎn)生的二次應(yīng)力，MPa。 當(dāng)計算的應(yīng)力范圍不能滿足式（5－4）要求、且內(nèi)壓和外部持續(xù)荷載產(chǎn)生的一次縱向應(yīng)力σL低于[σ]t時允許將[σ]t與σL的差值加在許用應(yīng)力范圍中，以擴大二次應(yīng)力的許用范圍。 管道的布置及支架設(shè)置在滿足柔性設(shè)計的要求同時還要滿足防振設(shè)計要求。 11. 在管道柔性設(shè)計中，計算溫度取正常操作溫度，是否總是偏于安全？答：在管道柔性設(shè)計中，計算溫度取正常操作溫度，并非總是偏于安全的。(2)封頭斜插管口熱膨脹量的計算封頭斜插管口有兩個方向的熱膨脹，即垂直方向和水平方向的熱膨脹，垂直方向的熱膨脹量計算同（5－1）式，水平方向的熱膨脹量按下式計算：ΔX = Lαl(t －to)力的單位為N，面積單位為mm2。 根據(jù)NEMA SM23的要求，汽輪機管口受力應(yīng)滿足什么要求？答：NEMA SM23對汽輪機管口受力的限制如下：定義機軸方向為X方向，鉛垂向上方向為+Y，汽輪機各管口受力必須滿足下列各項要求；(l)作用于任一管口上的合力及合力矩應(yīng)滿足以下要求：＋MR≤式中 De――當(dāng)量直徑，mm；當(dāng)管口公稱直徑不大于200時，De=管口公稱直徑；當(dāng)管口公稱直徑大于200時，De=(管口公稱直徑+400)/3；FR――單個管口上的合力，當(dāng)接管采用無約束膨脹節(jié)時應(yīng)包括壓力產(chǎn)生的作用力(凝汽式汽輪機垂直向下出口可不考慮膨脹節(jié)內(nèi)壓推力)，N；MR――單個管口上的合力矩，N二次應(yīng)力過大時，將使管道產(chǎn)生疲勞破壞。 動力分析包括：(l)管道自振頻率分析――防止管道系統(tǒng)共振；(2)管道強迫振動響應(yīng)分析――控制管道振動及應(yīng)力；(3)往復(fù)壓縮機氣柱頻率分析――防止氣柱共振；(4)往復(fù)壓縮機壓力脈動分析――控制壓力脈動值。2. (4)以8675 N對應(yīng)的VS30刻度值向下l2 mm 查得安裝荷載為10469 N。 PG――工作荷載；PA――安裝荷載。 在管道柔性設(shè)計中，應(yīng)考慮支架摩擦力的影響，摩擦系數(shù)應(yīng)按下表選取。 當(dāng)該條與上述兩條發(fā)生沖突肘，應(yīng)考慮改變管系的走向，最終使上兩條要求得到滿足；(4) 支吊架應(yīng)盡可能利用已有的建構(gòu)筑梁柱、平臺、設(shè)備本體、加熱爐鋼結(jié)構(gòu)、地面等作為生根點。上述的兩個條件有時是矛盾的，即最理想的支撐位置并不一定具備支架生根條件，可用的生根條件并不一定滿足最理想的支架型式需要。 恒力彈簧支吊架的選用換句話說，吊架的承載能力與其結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。1) 彈簧串聯(lián)時，應(yīng)選最大載荷相同的彈簧，即彈簧的牌號相同，以保證每個彈簧的工作載荷和安裝載荷都落在允許范圍內(nèi)，而此時每個彈簧變形量則按其剛度的大小成反比分配。與熱態(tài)吊零相反，此時在熱態(tài)情況下管系各支撐點承受的自重載荷已不在均勻，而總載荷(包括位移載荷)則是自然分配。常用可變彈簧支吊架系列國家標(biāo)準GB1018S共給出了A、B、C、D、E、F、G七種標(biāo)準型式，見圖所示。 1)2)防振支架常用于控制或緩解往復(fù)式機泵迸出口管道或由地震、風(fēng)載荷、水擊、安全閥排出反力引起的管道振動場合。3)固定支架固定支架可限制管道支撐點三個方向的線位移和三個方向的角位移，因此它常用于管道上不允許有任何位移的地方。4.常用強型的可變彈簧支吊架有支、吊兩種，根據(jù)載荷情況和受力條件還可采用串聯(lián)和并聯(lián)兩種型式。在工作工況下，當(dāng)支撐點有豎直方向的熱位移或附加位移時，會使管道脫離支架(俗稱支架脫空)而起不到支撐作用，或使支架被頂死而產(chǎn)生較大的管系力，此時應(yīng)采用下面將要介紹的彈簧支吊架。 支撐件將管道支撐在它的上方時，這類支撐件叫做支架。 Di――管道內(nèi)徑，mm；Do――管道外徑，mm。 (l) 剛度條件：Ll = (EtI/ q) 1/4對于材料在陽變溫度下工作的管道。連接轉(zhuǎn)動設(shè)備的管道不應(yīng)采用冷緊由于施工誤差使得冷緊量難于控制，另一方面，在管道安裝完成后要將與敏感設(shè)備管口相連的管法蘭卸開，以檢查該法蘭與設(shè)備法蘭的同軸度和平行度，如果采用冷緊將無法進行這一檢查。 試驗后應(yīng)將臨時支架拆除。此種膨脹節(jié)能吸收軸向位移和/或橫向位移。 1) 熱伸長量取正直第二種方法注意如下四點。1)式 ( l ）不適用于下列管道： (1) 在劇烈循環(huán)條件下運行，有疲勞危險的管道：(2) 大直徑薄壁管道(管件應(yīng)力增強系數(shù)i≥5）：(3) 不在這接固定點方向的端點附加位移量占總位移量大部分的管道；(4) 與離心泵連接管道柔性設(shè)計方法的選擇7)進出反應(yīng)器的高溫管道；4)10. 儲罐等設(shè)備基礎(chǔ)沉降在連接管口處產(chǎn)生的附加位移；5) 管道端點的附加位移在管道柔性設(shè)計中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應(yīng)考慮下列管道端點的附加位移：1) 溫度修正系數(shù)， 按下表選取。設(shè)計壓力， MPa；D0―― 管道壁厚計算1)2)4.對于襯里管道應(yīng)根據(jù)計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定計算溫度；6)對于無隔熱層管道：介質(zhì)溫度低于65℃時， 取介質(zhì)溫度為計算溫度； 介質(zhì)溫度等于或高于65℃時， 取介質(zhì)溫度的95%為計算溫度；2) 因應(yīng)力過大或金屬疲勞而引起管道破壞；2) 壓力管道柔性設(shè)計常用標(biāo)準和規(guī)范1)SH/T 30412002《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》3)SH 30592001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》5)JB/T 《恒力彈簧支吊架》7)GB/T 127771999《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》9) 專業(yè)職責(zé)1)對重要管線的壁厚進行計算3)特殊管架設(shè)計4.設(shè)置、調(diào)整支吊架11)編制設(shè)計文件15)概述3)應(yīng)用的計算軟件7)壓力管道柔性設(shè)計1. 當(dāng)S0≥D0/6或P/[σ]t ，直管壁厚應(yīng)根據(jù)斷裂理論、疲勞、熱應(yīng)力及材料特性等因素綜合考慮確定。位移荷載，位移荷載包括管道熱脹冷縮位移、端點附加位移、支承沉降等；4)兩相流脈動荷載；8) 利用彈簧支吊架放松約束； 3)與運行良好的管道柔性相同或基本相當(dāng)?shù)墓艿溃?) 和SH/T 30412002中的公式一致1)建立坐標(biāo)系， 端點附加位移和熱伸長量與坐標(biāo)軸同向取 “＋”， 與坐標(biāo)軸反向取 “－”。 補償器的形式壓力管道設(shè)計中常用的補償器有三種： Π型補償器、波形補償器、套管式或球形補償器2. 波形補償器的形式及適用條件(1)直管段使用軸向位移型；(2)兩個方向位移的L形，Z形管段使用角型；(3)三個方向位移的Z形管段使用萬向角型；(4)吸收平行位移的使用橫向型。拉桿能約束波紋管壓力推力. 常用于管道方向改變處；(7) 直管壓力平衡型膨脹節(jié)，一般位于兩端的兩個工作波紋管及有效面積等于二倍工作波紋管有效面積、位中間的一個平衡波紋管組成，兩套拉桿分別將每一個工作波紋管與平衡波紋管相互連拔起來。3.冷緊冷緊可降低操作時管道對連接設(shè)備或固定點的推力和力矩， 防止法蘭連接處彎矩過大而發(fā)生泄漏。3)對于材料在非蠕變溫度下工作的管道。(裝置內(nèi))2.用來控制管道的振動、擺動或沖擊。用可以空間擺動的支撐件 (吊桿)將管道吊在其下面支撐時，這類支撐件叫做吊架。剛性支吊架剛性支吊架僅限制管道一個方向(通常為Y方向)的自由度。如果支撐點豎直方向的熱位移或附加位移比較小而且又位于容易接近的地方時，采用可調(diào)剛性支吊架比彈簧支吊架會更經(jīng)濟、更方便。4) 固定支架一般同時又能起承重作用。 應(yīng)該說，前面所講的支吊架類型中，除吊架以外，其它支架都在某種程度上起到防振作用，但它們中要么防振作用的效果不好，要么會帶來其它問題(如降低或限制了管系的熱補償能力)，因此，工程上對于防振情況則給出了專用支架。 式中F――彈簧被壓縮或被拉長δ量時所需要的力，N；K――彈簧剛度，N/mzmδ――彈簧被壓縮或被拉伸的變形量，mm。 δ1――彈簧預(yù)壓縮的變形量，mmF1――彈簧預(yù)壓縮時的壓縮力，N；F、δ、k――意義同前。A型――上螺紋懸吊型；B型――單耳懸吊型；C型――雙耳懸吊型；D型――上調(diào)節(jié)擱置型；E型――下調(diào)節(jié)擱置型；F型――支撐擱置型；G型――并聯(lián)懸吊型。為防止可變彈簧支吊架引起管系在熱態(tài)或冷態(tài)時有較大的載荷轉(zhuǎn)移，工程上?？刂扑妮d荷變化率不超過25％。2)可變彈簧支吊架的安裝要求可變彈簧支吊架在安裝前務(wù)必要壓縮到要求的安裝定位刻度 (與安裝載荷對應(yīng)的刻度值)，并用定位銷進行定位。 恒力彈簧支吊架當(dāng)管系在支撐點的豎向位移較大而選用可變彈簧會引起較大的載荷轉(zhuǎn)移時，應(yīng)考慮選用恒力彈簧支吊架。 因此，支撐點的管道載荷是選擇恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。 在管道中多設(shè)彈簧支吊架更安全嗎？ 不一定更安全，因為彈簧支吊架的剛度遠低于剛性支吊架，所以過多設(shè)置彈簧支吊架會使管系各點位移方向失去控制，管系穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生偏斜和振動。要處理好這樣的問題是比較難的，或者說要將它上升到理論上去論述是比較難的，有時工程經(jīng)驗比理論更適用。對于有可能集中支撐的管道，應(yīng)盡可能選擇適宜的地方和方式集中支撐；(5) 支吊架位置應(yīng)不妨礙操作人員的通行、設(shè)備的檢修和管道的拆卸等；(6) 支吊架的位置尚應(yīng)考慮經(jīng)濟性原則。固定支架位置的確定固定支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：(1) 對于復(fù)雜管系，可用固定支架將它劃分成幾個形狀較先簡單的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等，以便分段遇行分析計算和柔性設(shè)計；(2) 確定管道固定支架位置時，應(yīng)使其有利于兩固定點之間管段的自然補償；(3) 選用π形補償器時，宜將其設(shè)置在兩固定支架的中部不能位于兩固定支架的中部時，π型補償器距固定支架的距離不宜小于兩支架間距的1/3；(4) 固定支架宜靠近需要限制分支管位移的地方；(5) 固定支架應(yīng)設(shè)置在需要承受管道振動、沖擊載荷或需要限制管道多方向位移的地方；(6) 迸出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置分界處設(shè)固定支架；(7) 落地生根的調(diào)節(jié)閱組、蒸汽分配管、其它閥組和分配管等，應(yīng)一端設(shè)固定支架，但此時固定支架的位置不應(yīng)阻礙管系的熱補償。限位支架位置的確定限位支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：(1) 限位支架在某些場合可代替固定支架，如補償器的兩端，裝置邊界線的管道固定點等；(2) 在熱態(tài)情況下，當(dāng)管系的熱脹方向朝向敏感設(shè)備嘴子時，可在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置逆熱膨脹方向的止推支架；(3) 剛度較大的管道對設(shè)備、設(shè)備基礎(chǔ)等產(chǎn)生較大推力時，可在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)止推支架。 2)當(dāng)采用吊桿或彈簧吊架承受管道荷載時，可不考慮摩擦力的影響。例1：某根管道的工作荷載為7628 N，運行時位移向上，位移量為10 mm，根據(jù)管道安裝要求，需采用A型吊架，試選擇吊架型號：解：(l)查表15242，暫定該吊架位移范圍為VS30(2)在表15242的中線和上粗線之間查得工作荷載(基本荷載)為7628 N的彈簧編號為13。(5)驗算彈簧荷載變化率：[(|8675－10469|)/8675] X 100％＝％ 25％(6)選用吊架型號為VS30G13第五章使設(shè)備管口載荷符合制造商的要求或公認的標(biāo)準；3) 3.建立計算模型（編節(jié)點號），進行計算機應(yīng)力分析時，管道軸測圖上需要提供給計算機軟件數(shù)據(jù)的部位和需要計算機軟件輸出數(shù)據(jù)的部位稱作節(jié)點：(1) 管道端點(2) 管道約束點、支撐點、給定位移點(3) 管道方向改變點、分支點(4) 管徑、壁厚改變點(5) 存在條件變化點（溫度、壓力變化處）(6) 定義邊界條件（約束和附加位移）(7) 管道材料改變處（包括剛度改變處，如剛性元件）(8) 定義節(jié)點的荷載條件（保溫材料重量、附加力、風(fēng)載、雪載等）