壓力管道設計常見問題及難點

第一章任務與職責1.道柔性設計的任務壓力管道柔性設計的任務是使整個管道系統(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備產生過大的應力或變形，影響設備正常運行；管道的推力或力矩過大引起管道支架破壞；2.壓力管道柔性設計常用標準和規(guī)范GB50316-2000《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》SH/T3041-2002《石油化工管道柔性設計規(guī)范》SH3039-2003《石油化工非埋地管道抗震設計通則》SH3059-2001《石油化工管道設計器材選用通則》SH3073-95《石油化工企業(yè)管道支吊架設計規(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)通用技術條件》HG/T20645-1998《化工裝置管道機械設計規(guī)定》GB150-2004《鋼制壓力容器》3.專業(yè)職責應力分析(靜力分析動力分析)對重要管線的壁厚進行計算對動設備管口受力進行校核計算特殊管架設計4.工作程序工程規(guī)定管道的基本情況用固定點將復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計L型U型管系可采用圖表法進行應力分析立體管系可采用公式法進行應力分析宜采用計算機分析方法進行柔性設計的管道采用CAESARII進行應力分析調整設備布置和管道布置

10)11121314155.1)2)3)4)5)6)7)8)9)1011)設置、調整支吊架設置、調整補償器評定管道應力評定設備接口受力編制設計文件施工現(xiàn)場技術服務工程規(guī)定適用范圍概述設計采用的標準、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用的計算軟件需要進行詳細應力分析的管道類別管道應力的安全評定條件機器設備的允許受力條件（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)間的接口關系環(huán)境設計荷載其它要求第二章壓力管道柔性設計管道的基礎條件包括：介質溫度壓力管徑壁厚材質荷載端點位移等。管道的計算溫度確定管道的計算溫度應根據(jù)工藝設計條件及下列要求確定：對于無隔熱層管道：介質溫度低于65C時，取介質溫度為計算溫度；介質溫度等于或高于65r時，取介質溫度的95%為計算溫度；對于有外隔熱層管道，除另有計算或經驗數(shù)據(jù)外，應取介質溫度為計算溫度；對于夾套管道應取內管或套管介質溫度的較高者作為計算溫度；對于外伴熱管道應根據(jù)具體條件確定計算溫度；對于襯里管道應根據(jù)計算或經驗數(shù)據(jù)確定計算溫度；對于安全泄壓管道，應取排放時可能出現(xiàn)的最高或最低溫度作為計算溫度；進行管道柔性設計時，不僅應考慮正常操作條件下的溫度，還應考慮開車、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)。管道計算壓力應取計算溫度下對應的操作壓力。管道鋼材參數(shù)按《石油化工管道柔性設計規(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。計算二次應力范圍時，管材的彈性模量應取安裝溫度下鋼材的彈性模量。管道壁厚計算內壓金屬直管的壁厚根據(jù)SH3059-2001《石油化工管道設計器材選用通則》確定：當S0<Do/6時，直管的計算壁厚為：So=PD°/(2[Z伽2PY)直管的選用壁厚為： S=S0+C式中So---直管的計算壁厚，mm；P--設計壓力，MPa；D0 直管外徑，mm；[Zt――設計溫度下直管材料的許用應力， MPa；①一一焊縫系數(shù)，對無縫鋼管，①二1；

C—直管壁厚的附加裕量，mm;丫 溫度修正系數(shù)，按下表選取。溫度修整系數(shù)表材料溫度C〈482510538566593>621鐵素體鋼0.40.50.70.70.70.7奧氏體鋼0.40.40.40.40.50.7當S°>D°/6或P/[Z>0?385時，直管壁厚應根據(jù)斷裂理論、疲勞、熱應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、介質重和積雪重等；2） 壓力荷載，壓力荷載包括內壓力和外壓力;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，如往復壓縮機往復運動所產生的壓力脈動；機器振動荷載，如回轉設備的振動。管道端點的附加位移在管道柔性設計中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應考慮下列管道端點的附加位移：靜設備熱脹冷縮時對連接管道施加的附加位移；轉動設備熱脹冷縮在連接管口處產生的附加位移；加熱爐管對加熱爐進出口管道施加的附加位移；儲罐等設備基礎沉降在連接管口處產生的附加位移；不和主管一起分析的支管，應將分支點處主管的位移作為支管端點的附加位移。9.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；改變設備布置。對于復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。10. 宜采用計算機分析方法進行詳細柔性設計的管道操作溫度大于400C或小于一50C的管道；進出加熱爐及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；進出反應器的高溫管道；進出汽輪機的蒸汽管道；進出離心壓縮機、往復式壓縮機的工藝管道；與離心泵連接的管道，可根據(jù)設計要求或按圖1-1確定柔性設計方法;圖1-1與離心泵連接管道柔性設計方法的選擇設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。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管道。DoY/(L-U)2<208.3 ——⑴Y=(/X2+/Y2+/Z2) ――⑵式中：Do-----管道外徑，mm;丫--管道總線位移全補償值，mm；mm；△x、AyAz分別為管道沿坐標軸x、y、zmm；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(I)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⑷L/U>2.5的不等腿"U"形彎管，或近似直線的鋸齒狀管道。12.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按下列公式計算:/X=/XB-/XA-/XtAB/Y=/YB-/YA-/YtAB/Z=/ZB-/ZA-/ZtAB/XtAB=ai(XB-XA)(TTo)AB/YtAB=ai(YB-YA)(T〒o)/ZtABAB=ai(ZB-ZA)(T—o)式中：/X、/丫、/Z--分別為管道沿坐標軸X、丫、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、丫、Z方向的附加線位移，mm；/Xb、/冷、/Zb_分別為管道的末端B沿坐標軸X、丫、Z方向的附加線位移，mm；/XtAB、/YtAB、/乙AB--分別為管道AB沿坐標軸X、Y、Z方向的熱伸長值，mm；a--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；T。--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?！?、-”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”。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—/乙AB=2—0—(—24)=26mmY=(/Y2+/Y2+/Z亍/2=[(—16)2+292+262嚴=42.1mm22Do.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型補償器結構簡單、運行可靠、投資少，在石油化工管道設計中廣泛采用。采用n形管段補償時，宜將其設置在兩固定點中部，為防止管道橫向位移過大，應在n型補償器兩側設置導向架。波形補償器波形補償器，補償能力大、占地小， 但制造較為復雜，價格高，適用于低壓大直徑管道。1) 波形補償器條件比用彎管形式補償器更為經濟時或安裝位置不夠時。⑵連接兩個間距小的設備的管道。其補償能力不夠時。(3)為了減少壓降，推力或振動，在工藝過程上可行而且在經濟上合理時。為了保護有嚴格受力要求的設備嘴子。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；(44)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)的部位應設置導向架，第一個導向支架與膨脹節(jié)的距離應小于或等于 4DN,第二個導向支架與第一個導向支架的距離應小于或等于 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)、銷鈾和鉸鏈組成，能吸收多平面角位移；復式拉桿型膨脹節(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)在施工安裝中應注意的問題膨脹節(jié)的施工和安裝應與設計要求相一致；膨脹節(jié)的安裝使用應嚴格按照產品安裝說明書進行；禁止采用使膨脹節(jié)變形的方法來調整管道的安裝偏差；固定支架和導向支架等應嚴格按照設計圖紙進行施工，需要改動時應經原分析設計人員認可；膨脹節(jié)上的箭頭表示介質流向，應與實際介質流向相一致，不能裝反；安裝鉸鏈型膨脹節(jié)時，應按照施工圖進行，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，應注意不能將其他部件隨意拆除；對于復式大拉桿膨脹節(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，應考慮設置適當?shù)呐R時支架以承受額外加到管道和膨脹節(jié)上的荷載。試驗后應將臨時支架拆除。3. 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。在有毒及可燃介質管道中嚴禁采用填料函式補償器。4冷緊冷緊冷緊可降低操作時管道對連接設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變一部分集中在冷態(tài)， 在安裝時(冷態(tài))使管道產生一個初位移和初應力的一種方法。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根據(jù)該方向的冷緊進行計算。當管道上有幾個冷緊□時，沿坐標軸 X、y、Z方向的冷緊值分別為各冷緊□在相應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連接轉動設備的管道不應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備管□相連的管法蘭卸開，以檢查該法蘭與設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。3)自冷緊如果熱脹產生的初應力較大時，在運行初期，初始應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，管道上產生應力松弛或發(fā)生蠕變現(xiàn)象，在管道重新回到冷態(tài)時，則產生反方向的應力，這種現(xiàn)象稱為自冷緊。但冷緊不改變熱脹應力范圍。4）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1.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)敷設的管道，以三跨連續(xù)梁作為計算模型，并按承受均布載荷（指管道自重、介質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，?。↙I和L2）兩者之間的小值。I） 剛度條件:mm4mm4；mm3。LI=0.039(Etl/q)1/4(裝置內)L'l=0.048(EtI/q)1/4(裝置外)式中L1、L'1--裝置內(外)由剛度條件決定的跨距，mEt—-管材在設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，q—米管道的質量，N/m。(2)強度條件：L2=0.1([ZWt/q)1/2 (不考慮內壓)L2=0.071([ZWt/q)1/2 (考慮內壓)式中[勺七一一管材在設計溫度下的許用應力，MPa；W--管子扣除腐蝕裕量及負偏差后的抗彎斷面模數(shù),I和W分別按以下二式計算：I=n(Do4-Di4)/6444W=n(Do-Di)/32Do式中Di 管道內徑，mm；Do管道外徑，mm2.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：岡『性支吊架可調剛性支吊架承重支吊架可變彈簧支吊架恒力彈簧支吊架固定支架限位支架限制性支吊架導向支架減振器防振支架阻尼器固定架限制了三個方向的線位移和三個方向的角位移；導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。3.承重支吊架以支撐管道自重及其它持續(xù)載荷為目的的支吊架統(tǒng)稱為承重支吊架，它主要用于防止管道因自重及其它持續(xù)載荷（如介質重、隔熱材料重、雪載荷等）而導致的管道強度或剛度超出標準要求。根據(jù)管道相對于支撐結構的空間位置不同，承重支吊架可分為支架和吊架兩大類。支撐件將管道支撐在它的上方時，這類支撐件叫做支架。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。支架和吊架都可以完全或部分限制管道的向下位移，但二者的支撐效果有所不同。支架因與支撐管道之間可能存在摩擦而使得管道的水平位移受到一定的阻礙，同時產生摩擦力。支架的剛度也比較大，故其穩(wěn)定性較好。吊架對管道的約束剛度相對較?。ǔQ直方向外），也不存在摩擦力，如果在一根較長的管道中吊架用的太多，會使管系不穩(wěn)定，故在一條管道中，一般不宜均用吊架進行支撐。根據(jù)承受管道重量的特點不同，承重支吊架又分為剛性支吊架、可調剛性支吊架、可變彈簧支吊架和恒力彈簧支吊架四類。1） 岡『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。它常用于管道在支撐點無向上垂直熱位移和附加位移的情況下，或用于支撐點有較小的向下位移和附加位移但不會由此在管系中造成較大的管系力的情況下。剛性支吊架是應用最多的一種支吊架。根據(jù)應用場合和生根條件的不同，常用的剛性支吊架系列有平（彎）管支托、假管支托、懸臂支架、臨管支架等。2）可調剛性支吊架可調剛性支吊架是一般剛性支吊架的一種特殊型式，即通過旋擰可調螺絲，使支吊架的高度在一定范圍內得到調整，用于有少量豎直方向的熱位移或附加位移的場合。在工作工況下，當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生較大的管系力，此時應采用下面將要介紹的彈簧支吊架。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，采用可調剛性支吊架比彈簧支吊架會更經濟、更方便。

可變彈簧支吊架可變彈簧支吊架適用于支撐點有垂直位移、用剛性支吊架會脫空或造成過大熱脹推力的場合。與恒力彈簧支吊架相比，使用可變彈簧支吊架會造成一定的荷載轉移。為防止過大的荷載轉移，可變彈簧支吊架的荷載變化率應控制在 25%以下。當然，有時根據(jù)實際需要而有意識地去分配管系在各支撐點的載荷， 即有意識地給定一個較大的安裝載荷而獲得較大的載荷轉移。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。恒力彈簧支吊架恒力彈簧支吊架適用于管道支撐點垂直位移量較大或管系受為要求較苛刻的場合。通過采用恒力彈簧支吊架，可以避免管道支撐點冷態(tài)和熱態(tài)的受力變化太大而導致管系本身的應力或相連設備的受力超標。恒力彈簧的恒定度應小于或等于6%,以保證支吊點發(fā)生位移時，支承力的變化很小。恒力彈簧支吊架一般采用描架型式，且根據(jù)受力情況可并聯(lián)使用。如果認為剛性支吊架的剛度理論上為無窮大的話，那么恒力彈簧支吊架的剛度理論上則為零，而可變彈簧支吊架的剛度介于二者之間，它等于彈簧產生單位變形所需要的力。4.限位支吊架以限制和約束因熱脹而引起的管系位移為目的支吊架稱為限位支吊架。管系受熱而發(fā)生熱脹時，管系中的各點將發(fā)生位移。在管系中適當設置限位支吊架，可控制支撐點的位移或某些方向的位移，使管系的變形或各點的位移朝著有利于保護敏感設備或有利于熱補償?shù)姆较蜻M行。根據(jù)對管系熱位移約束的方式不同，限位支吊架又可分為固定支架、導向支架和止推支架三種。1)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。固定支架一般同時又能起承重作用。常道上不允許有任何位移的地方。固定支架一般同時又能起承重作用。常用的固定支架型式有焊接型管托和螺拴固定管托兩種。2)導向支架導向支架可限制管道支撐點兩個方向的線位移，因此常用于引導管道位移方向、使管道能沿軸向位移而不能橫向位移的情況。當用于水平情況時，導向支架又同時能起承重作用。常用的導向支架型式有管托型導向支架、光管型導向支架、管卡型導向支架等型式。3)止推支架止推支架常代替固定支架用于限制管道的軸向位移。根據(jù)限位方式的不同，常用的止推支架又分為"+X/+Z"和"-X/-Z"雙向止推支架和"+X/+Z"或"-X/-Z"單向止推支架兩種。常用的止推支架為單向止推架，它可限制管道支撐點一個方向的線位移。5.防振支架專門用于控制管道振動的支吊架叫做防振支架。防振支架常用于控制或緩解往復式機泵迸出口管道或由地震、風載荷、水擊、安全閥排出反力引起的管道振動場合。應該說，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。常用的防振支架主要有兩類，其一是防振管卡，其二是阻尼器。1)防振管卡防振管卡能有效地控制管系的高頻率強迫振動。防振管卡與固定支架不同，它允許管道有一定的軸向位移而使管系不會因熱脹而破壞。防振管卡與一般的剛性承重支架和導向支架不同它對管道施加了較大的剛度約束(從型式和數(shù)量上實現(xiàn))，且增加了架對管道的阻尼作用從而有效地阻滯了管系的振動。2)阻尼器阻尼器與減振支架的最大區(qū)別遮于它給予了管系較大的自由度，因而對連續(xù)強迫型高頻機械振動的抑制效果較差，它常用于緩解瞬間激振（如主汽門突然關閉、泵突然停車、地震、水錘等）引起的有阻尼自由振動。工程上應用的阻尼器有油壓式阻尼器、摩擦式阻尼器等。6.目前工程上常用的彈簧支吊架主要有兩類：即可變彈簧支吊架和恒力彈簧支吊架，而且已形成標準系列。對應的國家標準為GB10181《恒力彈簧支吊架》和GB10182《可變彈簧支吊架》。1）可變彈簧支吊架的工作原理可變彈簧支吊架的核心部件是一個被控制的圓柱彈簧，當被支撐管道發(fā)生豎向位移時，會帶動圓柱彈簧的控制板使彈簧壓縮或被拉長。由虎克定律可知，此時彈簧壓縮或伸長所需要的力（也等于對管子的作用力）可用下式表示：F=k式中F--彈簧被壓縮或被拉長S量時所需要的力，N；K 彈簧剛度，N/mzm簧被壓縮或被拉伸的變形量mm簧被壓縮或被拉伸的變形量mm。彈簧剛度是一個只與彈簧自身參數(shù)（如彈簧直徑、彈簧材料等）有關的物理量，一旦彈簧參數(shù)一定，它是個常數(shù)（在其允許總變形量的30%~70%范圍內是個常數(shù)）。因此，此時彈簧對管道的作用力則與變形量成正比。工程上正是糊糊的這一性質來進行有垂直位移的管道支撐的。對于標準彈簧支吊架來說，彈簧都是經過預壓縮然后裝入彈簧箱中的。因此,對于同樣一個變形量S此時壓縮彈簧所需耍的力F應按下式計算：F=（S+Sk=Sk+Sk=Fi+kS式中S----彈簧預壓縮的變形量，mmFi彈簧預壓縮時的壓縮力，N；F、Sk 意義同前。設F為彈簧支吊架的工作載荷，并用符號FG表示：設F1為彈簧支吊架的安裝荷載，并用FA表示：設S為彈簧在由安裝載荷變?yōu)楣ぷ鬏d荷時的變形量，并在彈簧被壓縮時取正號，被拉伸時取負號。S在管道支撐中即為管道支撐點的豎直位移量，支撐點的豎直位移向上時取正號，向下時取負號?？勺儚椈芍У跫艿倪x型公式為：FA=kS+FG2） 常用可變彈簧支吊架系列國家標準GB1018S共給出了A、B、C、D、E、F、G七種標準型式，見圖所示。A型一一上螺紋懸吊型；B型一一單耳懸吊型；C型一一雙耳懸吊型；D型一一上調節(jié)擱置型；E型一一下調節(jié)擱置型；F型一一支撐擱置型；G型一一并聯(lián)懸吊型。7.可變彈簧支吊架的選用工程上，一般按熱態(tài)吊零的載荷分配原則確定彈簧支吊架的受力。所謂 熱態(tài)吊零，是指彈簧支吊架在熱態(tài)時承受的力應等于冷態(tài)時由管系分配給它的力。 按這樣的原則確定的彈簧支吊架受力使得整個管系中各支撐點承受的自重力在熱態(tài)時比較均勻，但在熱態(tài)時管系中各點的總載荷會因位移荷載的作用而不再均勻甚至會出現(xiàn)嚴重的不合理現(xiàn)象，為此，工程上有時也采用冷態(tài)吊零的載荷分配原則。所謂冷態(tài)吊零是指彈簧支吊架在冷態(tài)時承受的載荷取冷態(tài)時由管系分配給它的載荷。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。為防止可變彈簧支吊架引起管系在熱態(tài)或冷態(tài)時有較大的載荷轉移，工程上?？刂扑妮d荷變化率不超過25%。根據(jù)這一限制條件，就可以確定彈簧支吊架的剛度k。在確定彈簧支吊架的剛度時應遵守這樣一個原則：在彈簧支吊架能滿足管系熱態(tài)和冷態(tài)的承載要求而且載荷變化率不超過規(guī)定值的情況下， 應盡可能選用剛度最?。ㄖ缸钚∫?guī)格和最小允許位移值）的彈簧。按這樣的原則選取的彈簧支吊架，其安裝尺寸最小，價格最便宜，而且實際的載荷變化率最小。1）串聯(lián)可變彈簧支吊架的選用當管系中某點的垂直位移量較大時，從標準彈簧支吊架表中可能已選不到合適的彈簧支吊架，即要么找不到最大工作位移能滿足載荷要求的標準系列，要么因剛度較大而使載荷變化率超出標準要求，此時可考慮采用串聯(lián)可變彈簧支吊架。彈簧串聯(lián)時，應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，而此時每個彈簧變形量則按其剛度的大小成反比分配。2）并聯(lián)可變彈簧支吊架的選用當管道支撐點的載荷超出標準可變彈簧支吊架的最大允許載荷時，或者受支撐條件（如豎管支撐）、生根條件等限制不宜采用單個可變彈簧支吊架進行支撐時，可選用兩個或兩個以上的可變彈簧支吊架并聯(lián)支撐?？勺儚椈芍У跫懿⒙?lián)使用時，各彈簧應為同一型號，以避免各彈簧支承力不同而導致管子的傾斜或偏轉。并聯(lián)時的各彈簧變形量相同，均等于管道在支撐點的位移量。并聯(lián)后的彈簧支吊架總剛度等于各分彈簧支吊架的剛度之和，即n個彈簧支吊架并聯(lián)時其總剛度為k=kj+k2++kn,而各分彈簧承受的載荷平均分配，并等于總載荷的 1/n。3） 可變彈簧支吊架的安裝要求可變彈簧支吊架在安裝前務必要壓縮到要求的安裝定位刻度 （與安裝載荷對應的刻度值），并用定位銷進行定位。設置定位銷的另一個作用是使可變彈簧支吊架起暫時成為一個剛性支架，可以防止諸如水壓試驗等非工作工況下因管道載荷臨時增加而引起的不利影響，對于大直徑氣體管道更應考慮這個問題。管系在工作狀態(tài)下，有時也會出現(xiàn)非預期的載荷突然增加現(xiàn)象，如減壓轉油線的 "淹塔"現(xiàn)象。"淹塔"現(xiàn)象會造成管內液體的突然驟增，從而使其彈簧支吊架承受的載荷也驟然增大，彈簧支吊架的變形量也將隨之增大，使管系出現(xiàn)較大的載荷轉移，從而可能造成相鄰支架或設備接口處的超載破壞。對于可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象的管系，工程上常在彈簧支吊架的附近設置保險桿，以控制彈簧的最大變形量，即當彈簧支吊架的變形量超過某一規(guī)定值時，保險桿將受力而成為剛性支撐?？勺儚椈芍У跫艿亩ㄎ讳N應在管系水壓試驗之后、裝置開車升溫之前拆除。&恒力彈簧支吊架當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移時，應考慮選用恒力彈簧支吊架。所謂的豎向位移較大只是一個相對概念，關鍵要看若選用可變彈簧支吊架時是否會引起較大的載荷轉移，而且較大的載荷轉移能否為管系自身強度和邊界條件所接受。如果管系的柔性不好，剛度較大，那么既使在較小的位移值情況下，也會引起支撐點熱態(tài)和冷態(tài)的載荷差值較大， 此時為減少載荷變化率也宜采用恒力彈簧支吊架。嚴格說來，恒力彈簧在其工作過程中對管道支撐點的力并不是恒定不變的，這是因為彈簧支架各運動部件之間存在摩擦力，而且各部件的尺寸、彈簧的剛度等都可能存在制造偏差，這些因素都會導致恒力彈簧在其工作行程范圍內對支撐點的力有少量的變化。一般情況下，標準恒力彈簧支吊架在其全程位移過程中的最大和最小載荷偏差應控制在某個數(shù)值范圍內，而工程上常用恒定度這一概念來評判恒力彈簧的載荷變化。所謂恒定度是指恒力彈簧在其全行程范圍內的最大、最小載荷值之差與最大、最小載荷值之和的百分比，用式子表示即為：D=[(Fmax—Fmin)(Fmax+Fmin)]X100%式中D--恒力彈簧的恒定度。一般情況下，D應不大于6%Fmax--恒力彈簧在全行程范圍內出現(xiàn)的最大載荷值， N；Fmin---恒力彈簧在全行程范圍內出現(xiàn)的最小載荷值， N。恒力彈簧支吊架的工作原理當恒力彈簧支吊架承受一個管道載荷磯時，F(xiàn)1將產生一個相對于0點的轉動力矩M1。M1將拉動三連桿AOB向下轉動，同時三連桿會帶動B點向右移動，從而使彈簧受到壓縮，產生一個彈簧力F2。F2相對于主軸0點也將產生一個轉動力矩M2。通過適當?shù)慕Y構和力的平衡設計，可以使兩個力矩M1和M2始終保持平衡，并通過適當?shù)慕Y構尺寸設計，在保持力矩平衡的情況下，只不斷變換位置但大小不變，即實現(xiàn)對管道的恒力支撐。恒力彈簧支吊架的選用換句話說，吊架的承載能力與其結構設計有關。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。根據(jù)熱態(tài)吊零原則，一般取管道荷載為冷態(tài)情況下管系的分配載荷。另外，受吊架中各運行部件的結構限制，吊點的位移是有限制的，甚至它不能按運行部件的最大運行位置來確定吊點的位移范圍， 因為運行部件到達極限位置時，會造成較大的承載偏差值。因此，對于一個結構參數(shù)一定的恒力彈簧吊架，它允許的最大位移值也是確定的?；蛘哒f，管道上時最大位移量也是確定恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。有關的標準已將常用的恒力彈簧吊架進行了系列化，并對它進行了編號，每個編號的吊架其允許的最大承載和最大位移己列表給出，設計人員只要根據(jù)管道支撐點的載荷和位移查表即可確定所需要的恒力彈簧吊架規(guī)格型號。在管道中多設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，易產生偏斜和振動。為什么要在高聳設備布置的豎直管道上設置導向架？如何設置？答：為了約束由風裁、地震、溫度變化等引起的橫向位移。沿直立設備布置的立管應設置導向支架。立管導向支架間的允許間距應符合下表規(guī)定：管道公稱直徑mm氣體管道/m液體管道/m光管隔熱光管隔熱14.33.44.03.4405.24.04.63.7505.84.64.94.3807.06.16.15.51007.97.06.7&11509.88.87.97.320011.310.18.88.225012.511.69.89.430013?712.810.410.135014.613.410.710.440015?514.311.311.045016?515.211.611.650017.416.212.512.260019?218?013?413?4為什么在沿反應器布置的高溫豎直管道上，通常要設置彈簧支吊架？答：沿反應器布置的高溫管道與反應器之間，或高溫管道與構架之間有較大的位移差，所以通常要設彈簧支吊架來承受管道荷重。管道在支架上滑動的軸向最大允許位移量不宜超過定型滑動管托長度的40%，以免管道在熱脹時將管托滑落于支架梁的下面，而在冷縮時不能恢復原位造成管道或支架損壞。如在補償值允許的范圍內，管道的位移量超過管托長度的40%時，可將管托長度適當加大。支吊架的位置確定從前面的介紹中可以看出，不同的支吊架型式對生根條件有不同的要求，而從保障管系的自身強度、穩(wěn)定性、防振以及對邊界條件的要求來說，總存在著在管系的某個地方支撐、并以特定的支架型式支撐為最理想。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。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，有時工程經驗比理論更適用。實際的空間管系也是多樣化的?；驹瓌t對于不同的管系，在確定其支吊架位置時都應遵守下列基本原則：管道支吊架的位置、數(shù)量、型式等應能滿足管系靜應力分析的要求。這個要求包括管系自身的強度、穩(wěn)定性、最大位移以及對相連設備、生根設施的力學要求；管道支吊架的位置、數(shù)量、型式應能滿足管系動應力分析的要求。這個要求包括管系對管道的機械振動、水擊、放空反沖擊、地震、風載等載荷作用下的力學要求；管道支吊架應具備相應的生根條件。當該條與上述兩條發(fā)生沖突肘，應考慮改變管系的走向，最終使上兩條要求得到滿足；支吊架應盡可能利用已有的建構筑梁柱、平臺、設備本體、加熱爐鋼結構、地面等作為生根點。對于有可能集中支撐的管道，應盡可能選擇適宜的地方和方式集中支撐；支吊架位置應不妨礙操作人員的通行、設備的檢修和管道的拆卸等；⑹支吊架的位置尚應考慮經濟性原則。例如，對于管道比較集中的管廊，其跨距應視多數(shù)管道的允許跨距而定，而不宜以少數(shù)較小直徑管道的允許跨距確疋；(7)支吊架的位置應盡可能整齊有序，使支撐效果美觀大方。承重支吊架位置的確定承重支吊架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應符合下列要求：支吊架位置應能滿足管道最大允許跨度的要求?？缇嘁笠姾竺嫠?；當有集中載荷時，支架應布置在靠近集中載荷的地方，以減少偏心載荷和彎曲應力；在敏感設備(泵、壓縮機)的附近，宜設置承重支架，以防止設備嘴子承受過大的管道荷載；支吊架應設在彎管和大直徑三通式分支管附近;當塔器的水平管嘴直接安裝DN注150的閱門時，應在閥門附近設承重支架；沿立式容器、立式設備等敷設的豎直管道，應在盡可能靠近嘴子處的豎管上設承重支架；一般較長的豎直管道，應在靠近上面的端部設承重支架；當某些管道元件需要拆卸移走或相連設備需要拆卸移走時，應考慮相連管子的穩(wěn)定性必要時應設承重支架。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，尚應符合下列要求：對于復雜管系，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計；確定管道固定支架位置時，應使其有利于兩固定點之間管段的自然補償；選用n形補償器時，宜將其設置在兩固定支架的中部不能位于兩固定支架的中部時，n型補償器距固定支架的距離不宜小于兩支架間距的 1/3；固定支架宜靠近需要限制分支管位移的地方；固定支架應設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；迸出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置分界處設固定支架；落地生根的調節(jié)閱組、蒸汽分配管、其它閥組和分配管等，應一端設固定支架，但此時固定支架的位置不應阻礙管系的熱補償。導向支架位置的確定豎直管道較長時，為了防止因風載荷等引起的管道大幅度振動或擺動，應在中間若干位置設置導向支架，以增加其穩(wěn)定性。管廊上管道直線距離較長而且中間無固定點和止推支架時，應在中間若干點設置導向支架，以防止管道產生橫向不穩(wěn)定：管道在拐彎處有較大位移并影響到鄰近管道或其它設施時，應在適當位置設置導向支架；允許管道軸向位移而不允許橫向位移的位置應設置導向支架；水平設置的n型補償器兩側應設置導向支架，導向支架距補償器的中心位置應為32DN~42DN;水平設置的自由型波紋管膨脹節(jié)兩端應設置若干導向支架，第一組導向支架距膨脹節(jié)中心位置應不大于4DN,第二組導向支架距第一組應不大于14DN；導向支架的位置應不影響管道的自然補償。一般情況下，管道的彎頭、分支處不應設導向支架。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，尚應符合下列要求：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；八 ，在熱態(tài)情況下，當管系的熱脹方向朝向敏感設備嘴子時，可在適當?shù)奈恢迷O置逆熱膨脹方向的止推支架；剛度較大的管道對設備、設備基礎等產生較大推力時，可在適當?shù)奈恢迷O止推支架。防振支架位置的確定防振支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應符合下列要求：有機械振動的管道，應設防振管卡。防振管卡的數(shù)量及位置應滿足管系動應力分析的要求；有地震設防要求的管道應在適當位置設置防振支架；可能發(fā)生水擊、兩相流等而且能引起管道的振動時，應在適當位置設置防振管卡；防振支架的生根部分應有足夠的剛度；防振支架應盡量沿地面設置；防振支架宜設獨立基礎，并避免生根在廠房的梁柱上。14.摩擦系數(shù)1)在管道柔性設計中，應考慮支架摩擦力的影響，摩擦系數(shù)應按下表選取。摩擦類型接觸面摩擦系數(shù)卩滑動摩擦鋼對混凝土0.6鋼對鋼0.3聚四氟乙烯對不銹鋼0.1滾動摩擦鋼對鋼0.1重要關系進行應力分析時應考慮摩擦力對整個管系的受力分配。對于轉動設備應盡可能采用吊架，以減少摩擦力對設備嘴子受力的干擾。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。15.例題彈簧支吊架編號(彈簧號)的選定當用計算機程序對管道進行應力分析時，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=[(|PG—PA|)/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：(1)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：[(|7628—9123|)/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：查表15-2-42，暫定該吊架位移范圍為VS30;G型吊架每個吊架實際僅承受管道荷載的一半，即 17350/2=8675N。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⑷以8675N對應的VS30刻度值向下12mm查得安裝荷載為10469N。(5)驗算彈簧荷載變化率:[(|8675—104691)/8675]X100%=20.6%<25%選用吊架型號為VS30G13。第五章應力分析進行應力分析的目的是使管道應力在規(guī)范的許用范圍內；使設備管□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；解決管道動力學問題；幫助配管優(yōu)化設計。管道應力分析主要包括哪些內容？各種分析的目的是什么？答：管道應力分析分為靜力分析和動力分析。1)靜力分析包括：壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應力計算 防止塑性變形破壞；――防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力計算――防止疲勞破壞；管道對設備作用力的計算一一防止作用力太大，保證設備正常運行;管道支吊架的受力計算一一為支吊架設計提供依據(jù);(5)管道上法蘭的受力計算(5)管道上法蘭的受力計算—防止法蘭泄漏;2)動力分析包括：管道自振頻率分析一一防止管道系統(tǒng)共振；管道強迫振動響應分析一一控制管道振動及應力；往復壓縮機氣柱頻率分析 防止氣柱共振；往復壓縮機壓力脈動分析 控制壓力脈動值。管道應力分析的方法管道應力分析的方法有：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，應根據(jù)管道輸送的介質、管道操作溫度、操作壓力、公稱直徑和所連接的設備類型等設計條件確定。對管系進行分析計算1)建立計算模型(編節(jié)點號)，進行計算機應力分析時，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、風載、雪載等)需了解分析結果處(如跨距較長的跨中心點)

(10)2)(1)(2)⑶⑷⑸⑹⑺(8)3)(1)(2)⑶⑷⑸動力分析需增設點初步計算（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果分析查看一次應力、二次應力的核算結果查看冷態(tài)、熱態(tài)位移查看機器設備受力查看支吊架受力（垂直荷載、水平荷載）查看彈簧表反復修改直至計算結果滿足標準規(guī)范要求（計算結果不滿足要求可能存在的問題）一次應力超標，缺少支架二次應力超標，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型機器設備受力過大，管道柔性不夠

固(6) 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，人為進行調整編制計算書，向相關專業(yè)提交分析計算結果計算書內容—次應力校核內容二次應力校核內容約束點包括固定點、支吊點、限位導向點和位移點冷態(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)的型號等有關信息離心泵、壓縮機和汽輪機的受力校核結果經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)位置等信息向相關專業(yè)提交分析計算結果向配管專業(yè)提交管道應力分析計算書，計算書不提供給甲方向設備專業(yè)提交設備需確認的設備受力如果支撐點、限位點、導向點的荷載較大，應向結構專業(yè)提交荷載數(shù)據(jù)將往復壓縮機管道布置及支架設置提交壓縮機制造廠確認何謂一次應力，何謂二次應力？分別有哪些荷載產生？這兩種應力各有何特點？答：一次應力是指由于外加荷載，如壓力或重力等的作用產生的應力?！螒Φ奶攸c是：它滿足與外加荷載的平衡關系，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，管道將產生塑性變形而破壞。二次應力是由于管道變形受到約束而產生的應力，它不直接與外力平衡，二次應力的特點是具有自限性，當管道局部屈服和產生小量變形時應力就能降低下來。二次應力過大時，將使管道產生疲勞破壞。在管道中，二次應力一般由熱脹、冷縮和端點位移引起?！銇碚f，管道上哪些點的應力比較大？為什么？答：一般來說，管道上三通和彎管處的應力比較大。因為，與直管相比，三通和彎管處的應力增強系數(shù)比較大。&根據(jù)NEMASM23的要求，汽輪機管□受力應滿足什么要求？答：NEMASM23對汽輪機管□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□受力必須滿足下列各項要求；（I）作用于任一管□上的合力及合力矩應滿足以下要求：0.9144Fr+Mr=26?689De式中De—-當量直徑，mm；當管□公稱直徑不大于200時，De=管□公稱直徑；當管□公稱直徑大于200時，De=（管□公稱直徑+400）/3;fr--單個管□上的合力，當接管采用無約束膨脹節(jié)時應包括壓力產生的作用力（凝汽式汽輪機垂直向下出□可不考慮膨脹節(jié)內壓推力 ）,N;Mr――單個管□上的合力矩，Nm。Fr=(Fx2+Fy2+Fz2)"2Mr=(Mx2+My2+Mz2)i/2式中Fx、Fy、Fz—單個管□上X、Y、Z方向的作用力，N；Mx、My、Mz——單個管□上X、Y、Z方向的力矩，Nmo進汽□、抽汽□和排汽□上的力和力矩合成到排汽□中心處的合力及合力矩應滿足以下兩個條件：合力和合力矩應滿足以下條件：0.6096Fc+MeW13?345DC其中：Fc--進汽□、抽汽□和排汽□的合力，N；Mc——進汽□、抽汽□和排汽□的力與力矩合成到排汽□中心處的合力矩，Nm；Dc--按公稱直徑計算得到的各管□面積之和的當量直徑， mm。當各管□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□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。|Fcx|v8?756Dc|Fcx|W13.345DC|Fcy|W21.891DC|Fcy|<6.672Dc2Fc和Me在X、丫、Z三個方向的分力和分力矩應滿足以下條件：|Fcz|Wi7?513DC|Fcz|W6?672DC式中Fcx、Fey、Fez——Fc在X、Y、Z方向上的分力，N;Mex、MCy、Mcz——Me在X、丫、Z方向上的分力矩，Nm。對于具有向下排汽□的凝汽式汽輪機，其排氣□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□法蘭面并作用于中心)。對于此種汽輪機，在進行、 (2)兩項校核過程中，計算排汽□上的垂直分力時不包括壓力荷載。對于具有向下排汽□的凝汽式汽輪機，還應進行如下校核：同時考慮壓力荷載和其它荷載時，如果作用于排汽□的垂直分力不超出排汽□面積的0.1069倍，則認為壓力荷載在排汽□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、設備管□和各支吊架的載荷，還應校核彈簧支吊架的型號是否合適。塔頂部管□的熱膨脹量(初位移)應如何確定？答：塔頂部管□可分三類處理，即封頭中心管□、封頭斜插管□和上部簡體徑向管□，管口的熱膨脹量分別按下列方法確定：(⑴封頭中心管□熱膨脹量的計算封頭中心管□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□之間可能存在操作溫度和材質的變化，故總膨脹量按下式計算：&=Lia(t—to)+L2a(t2—to)+…?…+Lioi(ti—to) (5—1)式中&--塔頂管□總的熱膨脹量，cm；Li--塔固定點至封頭中心管□之間因溫度和材質變化的分段長度， m；A--線膨脹系數(shù)，由20C至tiC的每米溫升1C時的平均線膨脹量，cm/m-C；Ti 各段的操作溫度，C；To-「裝溫度，一般取20C封頭斜插管□熱膨脹量的計算封頭斜插管□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：AX=La(t—to) (5—2)式中AX 封頭斜插管□水平方向的熱膨脹量，cm；L--塔中心線距封頭斜插管□法蘭密封面中心的水平距離， m;a--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/mC；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□熱膨脹量的計算上部簡體徑向管□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；2AX=La(t—to)(5—3)

式中m；AK――上部筒體徑向管□水平方向的熱膨脹量，cmm；L---分餾塔中心線距上部簡體徑向管□法蘭密封面的距離,t――塔上部的操作溫度，C；aa--線膨脹系數(shù)，由20C至tC的每米溫升「C時的平均線膨脹量,to—裝溫度，一般取2oC。在管道柔性設計中，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，在進行管道柔性設計時，不僅應考慮、正常操作條件下的溫度，還應考慮開車、停車、除焦、再生等情況。在石油化工管道設計中可能遇到哪些振動？答：在石油化工管道設計中常見的振動有：往復式壓縮機及往復泵進出□管道的振動；兩相流管道呈柱塞流時的振動；⑶水錘；安全閥排氣系統(tǒng)產生的振動；風載荷、地震載荷引起的振動。往復壓縮機、往復泵的管道振動分析應包括哪些內容？答：振動分析應包括：1） 氣（液）柱固有頻率分析，使其避開激振力的頻率；2） 壓力脈動不均勻度分析，采用設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；3） 管系結構振動固有頻率、振動及各節(jié)點的振幅及動應力分析，通過設置防振支架，優(yōu)化管道布置，消除過大管道振動。14何謂共振？在往復式機泵管道設計中可能引發(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。在往復機泵管道設計中可能引發(fā)共振的因素有：管道布置出現(xiàn)共振管長；緩沖器和管徑設計不當造成流體固有頻率與激振頻率重疊導致氣（液）柱共振；支承形式設置或管道布置不當?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，應使氣（液）柱固有頻率、管系的紡構固有頻率與激振力頻率錯開。管道設計時應進行振動分析，合理設置緩沖器，避開共振管長，合理布置管道和設置支架。管道柔性設計和防震設計有何關系？答：管道的柔性設計是保證管道有足夠的柔性以吸收由于熱脹、冷縮及端點位移產生的變形。防振設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置在滿足柔性設計的要求同時還要滿足防振設計要求。什么是氣體的壓力脈動？壓力脈動用什么指標來衡量？答：往復壓縮機的活塞在氣缸中進行周期性的往復運動，引起吸排氣呈間歇性和周期性，管內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。往復式壓縮機和往復泵的進出□管道除應進行柔性設計外，還應考慮流體壓力脈動的影響。壓力不均勻度S的表達式如下：3=[（Pmax—Pmin）/P。]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；Po 平均壓力（絕壓）,Po=（Pmax+Pmin）12,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)生在構件某點處局部的、永久性的損傷積累過程，經過足夠多的循環(huán)后，損傷積累可使材料產生裂紋，或使裂紋進一步擴展至完全斷裂。疲勞損傷一般發(fā)生在應力集中處，例如管道的支管連接處。評定標準1） 常用鋼管材料的許用應力可參照《石油化工管道柔性設計規(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生的二次應力范圍不得大于按下式計算的許用應力范圍。[Z]t=f(1?25[Z+0.25[Z)t (5-4)式中：[Z]t- 管道材料的許用應力范圍，MPa；MPa[Z10--—管道材料在安裝溫度下的許用應力，；MPa[Z —管道材料在計算溫度下的許用應力， ；f--在預計壽命內，考意循環(huán)總次數(shù)影響的許用應力范圍的減小系數(shù)，按下表選取。許用應力范圍的減小系數(shù)f值循環(huán)次數(shù)f<70001.0>7000140000.9>8>22000450000.7>450001000000.6>1000002000000.5>2000007000000.4>70000020000000.3當計算的應力范圍不能滿足式(5-4)要求、且內壓和外部持續(xù)荷載產生的一次縱向應力0L低于[J時允許將[川與皿的差值加在許用應力范圍中，以擴大二次應力的許用范圍。在此情況下，許用應力范圍應按下式計算。[Z]t=f[L25（[乙o+[Z）-Zl] （5-5）式中：Z—由內壓和外部持續(xù)荷載產生的一次縱向應力， MPa。對彎頭、三通等連接處應考慮柔度系數(shù)和應力增強系數(shù)，并按《石油化工管道柔性設計規(guī)范》附錄D計算。三通的柔度特性與其肩部結構有關，選用三通時應予以考慮。為保證法蘭連接的可靠性，法蘭設計壓力不應小于按下列公式確定的數(shù)值。Pfd=P+Peq -----(5—6)3 2Peq=(16M/tDg3)+(4F/tdg?) —一(5—7)式中：pfD—法蘭設計壓力，MPa；P--管道設計壓力，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， Nmm；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=0O管道作用在設備或固定點上的推力和力矩應按下列原則計算：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=CR(取其中最大值) ——(5—9)Ci=1—[zka/ZEm (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(Nm);R--按全補償值及Ea為基礎計算的推力(N)或力矩(Nm)；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 裝溫度下的估計瞬時推力(N)或力矩(Nm)；Ci--估計的自均衡系數(shù)；Z----管道由于熱脹冷縮和其他位移產生的二次應力， MPa。設備管□的允許推力和力矩應由制造廠提出， 當制造廠無數(shù)據(jù)時，可接卜列規(guī)定進行核算。離心泵管□的允許推力和力矩應符合API610的規(guī)定；蒸汽輪機管□的允許推力和力矩應符合NEMASM23的規(guī)定；離心壓縮機管□的允許推力和力矩應符附合 API617的規(guī)定；空冷器管□的允許推力和力矩應符合API661的推薦值。加熱爐接管的允許推力和力矩應符合下列要求：(2)加熱爐接管的位移應由加熱爐設計單位提出。壓力容器管口的允許推力和力矩應由壓力容器設計單位提出，否則，管道施加在壓力容器的力和力矩應由壓力容器設計單位確認。第六章材料力學基礎知識材料的強度理論有幾種？在管道強度設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力理論，其當量應力S=Z。它認為引起材料斷裂破壞的主要因素是最大拉應力。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要最大拉應力達到材料單項拉伸斷裂時的最大應力值，材料即發(fā)生斷裂破壞。第二強度理論一一最大伸長線應變理論，其當量應力S=Z1—KZ+Z)它認為引起材料斷裂破壞的主要因素是最大伸長線應變。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要最大伸長線應變達到材料單向拉伸斷裂時的最大應變值， 材料即發(fā)生斷裂破壞。第三強度理論一一最大剪應力理論，其當量應力S=Zi—Z。它認為引起材料屈服破壞的主要因素是最大剪應力。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要提大剪應力達到材料屈服時的最大剪應力值，材料即發(fā)生屈服破壞。第四強度理論一一變形能理論，其當量應力為：S=[1/(2)11//22][2(2Z2i1—/2Z2)2+(Z—Z3)2+(Z—Zi)2]它認為引起材料屈服破壞的主要因素是材料內的變形能。亦即不論材料處于何種應力狀態(tài)，只要其內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。在管道強度設計中主要采用最大剪應力強度理論。什么是彈性變形？什么是塑性變形？答：構件或物體在外力作用下產生變形，當外力除去后能完全恢復其原有形狀，不遺留外力作用過的任何痕跡，這種變形稱為彈性變形。構件或物體在外力作用下產生變形，當外力去除后，構件或物體的形狀不能復原，即遺留了外力作用下的殘余變形，這種變形稱為塑性變形。彈性體的應力與應變服從什么關系？答：彈性體的應力與應變服從廣義虎克定律，其具體表達式如下：=(1/E)[Zx―乂勿+儀)]尸(1/E)[W—V儀+Zx)]曠(1/E)[Z—V*+?)]Y(y=n<y/GWZ=nz/GYx=nx/G式中帆、y、運一一分別為x、丫、z三個方向的線應變；Z、z、z—分別為X、y、Z三個方向的正應力，MPa；ny、nz、nx—