工業金(jin)屬(shu)管(guan)道的膨(peng)脹和柔性(xing)計算的基本要求主要有以下(xia)幾(ji)點(dian)：
一、一般規(gui)定
1. 管系(xi)對約束點（諸如管端設備接口(kou)處等）產生作(zuo)用力(li)和(he)(he)力(li)矩。作(zuo)用力(li)和(he)(he)力(li)矩過大，需加(jia)以(yi)(yi)限(xian)制(zhi)，以(yi)(yi)防造成以(yi)(yi)下(xia)危害∶
a. 作(zuo)用(yong)力(li)和力(li)矩過大，在管(guan)道與(yu)設(she)備或管(guan)道組成件的連接處易發生泄漏或損壞(huai)。
b. 作(zuo)用力(li)和力(li)矩過(guo)(guo)大會導致(zhi)與(yu)管道相連接的設備內部（泵、汽輪機、透平壓縮機等）產生過(guo)(guo)量的應力(li)和變形，無法正常運(yun)行甚至引起機件的損壞。
2. 本規(gui)范對劇烈循環條件的管道有關系的條文號列于下，以便查對∶本規(gui)范第(di)2.1.23、5.2.2條，第(di)5.3.2.3款，第(di)5.4.1條，第(di)5.4.3.4、5.4.4.2款，第(di)5.6.3、5.8.7條，第(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款，第(di)11.4.1條，第(di)13.1.3款；附錄D第(di)D.0.1條，附錄J第(di)J.1.3、J.2.1條。
二(er)、管(guan)道柔性計(ji)算的范圍及(ji)方法
1. 管(guan)(guan)(guan)(guan)道柔性計(ji)算的(de)(de)范(fan)圍(wei)基本上包括了-50℃以下的(de)(de)冷管(guan)(guan)(guan)(guan)道以及絕大(da)部分的(de)(de)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)道。但按管(guan)(guan)(guan)(guan)道公(gong)稱(cheng)直(zhi)徑(jing)規(gui)定(ding)柔性計(ji)算的(de)(de)范(fan)圍(wei)，與設(she)計(ji)溫(wen)度、管(guan)(guan)(guan)(guan)道重要性、尤其與管(guan)(guan)(guan)(guan)道布置(zhi)(zhi)的(de)(de)具體(ti)情況有(you)關。如管(guan)(guan)(guan)(guan)道布置(zhi)(zhi)的(de)(de)剛性大(da)，雖然管(guan)(guan)(guan)(guan)徑(jing)小些，柔性也未必合格。而計(ji)算人員的(de)(de)經驗有(you)助(zhu)于(yu)這種判斷。所以計(ji)算的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)徑(jing)范(fan)圍(wei)要在工程設(she)計(ji)時確定(ding)。隨著微機的(de)(de)日(ri)益廣泛使用和管(guan)(guan)(guan)(guan)道計(ji)算程序及一體(ti)化設(she)計(ji)的(de)(de)完(wan)善，用計(ji)算機計(ji)算的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)道范(fan)圍(wei)可能(neng)隨之擴(kuo)大(da)。
2. 對于諸如高溫高壓(ya)蒸汽(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的(de)疏水管(guan)(guan)(guan)，雖然它(ta)們(men)管(guan)(guan)(guan)徑(jing)不大，可不在(zai)計(ji)算范(fan)圍內(nei)，但由于在(zai)工(gong)(gong)作條件(jian)下，關斷閥上游管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)仍(reng)處于高溫狀(zhuang)態(tai)，要求它(ta)具有較好的(de)自(zi)補償(chang)能力；同時(shi)，這類(lei)小(xiao)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)由于與(yu)主(zhu)(zhu)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)相(xiang)比其剛度(du)甚小(xiao)，相(xiang)差懸殊(shu)，致(zhi)使(shi)在(zai)工(gong)(gong)作條件(jian)下，主(zhu)(zhu)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)熱(re)位移時(shi)對小(xiao)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)產生較大的(de)牽連，往往因此造成小(xiao)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)與(yu)主(zhu)(zhu)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)相(xiang)接(jie)處損壞。為此，對此類(lei)小(xiao)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)要進行(xing)計(ji)算。
3. 柔性(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)方法(fa)分為用計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)機(ji)程(cheng)序進行(xing)分析(xi)、近似方法(fa)及(ji)簡化判斷法(fa)等。柔性(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)人員的(de)(de)經驗與采用的(de)(de)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)方法(fa)的(de)(de)選擇(ze)有關，條(tiao)文(wen)已明(ming)確重要(yao)的(de)(de)管(guan)道需要(yao)用計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)機(ji)程(cheng)序計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)。對于(yu)復雜(za)的(de)(de)管(guan)道系統都是在用電子(zi)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)機(ji)程(cheng)序進行(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)之列(lie)。簡化計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)包(bao)括(kuo)采用圖表計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)在內，一般要(yao)求計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)結果可信，又(you)能節省設計(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)工時的(de)(de)情況下使用。
三、管道柔性計(ji)算的基(ji)本要求
在設計中(zhong)導向(xiang)架的(de)結(jie)構應符合計算(suan)程序中(zhong)所設定(ding)的(de)約束條件(jian)。對于滑動支(zhi)架所產生的(de)摩(mo)擦力(li)在計算(suan)程序中(zhong)沒有(you)考慮時(shi)，則(ze)計算(suan)結(jie)果(guo)會有(you)誤差。
四、管道的位移(yi)應力
1. 全補償值是管系(xi)由冷態到(dao)熱(re)態間(jian)的變化所引起(qi)的，包括有管系(xi)本身的熱(re)膨脹值和(he)管道端點的附加位移值。
2. 當(dang)量力矩(ju)的(de)計算。在(zai)計算當(dang)量合(he)成(cheng)力矩(ju)時，不論計算點是在(zai)彎(wan)頭彎(wan)管(guan)上(shang)還是在(zai)三通上(shang)，應(ying)力增(zeng)大(da)系數可有兩種取法。在(zai)柔性(xing)計算中，應(ying)注意檢查法蘭接頭處(chu)的(de)合(he)成(cheng)彎(wan)矩(ju)值，并加以(yi)控(kong)制。以(yi)防在(zai)熱態(tai)下產生泄漏。見本規(gui)范條(tiao)(tiao)文(wen)說明第9.1.1條(tiao)(tiao)的(de)要(yao)求。
3. 截面系數的計算參照了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱脹應力(li)(li)(li)(li)范(fan)(fan)圍(wei)的(de)計(ji)算(suan)。工業(ye)管道大多數使用了具有(you)良(liang)好塑性(xing)的(de)管材，它們(men)在運行初期往(wang)往(wang)不(bu)(bu)會因(yin)二次應力(li)(li)(li)(li)過大而馬上引起管道的(de)破(po)壞，總要經歷反(fan)復(fu)啟動停運多次重復(fu)地交(jiao)變(bian)運行，才可能(neng)產(chan)生疲勞破(po)壞。因(yin)此(ci)，對該類型(xing)應力(li)(li)(li)(li)的(de)限制就(jiu)不(bu)(bu)取(qu)決于某一時(shi)間的(de)應力(li)(li)(li)(li)水平，而取(qu)決于交(jiao)變(bian)的(de)應力(li)(li)(li)(li)范(fan)(fan)圍(wei)和交(jiao)變(bian)循環的(de)次數。本規范(fan)(fan)對這種(zhong)應力(li)(li)(li)(li)是計(ji)算(suan)其(qi)應力(li)(li)(li)(li)范(fan)(fan)圍(wei)。并按本規范(fan)(fan)第3.2.7條式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行限制。由于當(dang)量(liang)力(li)(li)(li)(li)矩編(bian)人兩種(zhong)公式，故熱脹應力(li)(li)(li)(li)范(fan)(fan)圍(wei)的(de)計(ji)算(suan)式也有(you)兩種(zhong)公式。
5. 雖然超過(guo)屈服(fu)極限的(de)(de)應(ying)力在運行狀態(tai)下隨時間(jian)的(de)(de)推移而減小，但熱(re)態(tai)、冷(leng)態(tai)的(de)(de)應(ying)變會自(zi)均(jun)衡至一定程度而穩定下來(lai)，任一循環中熱(re)態(tai)與冷(leng)態(tai)應(ying)變的(de)(de)總(zong)和卻基本保(bao)持(chi)不變，把冷(leng)態(tai)與熱(re)應(ying)變總(zong)和稱為應(ying)變范圍(wei)(wei)；冷(leng)態(tai)與熱(re)態(tai)應(ying)力總(zong)和稱為應(ying)力范圍(wei)(wei)。
6. 管(guan)道(dao)熱(re)脹或位移應(ying)力(li)(li)不直接與(yu)外力(li)(li)相平(ping)(ping)衡，具有自限性。熱(re)脹和(he)其他位移在運(yun)行條件(jian)下產生(sheng)的(de)(de)初應(ying)力(li)(li)大到(dao)某(mou)一程度，就會由于屈服(fu)、蠕變、應(ying)力(li)(li)松弛而降(jiang)低下來，回到(dao)停(ting)運(yun)狀態則(ze)出(chu)現相反方向的(de)(de)應(ying)力(li)(li)，這種現象類似于管(guan)系的(de)(de)冷拉(la)，稱(cheng)為(wei)自拉(la)。它與(yu)管(guan)材(cai)性能、運(yun)行溫度、初應(ying)力(li)(li)水平(ping)(ping)、安裝(zhuang)應(ying)力(li)(li)大小、持(chi)續運(yun)行時間長短等因(yin)素有關。
7. 熱脹(zhang)應力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)的(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)。目前許用熱脹(zhang)應力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)的(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)有兩種(zhong)模式(shi)，采(cai)用該兩個公式(shi)的(de)(de)分別(bie)為∶前者(zhe)以國(guo)家(jia)現行標準《火力(li)發電廠汽水管道應力(li)計(ji)(ji)算技術規(gui)定(ding)(ding)(ding)》SDGJ6為代表，同時還有其他部的(de)(de)一些設(she)計(ji)(ji)院的(de)(de)熱力(li)管道設(she)計(ji)(ji)；后者(zhe)以國(guo)家(jia)現行標準《化工(gong)管道設(she)計(ji)(ji)規(gui)范(fan)(fan)(fan)》HG20695為代表，以及有關設(she)計(ji)(ji)院的(de)(de)管道設(she)計(ji)(ji)。在(zai)本規(gui)范(fan)(fan)(fan)第(di)3.2.7條(tiao)中已(yi)提出本規(gui)范(fan)(fan)(fan)采(cai)用后者(zhe)的(de)(de)公式(shi)，并在(zai)本規(gui)范(fan)(fan)(fan)條(tiao)文說(shuo)明(ming)第(di)3章(zhang)中已(yi)有解釋。如(ru)果(guo)需要降低材料的(de)(de)許用應力(li)時，符(fu)合ASMEB31.1的(de)(de)規(gui)定(ding)(ding)(ding)。則評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值大幅度(du)降低。上述兩種(zhong)公式(shi)評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)模式(shi)僅(jin)差6%，由于安全(quan)系(xi)數不同，評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值相(xiang)差竟(jing)達20%以上。這說(shuo)明(ming)上述第(di)一種(zhong)公式(shi)，評(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值仍不能接(jie)近ASME B31.1的(de)(de)水平。
五、管道(dao)對(dui)設備或端點的作用力
在計算(suan)運行(xing)初(chu)(chu)期(qi)冷(leng)態作(zuo)用力時(shi)，計算(suan)補償(chang)值(zhi)即冷(leng)補償(chang)值(zhi)僅(jin)為冷(leng)拉值(zhi)；在計算(suan)運行(xing)初(chu)(chu)期(qi)熱態作(zuo)用力時(shi)，計算(suan)補償(chang)值(zhi)除管系熱膨脹(zhang)值(zhi)和管道端點的附加位移(yi)值(zhi)外，還要計及冷(leng)拉值(zhi)的無效(xiao)部分（不冷(leng)拉就(jiu)不存在這項）。
六、改善管道(dao)柔性的(de)措施
1. 改(gai)善管系的(de)柔性問題，首先(xian)需考慮能否用改(gai)變支架型(xing)式來解決。因管系可能存在局部過應變。
2. 當管(guan)系結(jie)構(gou)中的(de)(de)(de)(de)絕大部(bu)分(fen)(fen)(fen)或比(bi)較大的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)處(chu)于彈(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)態，僅·有(you)很小(xiao)部(bu)分(fen)(fen)(fen)管(guan)道運行(xing)在非彈(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)范(fan)圍(wei)(wei)，就(jiu)會(hui)發(fa)(fa)生彈(dan)(dan)性(xing)(xing)(xing)轉移引(yin)起(qi)應變(bian)(bian)(bian)(bian)集中。當管(guan)道工作在蠕變(bian)(bian)(bian)(bian)范(fan)圍(wei)(wei)且變(bian)(bian)(bian)(bian)形分(fen)(fen)(fen)布(bu)很不均勻時(shi)(shi)，這種現象就(jiu)更突出。管(guan)系中剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)強的(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)與剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)弱的(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)相連(lian)接時(shi)(shi)，隨時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)推移，作用在結(jie)構(gou)兩端的(de)(de)(de)(de)位移將(jiang)發(fa)(fa)生再分(fen)(fen)(fen)布(bu)，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)強的(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)應變(bian)(bian)(bian)(bian)減小(xiao)，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)弱的(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)應變(bian)(bian)(bian)(bian)增大，發(fa)(fa)生局部(bu)過(guo)應變(bian)(bian)(bian)(bian)，并易(yi)引(yin)起(qi)屈服變(bian)(bian)(bian)(bian)形。
3. 為保證管系整體結構安全運(yun)行，避免因彈性轉(zhuan)移引起(qi)的局部過應變(bian)，設計管系時應在(zai)以下方面充分注(zhu)意∶
a. 管系中小直(zhi)徑管道與(yu)大(da)直(zhi)徑或剛性強(qiang)的管道串聯(lian)相接；
b. 管系中局部管道的尺寸或斷(duan)面縮小，或者是采用(yong)了性能較弱(ruo)的管道材料
c. 管(guan)(guan)(guan)(guan)系中(zhong)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)材質(zhi)和規格相同，但在布(bu)置格局上大部分的管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)處于或接近中(zhong)性(xing)軸(zhou)（或推力線(xian)），小部分管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)偏離中(zhong)性(xing)軸(zhou)，甚至有較多(duo)的偏離卻要(yao)吸收較大的應(ying)變。
上述情況應(ying)(ying)在布置管(guan)道時(shi)(shi)盡量避(bi)免，尤(you)其采用(yong)延展(zhan)性較(jiao)低的材料時(shi)(shi)更應(ying)(ying)引起重視(shi)。若無法避(bi)免，就(jiu)應(ying)(ying)采取一些有效措施如加限位裝(zhuang)置等。
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