管道應(yīng)力分析

第一章任務(wù)與職責管道柔性設(shè)計的任務(wù)壓力管道柔性設(shè)計的任務(wù)是使整個管道系統(tǒng)具有足夠的柔性，用以防止由于管系的溫度、自重、內(nèi)壓和外載或因管道支架受限和管道端點的附加位移而發(fā)生下列情況；因應(yīng)力過大或金屬疲勞而引起管道破壞；管道接頭處泄漏；管道的推力或力矩過大，而使與管道連接的設(shè)備產(chǎn)生過大的應(yīng)力或變形，影響設(shè)備正常運行；管道的推力或力矩過大引起管道支架破壞；壓力管道柔性設(shè)計常用標準和規(guī)范GB50316-2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》SH/T3041-2002《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》SH3039-2003《石油化工非埋地管道抗震設(shè)計通則》SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》SH3073-95《石油化工企業(yè)管道支吊架設(shè)計規(guī)范》JB/T8130.1-1999《恒力彈簧支吊架》JB/T8130.2-1999《可變彈簧支吊架》GB/T12777-1999《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》HG/T20645-1998《化工裝置管道機械設(shè)計規(guī)定》GB150-1998《鋼制壓力容器》專業(yè)職責應(yīng)力分析(靜力分析動力分析)對重要管線的壁厚進行計算對動設(shè)備管口受力進行校核計算特殊管架設(shè)計工作程序工程規(guī)定管道的基本情況用固定點將復(fù)雜管系劃分為簡單管系，盡量利用自然補償用目測法判斷管道是否進行柔性設(shè)計L型U型管系可采用圖表法進行應(yīng)力分析6） 立體管系可采用公式法進行應(yīng)力分析7） 宜采用計算機分析方法進行柔性設(shè)計的管道8） 采用CAESARII進行應(yīng)力分析9） 調(diào)整設(shè)備布置和管道布置10） 設(shè)置、調(diào)整支吊架11） 設(shè)置、調(diào)整補償器12） 評定管道應(yīng)力13） 評定設(shè)備接口受力14） 編制設(shè)計文件15） 施工現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)5. 工程規(guī)定1） 適用范圍2） 概述3） 設(shè)計采用的標準、規(guī)范及版本4） 溫度、壓力等計算條件的確定5） 分析中需要考慮的荷載及計算方法6） 應(yīng)用的計算軟件7） 需要進行詳細應(yīng)力分析的管道類別8） 管道應(yīng)力的安全評定條件9） 機器設(shè)備的允許受力條件（或遵循的標準）10） 防止法蘭泄漏的條件11） 膨脹節(jié)、彈簧等特殊元件的選用要求12） 業(yè)主的特殊要求13） 計算中的專門問題（如摩擦力、冷緊等的處理方法）14） 不同專業(yè)間的接口關(guān)系15） 環(huán)境設(shè)計荷載16） 其它要求第二章壓力管道柔性設(shè)計管道的基礎(chǔ)條件包括：介質(zhì)溫度壓力管徑壁厚材質(zhì)荷載端點位移等。管道的計算溫度確定管道的計算溫度應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計條件及下列要求確定:1） 對于無隔熱層管道：介質(zhì)溫度低于65r時，取介質(zhì)溫度為計算溫度；介質(zhì)溫度等于或高于65r時，取介質(zhì)溫度的95%為計算溫度；2） 對于有外隔熱層管道，除另有計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)外，應(yīng)取介質(zhì)溫度為計算溫度；3） 對于夾套管道應(yīng)取內(nèi)管或套管介質(zhì)溫度的較高者作為計算溫度；4） 對于外伴熱管道應(yīng)根據(jù)具體條件確定計算溫度；5） 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） 對于安全泄壓管道，應(yīng)取排放時可能出現(xiàn)的最高或最低溫度作為計算溫度；7） 進行管道柔性設(shè)計時，不僅應(yīng)考慮正常操作條件下的溫度，還應(yīng)考慮開車、停車、除焦、再生及蒸汽吹掃等工況。管道安裝溫度宜取20r（除另有規(guī)定外）。管道計算壓力應(yīng)取計算溫度下對應(yīng)的操作壓力。管道鋼材參數(shù)按《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》SH/T3041-2002執(zhí)行1） 鋼材平均線膨脹系數(shù)可參照附錄A選取。2） 鋼材彈性模量可參照附錄B選取。3） 計算二次應(yīng)力范圍時，管材的彈性模量應(yīng)取安裝溫度下鋼材的彈性模量。管道壁厚計算1）內(nèi)壓金屬直管的壁厚根據(jù)SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》確定：當S0<Do/6時，直管的計算壁厚為：S0=PD0/（2g]t①+2PY）直管的選用壁厚為：S=S0+C式中S0 直管的計算壁厚，mm；P——設(shè)計壓力，MPa；D0 直管外徑，mm；g]t――設(shè)計溫度下直管材料的許用應(yīng)力，MPa；①一一 焊縫系數(shù)，對無縫鋼管，0=1；S――包括附加裕量在內(nèi)的直管壁厚，mm；C――直管壁厚的附加裕量，mm；溫度修正系數(shù)，按下表選取。當S0>D0/6或P/g]t>0.385時，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。2）對于外壓直管的壁厚應(yīng)根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定的方法確定。管道上的荷載管道上可能承受的荷載有：1） 重力荷載，包括管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等；2） 壓力荷載，壓力荷載包括內(nèi)壓力和外壓力；3） 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） 風(fēng)荷載；5） 地震荷載；6） 瞬變流沖擊荷載，如安全閥啟跳或閥門的快速啟閉時的壓力沖擊；7） 兩相流脈動荷載；8） 壓力脈動荷載，如往復(fù)壓縮機往復(fù)運動所產(chǎn)生的壓力脈動；9） 機器振動荷載，如回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動。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） 靜設(shè)備熱脹冷縮時對連接管道施加的附加位移；2） 轉(zhuǎn)動設(shè)備熱脹冷縮在連接管口處產(chǎn)生的附加位移；3） 加熱爐管對加熱爐進出口管道施加的附加位移；4） 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） 不和主管一起分析的支管，應(yīng)將分支點處主管的位移作為支管端點的附加位移。管道布置管道的布置盡量利用自然補償能力：1） 改變管道的走向，以增加整個管道的柔性；2） 利用彈簧支吊架放松約束；3） 改變設(shè)備布置。4） 對于復(fù)雜管道可用固定點將其劃分成幾個形狀較為簡單的管段，如L形、n形、Z形等管段。確定管道固定點位置時，宜使兩固定點間的管段能夠自然補償。宜采用計算機分析方法進行詳細柔性設(shè)計的管道操作溫度大于400°C或小于一50°C的管道；進出加熱爐及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；進出反應(yīng)器的高溫管道；進出汽輪機的蒸汽管道；進出離心壓縮機、往復(fù)式壓縮機的工藝管道；與離心泵連接的管道，可根據(jù)設(shè)計要求或按圖1-1確定柔性設(shè)計方法；圖1-1與離心泵連接管道柔性設(shè)計方法的選擇設(shè)備管口有特殊受力要求的其他管道；利用簡化分析方法分析后，表明需進一步詳細分析的管道。不需要進行計算機應(yīng)力分析的管道與運行良好的管道柔性相同或基本相當?shù)墓艿?；和已分析管道相比較，確認有足夠柔性的管道；對具有同一直徑、同一壁厚、無支管、兩端固定、無中間約束并能滿足式(1)和式(2)要求的非極度危害或非高度危害介質(zhì)管道。Do?Y/(L-U)2<208.3 ——(1)Y=(/X2+/Y2+/Z2)1/2 ——(2)式中：DO 管道外徑，mm；Y――管道總線位移全補償值，mm；△x、Ay>Az分別為管道沿坐標軸x、y、z方向的線位移全補償值，mm；L――管系在兩固定點之間的展開長度，m；U――管系在兩固定點之間的直線距離，m。式(l)不適用于下列管道：在劇烈循環(huán)條件下運行，有疲勞危險的管道：大直徑薄壁管道(管件應(yīng)力增強系數(shù)i>5)：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；L/U>2.5的不等腿”U”形彎管，或近似直線的鋸齒狀管道。管道端點無附加角位移時管道線位移全補償值計算當管道端點無附加角位移時，管道線位移全補償值應(yīng)按下列公式計算：/Y=/YB-/YA-/YtAB/Z=/ZB-/ZA-/ZtAB/XtAB=a1(XB-XA)(T-T0)/YtAB=a1(YB-YA)(T-T0)/ZtAB=a1(ZB-ZA)(T-T0)式中：/X、/Y、/Z——分別為管道沿坐標軸X、Y、Z方向的線位移全補償值，mm：/XA、/YA、/ZA——分別為管道的始端A沿坐標軸X、Y、Z方向的附加線位移，mm；/XB、/YB、/ZB——分別為管道的末端B沿坐標軸X、Y、Z方向的附加線位移，mm；/XtAB、/YtAB、/ZtAB——分別為管道AB沿坐標軸X、Y、Z方向的熱伸長值，mm；at 管道材料在安裝溫度與計算溫度間的平均線膨脹系數(shù)，mm/mm?°C；XA、 YA、ZA——管道始端A的坐標值，mm；XB、 YB、ZB——管道末端B的坐標值，mm；T――管道計算溫度，C；T0――管道安裝溫度，C。13.例題利用判別式解題有兩種方法：第一種方法注意如下四點和上面“+”、“一”號的取值。假定一個始端，一個終端始端固定，終端放開熱膨脹方向由始端向終端熱伸長量取正直第二種方法注意如下四點。和SH/T3041-2002中的公式一致假定一個始端，一個終端始端固定，終端放開熱膨脹方向由始端向終端建立坐標系，端點附加位移和熱伸長量與坐標軸同向取“+”，與坐標軸反向取“一”。上題計算如下：/Y=/YB—/YA—/YtAB=0—4—12=—16mm/Y=/YB—/YA—/YtAB=4—(—5)—(—20)=29mm/Z=/ZB—/ZA—/ZtAB=2—0—(—24)=26mmY=(/Y2+/Y2+/Z2)1/2=[(—16)2+292+262]1/2=42.1mmDO.Y/(L—U)2=159*42.1/(14—8.4)2=6693.9/31.36=213.45>208.3所以需要進行詳細分析，與上面的計算結(jié)果不同。這里需要說明的是，不是計算過程錯誤，而是新舊標準管徑取的不一致，新標準為外徑。第三章補償器的選用首先應(yīng)利用改變管道走向獲得必要的柔性，但由于布置空間的限制或其他原因也可采用補償器獲得柔性。補償器的形式壓力管道設(shè)計中常用的補償器有三種：n型補償器、波形補償器、套管式或球形補償器n型補償器n型補償器結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、投資少，在石油化工管道設(shè)計中廣泛采用。采用n形管段補償時，宜將其設(shè)置在兩固定點中部，為防止管道橫向位移過大，應(yīng)在n型補償器兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向架。波形補償器波形補償器，補償能力大、占地小，但制造較為復(fù)雜，價格高，適用于低壓大直徑管道。波形補償器條件比用彎管形式補償器更為經(jīng)濟時或安裝位置不夠時。連接兩個間距小的設(shè)備的管道。其補償能力不夠時。為了減少壓降，推力或振動，在工藝過程上可行而且在經(jīng)濟上合理時。為了保護有嚴格受力要求的設(shè)備嘴子。波形補償器的形式及適用條件直管段使用軸向位移型；兩個方向位移的L形，Z形管段使用角型；三個方向位移的Z形管段使用萬向角型；吸收平行位移的使用橫向型。選用無約束金屬波紋管膨脹節(jié)時應(yīng)注意的問題兩個固定支座之間的管道中僅能布置一個波紋管膨脹節(jié)；固定支座必須具有足夠的強度，以承受內(nèi)壓推力的作用；對管道必須進行嚴格地保護，尤其是靠近波紋管膨脹節(jié)的部位應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向架，第一個導(dǎo)向支架與膨脹節(jié)的距離應(yīng)小于或等于4DN，第二個導(dǎo)向支架與第一個導(dǎo)向支架的距離應(yīng)小于或等于14DN，以防止管道有彎曲和徑向偏移造成膨脹節(jié)的破壞；帶約束的金屬波紋管膨脹節(jié)的類型帶約束的金屬波紋管膨脹節(jié)的共同特點是管道的內(nèi)壓推力(俗稱盲板力)沒有作用于固定點或限位點處，而是由約束波紋管膨脹節(jié)用的金屬部件承受。單式鉸鏈型膨脹節(jié)，由一個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，用于吸收單平面角位移；單式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，由一個波紋管及萬向環(huán)、銷鈾和鉸鏈成，能吸收多平面角位移；復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個波紋管及拉桿組成，能吸收多平面橫向位移和拉桿問膨脹節(jié)本身的軸向位移；復(fù)式鉸鏈型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，能吸收單平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；復(fù)式萬向鉸鏈型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個波紋管及銷軸和鉸鏈板組成，能吸收互相垂直的兩個平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，由一個工作波紋管或用中間管連接的兩個工作波紋管及一個平衡波紋管構(gòu)成，工作波紋管與平衡波紋管間裝有彎頭或三通，平衡波紋管一端有封頭并承受管道內(nèi)壓，工作波紋付和平衡波紋管外端間裝有拉桿。此種膨脹節(jié)能吸收軸向位移和/或橫向位移。拉桿能約束波紋管壓力推力.常用于管道方向改變處；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。此種膨脹節(jié)能吸收軸向位移。拉桿能約束波紋管壓力推力。波紋管膨脹節(jié)在施工安裝中應(yīng)注意的問題膨脹節(jié)的施工和安裝應(yīng)與設(shè)計要求相一致；膨脹節(jié)的安裝使用應(yīng)嚴格按照產(chǎn)品安裝說明書進行；禁止采用使膨脹節(jié)變形的方法來調(diào)整管道的安裝偏差；固定支架和導(dǎo)向支架等應(yīng)嚴格按照設(shè)計圖紙進行施工，需要改動時應(yīng)經(jīng)原分析設(shè)計人員認可；膨脹節(jié)上的箭頭表示介質(zhì)流向，應(yīng)與實際介質(zhì)流向相一致，不能裝反；安裝鉸鏈型膨脹節(jié)時，應(yīng)按照施工圖進行，鉸鏈板方向不能裝錯；在管道系統(tǒng)(包括管道、膨脹節(jié)和支架等)安裝完畢，系統(tǒng)試壓之前，應(yīng)將膨脹節(jié)的運輸保護裝置拆除或松開。按照國標GB/T12777的規(guī)定，運輸保護裝置涂有黃色油漆，應(yīng)注意不能將其他部件隨意拆除；對于復(fù)式大拉桿膨脹節(jié)，不能隨意松動大拉桿上的螺母，更不能將大拉桿拆除；裝有膨脹節(jié)的管道，做水壓試驗時，應(yīng)考慮設(shè)置適當?shù)呐R時支架以承受額外加到管道和膨脹節(jié)上的荷載。試驗后應(yīng)將臨時支架拆除。套管式或球形補償器套管式或球形補償器因填料容易松弛，發(fā)生泄漏，在石化企業(yè)中很少采用。在有毒及可燃介質(zhì)管道中嚴禁采用填料函式補償器。冷緊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。冷緊是將管道的熱應(yīng)變一部分集中在冷態(tài)，在安裝時(冷態(tài))使管道產(chǎn)生一個初位移和初應(yīng)力的一種方法。當管道沿坐標軸X、y、Z方向的冷緊比不同時，每個方向的冷緊值應(yīng)根據(jù)該方向的冷緊進行計算。當管道上有幾個冷緊口時，沿坐標軸X、y、Z方向的冷緊值分別為各冷緊口在相應(yīng)坐標軸方向冷緊值的代數(shù)和。管道采用冷緊時，熱態(tài)冷緊有效系數(shù)取2/3,冷態(tài)取1。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。自冷緊如果熱脹產(chǎn)生的初應(yīng)力較大時，在運行初期，初始應(yīng)力超過材料的屈服強度而發(fā)生塑性變形，或在高溫持續(xù)作用下，管道上產(chǎn)生應(yīng)力松弛或發(fā)生蠕變現(xiàn)象，在管道重新回到冷態(tài)時，則產(chǎn)生反方向的應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為自冷緊。但冷緊不改變熱脹應(yīng)力范圍。冷緊比冷緊比是冷緊值與全補償量的比值。對于材料在陽變溫度下工作的管道，冷緊比宜取0.7。對于材料在非蠕變溫度下工作的管道，冷緊比宜取0.5。第四章支吊架選用管道跨距管道基本跨距的確定實際上就是管系承重支架（或起承重作用的支架）的位置和數(shù)量的確定，也就是說管系中承重支架的位置和數(shù)量應(yīng)滿足管道基本跨距的要求。為了簡化計算，對于水平連續(xù)敷設(shè)的管道，以三跨連續(xù)梁作為計算模型，并按承受均布載禰指管道自重、介質(zhì)重和隔熱材料重之和）分別根據(jù)剛度條件和強度條件計算其最大允許跨距，?。↙l和L2）兩者之間的小值。⑴剛度條件：Ll=0.039（EtI/q）1/4（裝置內(nèi)）L’l=0.048（EtI/q）1/4（裝置外）式中L1、L'1――裝置內(nèi)（外）由剛度條件決定的跨距，m；Et――管材在設(shè)計溫度下的彈性模量，MPa；I――管子扣除腐蝕裕量及負偏差后的斷面慣性矩，mm4；q――每米管道的質(zhì)量，N/m。（2）強度條件：L2=0.1（[g]tW/q）1/2 （不考慮內(nèi)壓）L2=0.071（[g]tW/q）1/2（考慮內(nèi)壓）式中g(shù)]t——管材在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；W――管子扣除腐蝕裕量及負偏差后的抗彎斷面模數(shù)，mm3。I和W分別按以下二式計算：I=n（Do4-Di4）/64W=n（Do4-Di4）/32Do式中Di 管道內(nèi)徑，mm；Do――管道外徑，mm。管道支吊架的形式：管道支吊架的用途為：1）承受管道的重量荷載（包括自重、介質(zhì)重和隔熱材科重等）；2） 限制管道的位移，阻止管道發(fā)生非預(yù)期方向的位移；3） 用來控制管道的振動、擺動或沖擊。因此，管道支撐的位置確定、支撐型式的確定以及管道支吊架本身的強度設(shè)計也主要是圍繞著上述支吊架的三個功能展開的。根據(jù)管道支吊架的用途可以分為三大類：固定架限制了三個方向的線位移和三個方向的角位移；導(dǎo)向架限制了兩個方向的線位移；支托架（或單向止推架）限制了一個方向的線位移。第四部分摩擦系數(shù)1） 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。2） 重要關(guān)系進行應(yīng)力分析時應(yīng)考慮摩擦力對整個管系的受力分配。3） 對于轉(zhuǎn)動設(shè)備應(yīng)盡可能采用吊架，以減少摩擦力對設(shè)備嘴子受力的干擾。4） 當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。例題彈簧支吊架編號（彈簧號）的選定當用計算機程序?qū)艿肋M行應(yīng)力分析時，某些程序有自動選擇彈簧支吊架的功能，人工計算時，可根據(jù)彈簧所能承受的最大荷載和管道最大的垂直位移量選擇彈簧。管道的最大垂直位移量，可按本章第四節(jié)介紹的方法計算，彈簧所承受的最大荷載由下述原則確定。管道熱位移向上時：安裝荷載=工作荷載+位移量x彈簧剛度管道熱位移向下時：安裝荷載=工作荷載一位移繭x彈簧剛度CD42135-89系列彈簧荷載選用見表15-2-42。使用此表時，把管道的基本荷載視為彈簧的工作荷載，再根據(jù)位移方向及大小，在表中查出安裝荷載。查出安裝荷載后，再根據(jù)下式計算荷載變化率，使其小于或等于25%：荷載變化率=[（IPG-PAI）/PG]X100%<25%式中PG——工作荷載；PA—安裝荷載。例1：某根管道的工作荷載為7628N,運行時位移向上，位移量為10mm,根據(jù)管道安裝要求，需采用A型吊架，試選擇吊架型號：解：⑴查表15-2-42，暫定該吊架位移范圍為VS30在表15-2-42的中線和上粗線之間查得工作荷載(基本荷載)為7628N的彈簧編號為13。以7623N對應(yīng)的VS30刻度值向下10mm查得安裝荷載為9123N。驗算彈簧荷載變化率：[(17628—91231)/7628]X100%=19.6%<25%選用吊架型號為VS30A13。當所選用的彈簧其荷載變化率〉25%時，應(yīng)減小彈簧剛度，另選位移范圍大一級的彈簧。例2：某管道工作荷載為17350N，運行時位移向上，位移量為12mm。根據(jù)管道安裝要求需采用G型吊架，試選擇吊架型號：解：⑴查表15-2-42，暫定該吊架位移范圍為VS30；(2)G型吊架每個吊架實際僅承受管道荷載的一半，即17350/2=8675N。⑶在表15-2-42的中線和上粗線之間查得工作荷載為8675N的彈簧編號為13。以8675N對應(yīng)的VS30刻度值向下l2mm查得安裝荷載為10469N。驗算彈簧荷載變化率：[(|8675—10469|)/8675]X100%=20.6%<25%選用吊架型號為VS30G13。第五章應(yīng)力分析進行應(yīng)力分析的目的是使管道應(yīng)力在規(guī)范的許用范圍內(nèi)；使設(shè)備管口載荷符合制造商的要求或公認的標準；計算出作用在管道支吊架上的荷載；解決管道動力學(xué)問題；幫助配管優(yōu)化設(shè)計。管道應(yīng)力分析主要包括哪些內(nèi)容？各種分析的目的是什么？答：管道應(yīng)力分析分為靜力分析和動力分析。1)靜力分析包括：⑴壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計算一一防止塑性變形破壞；管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計算一一防止疲勞破壞；管道對設(shè)備作用力的計算一一防止作用力太大，保證設(shè)備正常運行；管道支吊架的受力計算一一為支吊架設(shè)計提供依據(jù)；管道上法蘭的受力計算一一防止法蘭泄漏；管系位移計算一一防止管道碰撞和支吊點位移過大。2)動力分析包括：⑴管道自振頻率分析一一防止管道系統(tǒng)共振；管道強迫振動響應(yīng)分析一一控制管道振動及應(yīng)力；往復(fù)壓縮機氣柱頻率分析——防止氣柱共振；往復(fù)壓縮機壓力脈動分析一一控制壓力脈動值。管道應(yīng)力分析的方法管道應(yīng)力分析的方法有：目測法、圖表法、公式法、和計算機分析方法。選用什么分析方法，應(yīng)根據(jù)管道輸送的介質(zhì)、管道操作溫度、操作壓力、公稱直徑和所連接的設(shè)備類型等設(shè)計條件確定。對管系進行分析計算建立計算模型(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：管道端點管道約束點、支撐點、給定位移點管道方向改變點、分支點管徑、壁厚改變點存在條件變化點(溫度、壓力變化處)定義邊界條件(約束和附加位移)管道材料改變處(包括剛度改變處，如剛性元件)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)需了解分析結(jié)果處(如跨距較長的跨中心點)動力分析需增設(shè)點初步計算(輸入數(shù)據(jù)符合要求即可進行計算)利用計算機推薦工況(用CASWARII計算，集中荷載、均布荷載特別加入)彈簧可由程序自動選取計算結(jié)果分析查看一次應(yīng)力、二次應(yīng)力的核算結(jié)果查看冷態(tài)、熱態(tài)位移查看機器設(shè)備受力查看支吊架受力(垂直荷載、水平荷載)查看彈簧表反復(fù)修改直至計算結(jié)果滿足標準規(guī)范要求(計算結(jié)果不滿足要求可能存在的問題)一次應(yīng)力超標，缺少支架二次應(yīng)力超標，管道柔性不夠或三通需加強冷態(tài)位移過大，缺少支架熱態(tài)水平位移過大，缺少固定點或n型機器設(shè)備受力過大，管道柔性不夠固定、限位支架水平受力過大，固定、限位支架位置不當或管道柔性不夠支吊點垂直力過大，可考慮采用彈簧支吊架彈簧荷載、位移范圍選擇不當，人為進行調(diào)整編制計算書，向相關(guān)專業(yè)提交分析計算結(jié)果計算書內(nèi)容一次應(yīng)力校核內(nèi)容二次應(yīng)力校核內(nèi)容約束點包括固定點、支吊點、限位導(dǎo)向點和位移點冷態(tài)、熱態(tài)受力各節(jié)點的冷態(tài)、熱態(tài)位移彈簧支吊架和膨脹節(jié)的型號等有關(guān)信息離心泵、壓縮機和汽輪機的受力校核結(jié)果經(jīng)分析最終確定的管道三維立體圖，包括支吊架位置、形式、膨脹節(jié)位置等信息向相關(guān)專業(yè)提交分析計算結(jié)果向配管專業(yè)提交管道應(yīng)力分析計算書，計算書不提供給甲方向設(shè)備專業(yè)提交設(shè)備需確認的設(shè)備受力如果支撐點、限位點、導(dǎo)向點的荷載較大，應(yīng)向結(jié)構(gòu)專業(yè)提交荷載數(shù)據(jù)將往復(fù)壓縮機管道布置及支架設(shè)置提交壓縮機制造廠確認何謂一次應(yīng)力，何謂二次應(yīng)力？分別有哪些荷載產(chǎn)生？這兩種應(yīng)力各有何特點？答：一次應(yīng)力是指由于外加荷載，如壓力或重力等的作用產(chǎn)生的應(yīng)力。一次應(yīng)力的特點是：它滿足與外加荷載的平衡關(guān)系，隨外加荷載的增加而增加，且無自限性，當其值超過材料的屈服極限時，管道將產(chǎn)生塑性變形而破壞。二次應(yīng)力是由于管道變形受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，它不直接與外力平衡，二次應(yīng)力的特點是具有自限性，當管道局部屈服和產(chǎn)生小量變形時應(yīng)力就能降低下來。二次應(yīng)力過大時，將使管道產(chǎn)生疲勞破壞。在管道中，二次應(yīng)力一般由熱脹、冷縮和端點位移引起。一般來說，管道上哪些點的應(yīng)力比較大？為什么？答：一般來說，管道上三通和彎管處的應(yīng)力比較大。因為，與直管相比，三通和彎管處的應(yīng)力增強系數(shù)比較大。根據(jù)NEMASM23的要求，汽輪機管口受力應(yīng)滿足什么要求？答：NEMASM23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；⑴作用于任一管口上的合力及合力矩應(yīng)滿足以下要求：0.9144FR+MR<26.689De式中De——當量直徑，mm；當管口公稱直徑不大于200時，De=管口公稱直徑；當管口公稱直徑大于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.m。FR=(Fx2+Fy2+Fz2)1/2MR=(Mx2+My2+Mz2)1/2式中Fx、Fy、Fz——單個管口上X、Y、Z方向的作用力，N；Mx、My、Mz——單個管口上X、Y、Z方向的力矩，N.m。(2)進汽口、抽汽口和排汽口上的力和力矩合成到排汽口中心處的合力及合力矩應(yīng)滿足以下兩個條件：1） 合力和合力矩應(yīng)滿足以下條件：0.6096Fc+MC<13.345DC其中：Fc——進汽口、抽汽口和排汽口的合力，N；Mc——進汽口、抽汽口和排汽口的力與力矩合成到排汽口中心處的合力矩，N-m；Dc――按公稱直徑計算得到的各管口面積之和的當量直徑，mm。當各管口面積之和折合成圓形的折算直徑不大于230mm時，Dc=折算直徑；當各管口面積之和折合成圓形的折算直徑大于230mm時，Dc=（折算直徑+460）/3。2） FC和MC在X、Y、Z三個方向的分力和分力矩應(yīng)滿足以下條件：|Fcx|<8.756Dc|Fcx|<13.345Dc|Fcy|<21.891Dc|Fcy|<6.672Dc|Fcz|<17.513Dc|Fcz|<6.672Dc式中Fcx、Fcy、Fcz——Fc在X、Y、Z方向上的分力，N；Mcx、MCy、Mcz——MC在X、Y、Z方向上的分力矩，N?m。（3）對于具有向下排汽口的凝汽式汽輪機，其排氣口安裝元約束膨脹節(jié)時，允許存在由壓力引起的附加力（此附加力垂直于排出口法蘭面并作用于中心）。對于此種汽輪機，在進行（1）、（2）兩項校核過程中，計算排汽口上的垂直分力時不包括壓力荷載。對于具有向下排汽口的凝汽式汽輪機，還應(yīng)進行如下校核：同時考慮壓力荷載和其它荷載時，如果作用于排汽口的垂直分力不超出排汽口面積的0.1069倍，則認為壓力荷載在排汽口引起的作用力是允許的。力的單位為N，面積單位為mm2。對高溫管道，用較厚的管子代替較薄的管子時，應(yīng)注意什么問題？答：管子壁厚的增加提高了管道的剛度，增加了管壁截面積和自重，因而必須對管道的柔性進行分析，以校核固定點、設(shè)備管口和各支吊架的載荷，還應(yīng)校核彈簧支吊架的型號是否合適。塔頂部管口的熱膨脹量（初位移）應(yīng)如何確定？答：塔頂部管口可分三類處理，即封頭中心管口、封頭斜插管口和上部簡體徑向管口，管口的熱膨脹量分別按下列方法確定：（1）封頭中心管口熱膨脹量的計算封頭中心管口只有一個方向的熱膨脹，即垂直方向，考慮到從塔固定點至封頭中心管口之間可能存在操作溫度和材質(zhì)的變化，故總膨脹量按下式計算：△Y=Llal(tl-t0)+L2a2(t2—10)+......+Liai(ti—t0)——(5-1)式中△Y――塔頂管口總的熱膨脹量，cm；Li――塔固定點至封頭中心管口之間因溫度和材質(zhì)變化的分段長度，m；Ai――線膨脹系數(shù)，由20。。至ti°C的每米溫升1°C時的平均線膨脹量，cm/m-r；Ti――各段的操作溫度，C；To——安裝溫度，一般取20Co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：△X=Lal(t—to) (5—2)式中△X――封頭斜插管口水平方向的熱膨脹量，cm；L――塔中心線距封頭斜插管口法蘭密封面中心的水平距離，m；al――線膨脹系數(shù)，由20C至tC的每米溫升1C時的平均線膨脹量，cm/m?C；t――塔頂部的操作溫度，C；to——安裝溫度，一般取20Co上部簡體徑向管口熱膨脹量的計算上部簡體徑向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式(5—1)，水平方向的熱膨脹量按下式計算；△X=Lal(t—to)(5—3)式中△X――上部筒體徑向管口水平方向的熱膨脹量，cm；L――分餾塔中心線距上部簡體徑向管口法蘭密封面的距離，m；al――線膨脹系數(shù)，由20C至tC的每米溫升1C時的平均線膨脹量，cm/m?C；t――塔上部的操作溫度，C；t0——安裝溫度，一般取20Co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。因為，在進行管道柔性設(shè)計時，不僅應(yīng)考慮、正常操作條件下的溫度，還應(yīng)考慮開車、停車、除焦、再生等情況。在石油化工管道設(shè)計中可能遇到哪些振動？答：在石油化工管道設(shè)計中常見的振動有：往復(fù)式壓縮機及往復(fù)泵進出口管道的振動；兩相流管道呈柱塞流時的振動；水錘；安全閥排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的振動；風(fēng)載荷、地震載荷引起的振動。往復(fù)壓縮機、往復(fù)泵的管道振動分析應(yīng)包括哪些內(nèi)容？答：振動分析應(yīng)包括：氣(液)柱固有頻率分析，使其避開激振力的頻率；壓力脈動不均勻度分析，采用設(shè)置緩沖器或孔板等脈動抑制措施，將壓力不均勻度控制在允許范圍內(nèi)；管系結(jié)構(gòu)振動固有頻率、振動及各節(jié)點的振幅及動應(yīng)力分析，通過設(shè)置防振支架，優(yōu)化管道布置，消除過大管道振動。何謂共振？在往復(fù)式機泵管道設(shè)計中可能引發(fā)共振的因素有哪些？可采用哪些措施避免發(fā)生共振？答：當作用在系統(tǒng)上的激振力頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率時，振動系統(tǒng)的振幅會急劇增大，這種現(xiàn)象稱為共振。在往復(fù)機泵管道設(shè)計中可能引發(fā)共振的因素有：管道布置出現(xiàn)共振管長；緩沖器和管徑設(shè)計不當造成流體固有頻率與激振頻率重疊導(dǎo)致氣(液)柱共振；支承形式設(shè)置或管道布置不當?shù)仍斐晒芟禉C械振動固有頻率與激振動頻率重疊。要避免發(fā)生共振，應(yīng)使氣液)柱固有頻率、管系的紡構(gòu)固有頻率與激振力頻率錯開。管道設(shè)計時應(yīng)進行振動分析，合理設(shè)置緩沖器，避開共振管長，合理布置管道和設(shè)置支架。管道柔性設(shè)計和防震設(shè)計有何關(guān)系？答：管道的柔性設(shè)計是保證管道有足夠的柔性以吸收由于熱脹、冷縮及端點位移產(chǎn)生的變形。防振設(shè)計是保證管系有一定的剛度，以避免在干擾力作用下發(fā)生強烈振動。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。什么是氣體的壓力脈動？壓力脈動用什么指標來衡量？答：往復(fù)壓縮機的活塞在氣缸中進行周期性的往復(fù)運動，引起吸排氣呈間歇性和周期性，管內(nèi)氣體壓力不但隨位置變化，而且隨時間作周期性變化，這種現(xiàn)象稱為氣體壓力脈動。壓力脈動的大小通常用壓力不均勻度來衡量。往復(fù)式壓縮機和往復(fù)泵的進出口管道除應(yīng)進行柔性設(shè)計外，還應(yīng)考慮流體壓力脈動的影響。壓力不均勻度8的表達式如下：8=[(Pmax—Pmin)/P0]X100%式中Pmax——不均勻壓力的最大值(絕壓)，MPa；Pmin——不均勻壓力的最小值(絕壓)，MPa；P0——平均壓力(絕壓)，P0=(Pmax+Pmin)/2,MPa。什么是疲勞破壞？疲勞破壞一般發(fā)生在什么地方？答：疲勞破壞是指，在循環(huán)荷載的作用下，發(fā)生在構(gòu)件某點處局部的、永久性的損傷積累過程，經(jīng)過足夠多的循環(huán)后，損傷積累可使材料產(chǎn)生裂紋，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂。疲勞損傷一般發(fā)生在應(yīng)力集中處，例如管道的支管連接處。評定標準常用鋼管材料的許用應(yīng)力可參照《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》附錄C選取。管道由于熱脹、冷縮和其他位移受約束而產(chǎn)生的二次應(yīng)力范圍不得大于按下式計算的許用應(yīng)力范圍。gr]t=f(1.25[o]10+0.25[o]t)——(5—4)式中：gr]t――管道材料的許用應(yīng)力范圍，MPa；[。]10——管道材料在安裝溫度下的許用應(yīng)力，MPa；g]t——管道材料在計算溫度下的許用應(yīng)力，MPa；f――在預(yù)計壽命內(nèi)，考意循環(huán)總次數(shù)影響的許用應(yīng)力范圍的減小系數(shù)，按下表選取。當計算的應(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oL低于g]t時允許將[o]t與oL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。在此情況下，許用應(yīng)力范圍應(yīng)按下式計算。[or]t=f[l.25([o]10+[o]t)—oL] ——(5—5)式中：oL——由內(nèi)壓和外部持續(xù)荷載產(chǎn)生的一次縱向應(yīng)力，MPa。對彎頭、三通等連接處應(yīng)考慮柔度系數(shù)和應(yīng)力增強系數(shù)，并按《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》附錄D計算。三通的柔度特性與其肩部結(jié)構(gòu)有關(guān)，選用三通時應(yīng)予以考慮。為保證法蘭連接的可靠性，法蘭設(shè)計壓力不應(yīng)小于按下列公式確定的數(shù)值。PFD=P+Peq ——(5-6)Peq=(16M/nDG3)+(4F/nDG2) ——(5-7)式中：PFD——法蘭設(shè)計壓力，MPa；P——管道設(shè)計壓力，MPa；Peq――管道操作時，作用在法蘭連接處的彎矩和軸向力的當量壓力，MPa；M――管道操作時作用在法蘭連接處的彎矩，N-mm；DG――墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm；F――管道操作時作用在法蘭連接處的軸向力(N)。在計算中只考慮使管道受拉伸時的軸向力當軸時管道受壓縮時，取F=0。管道作用在設(shè)備或固定點上的推力和力矩應(yīng)按下列原則計算：按熱脹、冷縮、端點附加位移、有效冷緊、自重和支吊架反力等條件計算管道工作狀態(tài)下的推力和力矩；按冷緊、自重和支吊架反力等條件計算冷態(tài)下的推力和力矩；對于無中間約束的兩端固定的管道，其推力和力矩的瞬時最大值可接下列公式計算：Rm=R(1-2C/3)Em/Ea ——(5-8)Ra=CR或Ra=ClR(取其中最大值) ——(5-9)C1=1-[G]t-Ea/or-Em ——(11)式中：Rm 在最高或最低計算溫度下的瞬時最大推力(N)或力矩(N-m)；R――按全補償值及Ea為基礎(chǔ)計算的推力(N)或力矩(N-m)；C——冷緊比，無冷緊時C=0；100%冷緊時C=1.0；Ea――安裝溫度下管道材料的彈性模量，MPa；Em――最高或最低計算溫度下管道材料的彈性模量，MPa；Ra——安裝溫度下的估計瞬時推力(N)或力矩(N-m)；Cl――估計的自均衡系數(shù)；or――管道由于熱脹冷縮和其他位移產(chǎn)生的二次應(yīng)力，MPa。設(shè)備管口的允許推力和力矩應(yīng)由制造廠提出，當制造廠無數(shù)據(jù)時，可接下列規(guī)定進行核算。離心泵管口的允許推力和力矩應(yīng)符合API610的規(guī)定；蒸汽輪機管口的允許推力和力矩應(yīng)符合NEMASM23的規(guī)定；離心壓縮機管口的允許推力和力矩應(yīng)符附合API617的規(guī)定；空冷器管口的允許推力和力矩應(yīng)符合API661的推薦值。加熱爐接管的允許推力和力矩應(yīng)符合下列要求：加熱爐接管的允許推力和力矩應(yīng)由加熱爐設(shè)計單位確定；加熱爐接管的位移應(yīng)由加熱爐設(shè)計單位提出。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.第六章材料力學(xué)基礎(chǔ)知識材料的強度理論有幾種？在管道強度設(shè)計中主要采用第幾強度理論？答：材料的強度理論有四種，分別是：第一強度理論一一最大拉應(yīng)力理論，其當量應(yīng)力S=。1。它認為引起材料斷裂破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力。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。第二強度理論一一最大伸長線應(yīng)變理論，其當量應(yīng)力S=d—g(G2+o3)它認為引起材料斷裂破壞的主要因素是最大伸長線應(yīng)變。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大伸長線應(yīng)變達到材料單向拉伸斷裂時的最大應(yīng)變值，材料即發(fā)生斷裂破壞。第三強度理論一一最大剪應(yīng)力理論，其當量應(yīng)力S=o1—o3。它認為引起材料屈服破壞的主要因素是最大剪應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要提大剪應(yīng)力達到材料屈服時的最大剪應(yīng)力值，材料即發(fā)生屈服破壞。第四強度理論一一變形能理論，其當量應(yīng)力為：S=[1/(2)1/2][(g1—g2)2+(g2—g3)2+(g3—g1)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)，只要其內(nèi)部積累的變形能達到材料單向拉伸屈服時的變形能值，材料即發(fā)生屈服破壞。在管道強度設(shè)計中主要采用最大剪應(yīng)力強度理論。什么是彈性變形？什么是塑性變形？答：構(gòu)件或物體在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力除去后能完全恢復(fù)其原有形狀，不遺留外力作用過的任何痕跡，這種變形稱為彈性變形。構(gòu)件或物體在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，構(gòu)件或物體的形狀不能復(fù)原，即遺留了外力作用下的殘余變形，這種變形稱為塑性變形。彈性體的應(yīng)力與應(yīng)變服從什么關(guān)系？答：彈性體的應(yīng)力與應(yīng)變服從廣義虎克定律，其具體表達式如下：sx=(1/E)[ox—v(oy+gz)]sy=(1/E)[oy—v(gz+gx)]sz=(1/E)[oz—v(ox+oy)]yxy=ixy/Gyyz=iyz/Gyzx=izx/G式中sx、sy、sz——分別為X、Y、Z三個方向的線應(yīng)變；ox、oy、oz 分別為X、y、Z三個方向的正應(yīng)力，MPa；Txy、Tyz、tzx——分別為XY、YZ、ZX三個平面內(nèi)的剪應(yīng)變；MPa；yxy、yyz、yzx——分別為XY、YZ、ZX三個平面內(nèi)的剪應(yīng)力；E――材料的彈性模量，MPa；v――材料的泊松比；G――材料的剪切彈性模量，MPa。G與E和v之間有如下關(guān)系：G=E/2(1+v)SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》都對哪些壓力管道元件的強度計算做出了規(guī)定？答：SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》對以下壓力管道元件的強度計算做出了規(guī)定：金屬直管；彎管、彎頭及斜接彎頭；三通；盲板與平板封頭；開孔補強。管道開孔補強有哪些方法？答：管道開孔補強有兩種方法：補強圈補強一一以全熔透焊縫將內(nèi)部或外部補強圈與支管、主管相焊。2）整體補強一一增加主管厚度，或以全熔透焊縫將厚壁支管或整體補強鍛件與主管相焊。采用補強圈補強時應(yīng)遵守哪些規(guī)定？答：應(yīng)遵守下列規(guī)定：1） 采用的鋼材標準抗拉強度ob<540MPa；2） 主管壁名義厚度8n<38mm；3） 補強圈厚度應(yīng)不大于1.55no壓力管道鋼材的許用應(yīng)力應(yīng)如何選?。看穑焊鶕?jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》，壓力管道鋼材許用應(yīng)力應(yīng)按下表規(guī)定選?。鹤ⅲ孩賹W氏體高合金鋼制受壓元件，當設(shè)計溫度低于蠕變溫度范范，且允許有微量的永久變形時，可適當提高許用應(yīng)力至0.9ost（G0.2t），但不超過ost（o0.2t）/l.5。此規(guī)定不適用于法蘭或其它微量永久變形就產(chǎn)生泄漏或故障的場合。表中ob——鋼材常溫抗拉強度最低億值，MPa；os（o0.2）――鋼材常溫屈服點（或0.2%屈服強度），MPa；ost（o0.2t）――鋼材在設(shè)汁溫度下的屈服點（或0.2%屈服強度），MPaoDt――鋼材在設(shè)計下經(jīng)10萬小時斷裂的持久強度的平均值，MPa；ont——鋼材在設(shè)計溫度下經(jīng)10萬小時蠕變?yōu)?%的蠕變極限，MPa.法蘭用螺栓的強度安全系數(shù)為什么比其它受壓元件的安全系數(shù)大？答：為了滿足法蘭靜密封的要求，結(jié)合螺栓承載的特點，考慮了下列因素：1） 在旋緊螺栓時，初始應(yīng)力可能大于設(shè)計值；2） 法蘭與螺栓的溫度差以及兩者線膨脹系數(shù)的不同會引起熱應(yīng)力。何謂管件的柔性系數(shù)和應(yīng)力增強系數(shù)，它們在管道柔性設(shè)計中有何用途？答：柔性系數(shù)：彎管（或彎頭）在承受彎距后，管子的截面會發(fā)生橢圓化，即扁平化。這樣，在應(yīng)力計算中猶如彎管截面慣性矩減少了K倍，剛度下降。若以同一彎矩值作用在彎管上比作用在直管上其位移量會大K倍。應(yīng)力增強系數(shù)：在疲勞破壞循環(huán)次數(shù)相同的情況下，作用于直管的名義彎曲應(yīng)力與作用于管件的名義彎曲應(yīng)力之比。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)。管道中的彎管在彎矩作用下與直管相比較，其剛度降低柔性增大，同時應(yīng)力也將增加，因此，在計算管件時就要考慮它的柔性系數(shù)。而管道中的三通等管件，由于存在局部應(yīng)力集中，在驗算這些管件的應(yīng)力時，則采用了應(yīng)力增強系數(shù)。什么是蠕變，什么是應(yīng)力松馳？二者有何異同？答：蠕變是指金屬在高溫和應(yīng)力同時作用下，應(yīng)力保持不變，其非彈性變形隨時間的延長緩慢增加的現(xiàn)象。高溫、應(yīng)力和時間是蠕變發(fā)生的三要素.應(yīng)力越大、溫度越高，且在高溫下停留時間越長則蠕變越甚。應(yīng)力松馳是指在高溫下工作的金屬構(gòu)件，在總變形量不變的條件下其彈性變形隨時間的延長不斷轉(zhuǎn)變成非彈性變形，從而引起金屬中應(yīng)力逐下降并趨于一個穩(wěn)定值的現(xiàn)象。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。所不同的是應(yīng)力松弛是在總變形量一定的特定條件下一部分彈性變形轉(zhuǎn)化為非彈性變形;而蠕變則是在恒定應(yīng)力長期作用下直接產(chǎn)生非彈性變形。什么是應(yīng)力？應(yīng)力是指材料單位面積上的力。它避開了管道及元件規(guī)格尺寸、壁厚等因素的影響，只要外部荷載使材料產(chǎn)生的應(yīng)力超出材料本身的強度指標，即認為管道及其元件將發(fā)生強度破壞。管道元件變形的幾種基本形式1） 拉伸和壓縮F=g-Ag=F/A<[g]已知力F和材料的許用應(yīng)力，可求管道的截面積。A=F/[g]式中F――管道受力（拉力時為正，壓力時為負），N；g――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，[g]——材料的許用應(yīng)力，MPa。2） 剪切F=t-At=F/A<[t]式中F——管道受力，N；管道截面的剪應(yīng)力，MPa；A――管道的截面積，[t]——材料的許用剪應(yīng)力，MPa。材料的許用剪應(yīng)力和材料的許用應(yīng)力存在下列近似關(guān)系：對塑性材料：[t]=(0.6?0.8)[g]對脆性材料：[t]=(0.6?1.0)[g]扭轉(zhuǎn)最大的剪應(yīng)力發(fā)生在管道橫截面的最外圓上。Tmax=Mn/WnWn=n(D4-d4)/16D式中Tmax 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，[t]——材料的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力，MPa。材料的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力和材料的許用應(yīng)力存在下列近似關(guān)系：[t]=(0.5?0.6)[g]彎曲Gmax=M/Wz<[g]Wz=n(D4-d4)/32D式中Gmax 最大應(yīng)力(在管道彎曲的最外側(cè))，MPa；M――管道截面上的彎矩，Wz――管道的抗彎截面模量，D、d――管道的外、內(nèi)徑。在實際工程中很少有管道僅受單一的拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)或彎曲荷載，而是兩種或多種荷載同時作用，這樣使得應(yīng)力的求解變得復(fù)雜起來。通過長期實踐和總結(jié)，建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強度條件，這樣的一些假說通常稱其為強度理論。直管道受內(nèi)壓情況下的應(yīng)力徑向應(yīng)力。r和環(huán)向應(yīng)力我沿管道壁厚分布是不均勻的，且內(nèi)壁上的值最大。軸向應(yīng)力oz沿管道壁厚均勻分布。or=Ri2P(1—Ro2/r2)/(Ro2—Ri2)oz=PD/4SoO=PD/2S參考材料：石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范SH/T3041—2002全國壓力管道設(shè)計審批人員考核培訓(xùn)教材壓力管道技術(shù)壓力管道應(yīng)力分析審核人培訓(xùn)講義壓力管道應(yīng)力分析(第一部分)第一章 任務(wù)與職責管道柔性設(shè)計的任務(wù)壓力管道柔性設(shè)計的任務(wù)是使整個管道系統(tǒng)具有足夠的柔性，用以防止由于管系的溫度、自重、內(nèi)壓和外載或因管道支架受限和管道端點的附加位移而發(fā)生下列情況；因應(yīng)力過大或金屬疲勞而引起管道破壞；管道接頭處泄漏；管道的推力或力矩過大，而使與管道連接的設(shè)備產(chǎn)生過大的應(yīng)力或變形，影響設(shè)備正常運行;管道的推力或力矩過大引起管道支架破壞；壓力管道柔性設(shè)計常用標準和規(guī)范GB50316-2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》SH/T3041-2002《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》SH3039-2003《石油化工非埋地管道抗震設(shè)計通則》SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》SH3073-95《石油化工企業(yè)管道支吊架設(shè)計規(guī)范》JB/T8130.1-1999《恒力彈簧支吊架》JB/T8130.2-1999《可變彈簧支吊架》GB/T12777-1999《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》HG/T20645-1998《化工裝置管道機械設(shè)計規(guī)定》GB150-1998《鋼制壓力容器》專業(yè)職責應(yīng)力分析(靜力分析動力分析)對重要管線的壁厚進行計算對動設(shè)備管口受力進行校核計算特殊管架設(shè)計工作程序工程規(guī)定管道的基本情況用固定點將復(fù)雜管系劃分為簡單管系，盡量利用自然補償用目測法判斷管道是否進行柔性設(shè)計L型U型管系可采用圖表法進行應(yīng)力分析立體管系可采用公式法進行應(yīng)力分析宜采用計算機分析方法進行柔性設(shè)計的管道采用CAESARII進行應(yīng)力分析調(diào)整設(shè)備布置和管道布置設(shè)置、調(diào)整支吊架設(shè)置、調(diào)整補償器評定管道應(yīng)力評定設(shè)備接口受力編制設(shè)計文件施工現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工程規(guī)定適用范圍概述設(shè)計采用的標準、規(guī)范及版本溫度、壓力等計算條件的確定分析中需要考慮的荷載及計算方法應(yīng)用的計算軟件需要進行詳細應(yīng)力分析的管道類別管道應(yīng)力的安全評定條件機器設(shè)備的允許受力條件(或遵循的標準)防止法蘭泄漏的條件膨脹節(jié)、彈簧等特殊元件的選用要求業(yè)主的特殊要求計算中的專門問題(如摩擦力、冷緊等的處理方法)不同專業(yè)間的接口關(guān)系環(huán)境設(shè)計荷載其它要求第二章 壓力管道柔性設(shè)計管道的基礎(chǔ)條件包括：介質(zhì)溫度壓力管徑壁厚材質(zhì)荷載端點位移等。管道的計算溫度確定管道的計算溫度應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計條件及下列要求確定：對于無隔熱層管道:介質(zhì)溫度低于65°C時，取介質(zhì)溫度為計算溫度；介質(zhì)溫度等于或高于65°C時，取介質(zhì)溫度的95%為計算溫度；對于有外隔熱層管道，除另有計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)外，應(yīng)取介質(zhì)溫度為計算溫度；對于夾套管道應(yīng)取內(nèi)管或套管介質(zhì)溫度的較高者作為計算溫度；對于外伴熱管道應(yīng)根據(jù)具體條件確定計算溫度；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；對于安全泄壓管道，應(yīng)取排放時可能出現(xiàn)的最高或最低溫度作為計算溫度；進行管道柔性設(shè)計時，不僅應(yīng)考慮正常操作條件下的溫度，還應(yīng)考慮開車、停車、除焦、再生及蒸汽吹掃等工況。管道安裝溫度宜取20C(除另有規(guī)定外)。管道計算壓力應(yīng)取計算溫度下對應(yīng)的操作壓力。管道鋼材參數(shù)按《石油化工管道柔性設(shè)計規(guī)范》SH/T3041-2002執(zhí)行鋼材平均線膨脹系數(shù)可參照附錄A選取。鋼材彈性模量可參照附錄B選取。計算二次應(yīng)力范圍時，管材的彈性模量應(yīng)取安裝溫度下鋼材的彈性模量。管道壁厚計算內(nèi)壓金屬直管的壁厚根據(jù)SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》確定：當S0<Do/6時，直管的計算壁厚為：S0=PD0/(2[o]t①+2PY)直管的選用壁厚為：S=S0+C式中S0 直管的計算壁厚，mm；P--設(shè)計壓力，MPa；D0 直管外徑，mm；[o]t--設(shè)計溫度下直管材料的許用應(yīng)力，MPa；①一一 焊縫系數(shù)，對無縫鋼管，①=1；S―― 包括附加裕量在內(nèi)的直管壁厚，mm；C――直管壁厚的附加裕量，mm；Y―― 溫度修正系數(shù)，按下表選取。當S0ND0/6或P/[o]t>0.385時，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。對于外壓直管的壁厚應(yīng)根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定的方法確定。管道上的荷載管道上可能承受的荷載有：重力荷載，包括管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等；壓力荷載，壓力荷載包括內(nèi)壓力和外壓力；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；風(fēng)荷載；地震荷載；瞬變流沖擊荷載，如安全閥啟跳或閥門的快速啟閉時的壓力沖擊；兩相流脈動荷載；壓力脈動荷載，如往復(fù)壓縮機往復(fù)運動所產(chǎn)生的壓力脈動；機器振動荷載，如回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動。

8.管道端點的附加位移8.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：靜設(shè)備熱脹冷縮時對連接管道施加的附加位移；轉(zhuǎn)動設(shè)備熱脹冷縮在連接管口處產(chǎn)生的附加位移；加熱爐管對加熱爐進出口管道施加的附加位移；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；不和主管一起分析的支管，應(yīng)將分支點處主管的位移作為支管端點的附加位移。管道布置管道的布置盡量利用自然補償能力：改變管道的走向，以增加整個管道的柔性；利用彈簧支吊架放松約束；改變設(shè)備布置。對于復(fù)雜管道可用固定點將其劃分成幾個形狀較為簡單的管段，如L形、n形、Z形等管段。確定管道固定點位置時，宜使兩固定點間的管段能夠自然補償。宜采用計算機分析方法進行詳細柔性設(shè)計的管道操作溫度大于400°C或小于一50°C的管道；進出加熱爐及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；進出反應(yīng)器的高溫管道；進出汽輪機的蒸汽管道；進出離心壓縮機、往復(fù)式壓縮機的工藝管道；與離心泵連接的管道，可根據(jù)設(shè)計要求或按圖1-1確定柔性設(shè)計方法；圖1-1 與離心泵連接管道柔性設(shè)計方法的選擇設(shè)備管口有特殊受力要求的其他管道；利用簡化分析方法分析后，表明需進一步詳細分析的管道。不需要進行計算機應(yīng)力分析的管道與運行良好的管道柔性相同或基本相當?shù)墓艿?；和已分析管道相比較，確認有足夠柔性的管道；對具有同一直徑、同一壁厚、無支管、兩端固定、無中間約束并能滿足式(1)和式(2)要求的非極度危害或非高度危害介質(zhì)管道。Do?Y/(L-U)2<208.3 ——(1)--(2)(/X2+/Y2+/Z2)1/2--(2)式中：DO――管道外徑，mm；Y――管道總線位移全補償值，mm；Ax^Ay^Az分別為管道沿坐標軸x、y、z方向的線位移全補償值，mm；L 管系在兩固定點之間的展開長度，m；U――管系在兩固定點之間的直線距離，m。式(l)不適用于下列管道：在劇烈循環(huán)條件下運行，有疲勞危險的管道：大直徑薄壁管道(管件應(yīng)力增