管道第二章之地上管道總結

第2章地上管道管道跨越山谷、河流，通過沼澤、沙漠及永久凍土帶等地區(qū)時采用地面架設；油庫和煉油廠中的輸油管道，常設置在地面管架（管墩）上或地下管溝中；優(yōu)點：不影響土壤環(huán)境，且不受地下水位的影響，檢修方便，發(fā)現(xiàn)和清除事故容易。缺點：管道直接設置在空氣中，對于非常溫管增加了熱冷能量的損失，限制了通道的高度，不美觀。2-1

地上敷設管道的支承形式地上敷設的管道是由支架或管架支承按支架高低按管架的結構形式按支架對管道的約束形式按管道的跨越形式支承形式按支架高低分：低支架敷設中支架和高支架敷設沿墻敷設低支架敷設示例低支架敷設為了防止地面水的侵襲和節(jié)約材料，這種敷設方式的管子距地面的凈空一般為0.5米左右。由于管道敷設高度較低，便于施工、維護和檢修，因而有利于節(jié)約材料。缺點是線路規(guī)劃不當，將嚴重影響交通。中支架和高支架敷設在人行交通頻繁的地方，應該采用中支架，支架凈空高度約為2.5~3.0米。在跨越鐵路或公路的地方應該采用高支架，高支架凈空高度約為4.5~6.5米，甚至更高。中高支架和低支架敷設比較，需要的投資大，耗材多，維修也比低支架困難。沿墻敷設在工廠內(nèi)部，當管徑不大，管數(shù)不多時可以采用懸臂托架，將管道敷設在建筑物的墻上。不需另設支柱。應校核墻體的穩(wěn)定性，并應注意不要影響廠房的采光和窗扇的開啟。按管架的結構形式分類

獨立式管架：管架與管架之間沒有任何聯(lián)系結構，每個管架獨立地支承著管道；T形和П形，它們又可做成單層和雙層，要根據(jù)安裝管道的多少來選用，從結構上可分為單片平面管架、空間剛架和塔架等。組合式管架把各自獨立的管架聯(lián)接起來，形成管架系統(tǒng)。常見的組合式管架有縱梁式、桁架式等?？v梁式管架比較宏偉，剛度也大，一般用于多根小直徑管道在一起平行敷設，或在管線上分支較多的情況下，如化工廠、煉油廠等工廠內(nèi)的室外管線。按支架對管道的約束形式——固定支架和活動支架

通常每隔一定距離，就設置一個固定支架，在兩個固定支架中間設置一個補償器。兩個固定支架之間設活動支架，只作為管道支承，而不約束管道的熱膨脹。按管道的跨越形式——種類繁多

梁式管道跨越——以輸送管道作為梁的跨越

“”形剛架管道跨越——以輸送管道構成“”形剛架適用于小型河流跨越，且要求常年水位較淺，河床地質(zhì)情況較好，允許在河流中設置基礎。適用于小型河流跨越，充分利用管道自身的支撐能力，除使用兩個45°彎頭外，其他直線管組裝，結構簡單，施工方便，造價低。桁架式管道跨越——以輸送管道和其它構件組成桁架結構輕型托架式管道跨越—以管道作為上弦桿、鋼索作為下弦桿組成托架結構結構剛度大，有良好的穩(wěn)定性。單管拱跨越——以單根輸送管道作為拱形的跨越

組合管拱跨越－以輸送管道及其他構件組成拱形的跨越懸纜式管道跨越——輸送管道以懸垂形式吊掛在承重主索上的跨越

懸垂式管道跨越——輸送管道以懸垂狀構成自承式的跨越我國具有的獨特風格，由懸索結構演變而來。懸索式管道跨越——輸送管道以平直形狀吊掛在承重主索上的跨越

斜拉索管道跨越—輸送管道用多根斜向張拉鋼索連結于塔架和錨固墩上的跨越

采用多根密集的鋼絲繩斜向張拉管道，兩端用塔架作為其支座，使管道水平受拉，解決大口徑管道的跨越難題。結構形式的選擇原則當管徑小于DN300的大型跨越工程,宜選用懸鏈、懸纜結構。當管徑大于DN300的大型跨越工程,宜選用懸索、斜拉索或其組合結構。當管徑大于DN300的中型跨越工程,宜選用組合管拱、輕型托架、桁架結構。當河床穩(wěn)定、無通航要求時,亦可選用連續(xù)梁式結構。小型跨越工程,宜選梁式、單管拱、“π”型剛架、輕型托架、桁架等結構。國內(nèi)管道跨越結構設計技術總體水平國際領先。國內(nèi)居于領先水平的是四川石油設計院和長慶管道局設計院等。另外非石油行業(yè)的建設設計單位,如華東和華南地區(qū)部分城市的市政設計院在長距離輸水管道跨越上也建成了一批大跨度斜拉索管道跨越。斜拉索管道跨越—我國首先成功應用于大型管道跨越設計。懸纜式管道跨越—我國具有的獨特風格，由懸索結構演變而來。我國發(fā)展情況2-2

架空管道的載荷計算除管道輸送介質(zhì)的內(nèi)壓外，架空管道上還作用有多種形式的載荷。載荷計算垂直載荷水平載荷軸向載荷1．垂直載權荷垂直載宇荷包括帝管道自設重、保琴溫結構幕重量、黨管內(nèi)輸窗送介質(zhì)柳重量、尊管道附唇件重量宣；氣體管蕉道在某鈔些情況拒下尚應藝考慮水黨壓試驗搜時的水紛重；必要夠時考雞慮彈門簧支他吊架飽產(chǎn)生牽的作薦用載樓荷和游位移錄；低支架勒敷設時魯要考慮億行人的蟲重量；明設管督道要考陰慮冰雪血載荷和珍積灰載溜荷等。總垂竿直載詞荷載荷蟻系數(shù)管道啟單位嚼長度聯(lián)自重只，N/欺m管道片單位抓長度帽上保川溫層秧重量染，N/m管道單膚位長度坊內(nèi)所輸醉送的液鹿重，按感充滿管捕道截面濾計算，N/順m管架戴間距舊，當趴管架骨兩側授的間登距不余等時償，取條其平裹均值,m2．水平遭（橫向化）載荷——風載座荷載荷系晃數(shù)風載體瞞型系數(shù)稠，架空怨管道風惡載體型眠系數(shù)，暖見表2-2風壓高絲式度變化工系數(shù)，湖見表11-共2基本牌風壓金值(又稱章標準棵風壓船值)，取俘決于衫管架臭所在上地點魚，它析是指告空曠鈴地區(qū)10m高處30年一遇音的10分鐘牛最大重平均濾風壓巨值N/朵m2，見表11-宇1對于拐爪彎或附紡近設有像支管的勇固定管隙架，尚頸有拐彎綢管或支政管傳來旗的側向炭水平推球力。對于名拐彎躍或附催近設鄭有支盡管的請活動費管架圍，其腸管架淘頂尚縣有因垃管道殺橫向岔位移臂引起惱的橫谷向摩最擦力廢。3．軸向牽載荷管道的打軸向摩癥擦力管道科內(nèi)壓接引起棋的不或平衡譯軸向土力補償器乘的反彈去力為了適誘應管道鏈熱膨脹萄的要求訂，在架紋空管道臂中多設衛(wèi)有補償泳器，一幸般設置似在兩個腰固定管臥架之間祖，當管叛道受熱西膨脹時相，補償椒器被壓史縮變形繭，由于壯補償器害的剛度降，將產(chǎn)臟生一個雖抵抗壓墻縮的力病量。2-3管道敗跨度激計算地上峽管道池，隔—定的距團離就要嫂用管架壯（管墩鹿）、吊唉架、托危架來支梁承。兩支理承間涌的距釋離稱魂為管霸道跨歲度?？缍扔嫵渌闶堑乇嫔瞎艿郎ぴO計中烈的重要陵部分。兩種條倚件：強度剛度一、浙按強替度條醒件確來定管摸道的陣跨度管道排截面損上產(chǎn)扭生的禮最大勇應力嶄不得怠超過耍管材咐的許牛用應介力。連續(xù)績梁模品型最大彎組矩和應哥力彈性塑性跨度玩設計破公式跨長許用盲外載小綜合凍應力均布載騎荷截面顯系數(shù)焊縫系沖數(shù)焊縫魯系數(shù)焊接情況焊縫系數(shù)η手工電弧焊0.70有墊環(huán)對焊焊接0.90無墊環(huán)對焊焊接0.70手動雙面加強焊接0.95自動雙面焊接1.00自動單面焊接0.80二、突按剛蔬度條礙件確乖定管劃道跨永度管道在即一定的益跨度下圣總有一睡定的撓亮度，根朋據(jù)對撓俊度的限行制所確急定的管盯道允許厘跨度，浩叫做按皺剛度條蘿件確定杰的管道辮跨度兩種情蓋況不允許太反坡允許一壤定程度離反坡油氣晚管道鴉要求沃管道兆的坡?lián)穸群筒聯(lián)隙葴I限制戚在一救定范看圍內(nèi)側就可偷以，默并不鋼限制推反坡企。如輸筑送特食別粘余稠介矩質(zhì)的牢管道吧或要危求介色質(zhì)在秤管內(nèi)糠能完塞全自侄流放偵空的愧管道勢，不紐奉允許右出現(xiàn)勞反坡槽。允許祖反坡——限制排管道衡的撓爐度Δma界x≤0義.1晨Dg中跨近端直如跨不允許臣反坡對于輸勢油和輸抖氣管道質(zhì)，通常涂只需要蘋按強度園條件決歉定跨度籮即可。對于共蒸汽剪管道善或其妹它對蓋撓度殊有特醫(yī)殊限困制要照求的高管道安，應督同時乏按強戚度條不件和揪剛度爽條件京計算愁跨度友，最主后選跡用兩府者中毫數(shù)值莫較小奇者。2-4管道橋熱應間力計婦算地面敷點設管道涂受到來平自管架喊、連接蓮設備等自的約束駕，因此如，當溫偷度變化不時，管單道必然猜發(fā)生變巖形，管曬壁上由賀此產(chǎn)生筐熱應力閃。例2-1：設塞油罐基進出呢油管波線為φ15糖9×難4.憲5鋼管熟，管敏材的駐彈性柏模量僑為197妹.5G荒Pa，熱搜脹系湯數(shù)為1.至22萄×1鄉(xiāng)豐0-51/℃，操州作溫度攜為10重0℃，若安憶裝溫度木為0℃，當冠管線抱在1點處固偵定時，他求管線弓的熱應梯力和對記油罐的披推力。解：掌管子斑截面翅積為溫差：△T=濁10鐵0℃侵-0翁℃=吐10汽0℃橫截傭面上菜的溫惰度應駛力：σ=1住.2裝2×醋10-5×19叢7.5請×109×10喝0=2懷40.匯95（MPa）管子丈對油咬罐的避推力所：P=σA=株52秋2.加86（KN）A=2矩.17谷×10-3m2將進出炊油管在淹罐前的養(yǎng)固定點化由1點改閘至2點角形平絲式面管道每；管系有挖大的變闊形能力艘；管道的律熱應力溫和對油小罐的推疲力大為濃降低。平面管遮系熱應冷力的計脆算彈性朵中心府法（館力法贏）——分析法圖解籍法——查設計相手冊計算巖程序姻法計算匹機程婆序或殊商用訂有限障元軟危件簡化壺計算偽方法不要陸求對紅熱應信力的赤大小舟作詳少細計歪算，除只要預求判猴斷管秘道有繡無足爭夠的債補償挖能力彈性中菠心法彈性中鈴心法采撓用下列蠻幾點假府設：固定墻點是幼無位情移無而轉(zhuǎn)動偽的絕徹對剛庭性質(zhì)績點；中間莊活動譜支架洽的摩跨擦力衫在計全算中卸不予素考慮丟；管系旋是按吊一根瀉無重修量的歇彈性純線計影算。計算辱熱應濟力（摸彈性見力）旁的步符驟：根據(jù)矮管系科的條顛件，陜確定極各有白關數(shù)已據(jù)（D,寬t摧,△T,譽α句,絞E,始I帽,W）；溫度蕉變化撕引起咸的各痛方向莊伸長敢量（彼△x,△y）；計算拌管系薪的線最靜矩擇、線袖慣性然矩、著線慣困性積慮；確定管之系的形絞心位置西；計算x、y方向的矛反力；計算勸各點且的彎違矩，肥求出樣管系詞最大獵彎矩Mma椅x；計算最還大彎曲徹應力σmax=豬Mma兩x/W，并與罵許用應撿力比較秒。線性席矩：線慣參性矩榴：線慣迎性積妨：管系木形心么：x、y方向午的反神力：管系暗上任觀意點A0（x0,y0）的俊彎矩：例2-2：設油燃罐進出未油管線細為φ159全×4.劍5鋼管，幻玉管材的襯彈性模促量為197適.5G芝Pa，熱脹亦系數(shù)為1.尸22傻×1厲0-骨51皮/℃，操作軍溫度為10惹0℃，若旋安裝溜溫度謠為0℃，當粱管線仇在2點處固刺定時，麥且已知ab管長5m，bc管長10m，求管茅系的最愚大熱應踏力。例2-3：將丈前例旨中的奸角形初管道際在轉(zhuǎn)猴角處技采用亦曲率蕩半徑R=辭3.剛5D≈0.5銅m的彎管關，其余鼠條件不反變，求季管系的扶最大熱原應力。2-5管道熱翻應力的砌補償在溫度皺較高的搜管道系書統(tǒng)中，湯一般設走置一些指可伸縮鉤的裝置鋸或彎曲政的管段怪，以增尼加管道鋒的彈性余，減小叛熱脹應姜力。這種綢能減葬小熱墳應力耽的裝賢置稱規(guī)為補罰償器弓。彎曲管璃段伸縮器彎曲管搶段：L形、Z形、Π形和Ω形補慨償器Ω形補償?shù)衿饔糜诩毿】趶教}管道。Π形補批償器薯應布顛置在觀補償全段的迎中間玻位置釘，以書使兩魯臂伸爹縮均住衡，于管線料不會劈燕彎曲虧，充丘分發(fā)蘭揮補誰償器電的補寸償能浮力。劉若地沃形限旋制，劫應在身補償洲器兩終端對塌稱布床置導禿向支清座。伸縮裝煉置波紋搜管式崗和填倦料函米式利用金葉屬本身斗的彈性訓伸縮來拿減少管曾道的熱求應力，醋每個波假紋可吸貸收膨脹愧值5-款15赴mm。優(yōu)點餓：體手積小丹、結地構緊浮湊缺點：秋易發(fā)生北縱向彎勢曲，波解紋總數(shù)沿一般不豈超過6個，碗補償狐能力賀有限韻。優(yōu)點：葛體積小賞、補償肆能力大缺點無：易艦泄漏掏、易搭卡只有彎紛曲管段虜不能滿攏足要求寫時，才易采用伸自縮裝置廈。補償鼠器的貸設計膀計算棒方法彈性簽中心峽法（奇力法此）——分析羞法（p7歡4-含p7瘋6）圖解清法——查設計京手冊計算程逆序法計算塔機程跌序或形商用旗有限黃元軟龍件簡化計暢算方法不要善求對途熱應邪力的姿大小局作詳桃細計艙算，懲只要討求判岔斷管鑼道有駐無足防夠的握補償缸能力ASM季EB鄙31.禍1判別勇式管子的局公稱直驅(qū)徑，m管道下在溫與度變企化時后的自寒由位京移，宇等于漢兩個睛固定殖支座覆間的妖直線視熱伸蝴長量禾，mm兩個塵固定結支座營間管栗道的謀實際葬總長癥度，m兩個菜固定勒支座慨間的錢直線頑長度鼓，m例2-4：在相血距60默m的固甩定支錫座的海管道每中，燒設計紐奉膨脹攜彎的成尺寸h。假定澡直徑D=刃40末6m基m，管道辨的安裝里溫度為15兔℃，而運工行溫度乳為80℃，管裁道材凍質(zhì)的漏彈性川模量E=2勤10G嘉Pa，α=津1.閣12俯×1衫0-51/陶℃。解：幕管道左安裝暈與運傷行時慰的溫該度變屋化為之：ΔT=供80-賤15=藥65℃熱伸臂長量標為：△=待α·豬U·眨ΔT潑=1汪.1癥2×紅10修-5瘡×6雷0×喜65驕=0嶼.0岸43己68概m=年43尖.6摟8m肺m設計膨豬脹彎后淹，應用斗簡易校喪核公式杰，得：求解：h=功1.晶46忌m2-6管道懼振動振動屆是一聰種現(xiàn)樓象；結構振蘿動有巨告大的危敏害性；振動轟會引吃起管厭道和陰管架秩的疲焦勞損謎壞、蚊建筑招物誘辦發(fā)振影動以簡及噪梳聲等呆。管道籮產(chǎn)生涌振動桐的原薦因流體（披氣體或神液體）欄脈動往復梅式機泳泵進育出口斷；彎頭、恰異徑管疏、控制辣閥、盲注板等風載共振當激發(fā)辭頻率與寸系統(tǒng)某上階固有揪頻率相浪等時；對管道使組件，量推薦的搶最低固暗有頻率叨是30H鋤z；工程上解的共振杰區(qū)范圍且（0.滲8~桑1.伐2）fn(系統(tǒng)固億有頻率)機泵本閥身的振舒動動平衡避性能差爹、安裝巴不對中教、基礎芽設計不逝當?shù)热菰S佩壓力日脈動彎值（擦）管道幣絕對齊壓力次平均迎值，kPa振動頻甜率，Hz振動渠控制偶指標容許聲倆學振動僚力要求的槍容器振焦動力，必直到200買0N