工業金屬管道的膨脹和柔(rou)性計算的基(ji)本要求主要有以(yi)下幾點：
一、一般規定
1. 管系對約束點(dian)（諸(zhu)如(ru)管端設備接口處等）產生作(zuo)用力和(he)(he)力矩。作(zuo)用力和(he)(he)力矩過大(da)，需加以(yi)(yi)限制，以(yi)(yi)防(fang)造(zao)成以(yi)(yi)下危害∶
a. 作用力和力矩過大，在管(guan)道與設備或管(guan)道組成件(jian)的連(lian)接處易發生泄漏或損壞。
b. 作用力和力矩(ju)過大會導致與(yu)管道相(xiang)連(lian)接(jie)的(de)(de)設備內(nei)部（泵、汽輪機(ji)、透(tou)平壓縮機(ji)等）產(chan)生(sheng)過量(liang)的(de)(de)應力和變形，無法正常運行(xing)甚(shen)至引起機(ji)件的(de)(de)損壞。
2. 本規范對(dui)劇烈循環(huan)條(tiao)(tiao)件的(de)管道有關系的(de)條(tiao)(tiao)文號列于下，以(yi)便(bian)查對(dui)∶本規范第(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.3.2.3款(kuan)，第(di)(di)5.4.1條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)，第(di)(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)，第(di)(di)11.4.1條(tiao)(tiao)，第(di)(di)13.1.3款(kuan)；附(fu)錄(lu)D第(di)(di)D.0.1條(tiao)(tiao)，附(fu)錄(lu)J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)(tiao)。
二、管道柔性(xing)計(ji)算(suan)的范圍及方法(fa)
1. 管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)柔(rou)性(xing)(xing)計(ji)(ji)算的(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)(wei)基(ji)本上包括(kuo)了-50℃以下的(de)(de)冷管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)以及(ji)絕(jue)大部分的(de)(de)熱(re)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)。但按管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)公稱(cheng)直徑(jing)規定柔(rou)性(xing)(xing)計(ji)(ji)算的(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)(wei)，與設計(ji)(ji)溫度、管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)重要(yao)性(xing)(xing)、尤其(qi)與管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)布(bu)置(zhi)的(de)(de)具(ju)體(ti)情況(kuang)有關(guan)。如管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)布(bu)置(zhi)的(de)(de)剛性(xing)(xing)大，雖然管(guan)(guan)徑(jing)小些，柔(rou)性(xing)(xing)也未必合格。而計(ji)(ji)算人員(yuan)的(de)(de)經驗有助于這種(zhong)判斷(duan)。所以計(ji)(ji)算的(de)(de)管(guan)(guan)徑(jing)范(fan)圍(wei)(wei)(wei)要(yao)在工程設計(ji)(ji)時確(que)定。隨著微機的(de)(de)日(ri)益廣泛使用(yong)(yong)和管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)計(ji)(ji)算程序及(ji)一體(ti)化設計(ji)(ji)的(de)(de)完善，用(yong)(yong)計(ji)(ji)算機計(ji)(ji)算的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)范(fan)圍(wei)(wei)(wei)可能(neng)隨之擴大。
2. 對于諸如高(gao)溫高(gao)壓蒸汽管(guan)道(dao)(dao)的疏水管(guan)，雖然它們(men)管(guan)徑不大(da)，可(ke)不在計(ji)算范圍內，但由于在工作條件下，關斷閥(fa)上游管(guan)道(dao)(dao)仍處(chu)于高(gao)溫狀態，要求它具有較(jiao)好(hao)的自補償(chang)能力；同時(shi)，這類小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)(dao)由于與(yu)主管(guan)道(dao)(dao)相比其剛(gang)度甚(shen)小(xiao)(xiao)，相差懸(xuan)殊，致(zhi)使在工作條件下，主管(guan)道(dao)(dao)熱位移時(shi)對小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)(dao)產(chan)生較(jiao)大(da)的牽連，往往因此(ci)造成小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)(dao)與(yu)主管(guan)道(dao)(dao)相接處(chu)損壞(huai)。為此(ci)，對此(ci)類小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)(dao)要進(jin)行(xing)計(ji)算。
3. 柔性計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的方法(fa)分為(wei)用(yong)(yong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程(cheng)(cheng)序進行(xing)分析、近(jin)似方法(fa)及簡(jian)化判(pan)斷法(fa)等。柔性計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)人(ren)員(yuan)的經驗與采用(yong)(yong)的計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方法(fa)的選擇有關，條文已明確(que)重要(yao)的管(guan)道(dao)需要(yao)用(yong)(yong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程(cheng)(cheng)序計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于復雜的管(guan)道(dao)系統都是在用(yong)(yong)電子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程(cheng)(cheng)序進行(xing)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)之列。簡(jian)化計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)包括采用(yong)(yong)圖表計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)在內，一(yi)般要(yao)求計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結果可信(xin)，又能節省設計(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的工時的情況(kuang)下使(shi)用(yong)(yong)。
三、管(guan)道柔(rou)性計算的基本要求
在(zai)設計(ji)(ji)(ji)中(zhong)導向架(jia)的結構應符(fu)合計(ji)(ji)(ji)算(suan)程序中(zhong)所設定的約束條件(jian)。對于滑動支架(jia)所產生的摩擦力在(zai)計(ji)(ji)(ji)算(suan)程序中(zhong)沒有考(kao)慮時，則(ze)計(ji)(ji)(ji)算(suan)結果(guo)會有誤差。
四、管道的位移應力
1. 全補償值(zhi)(zhi)是管系(xi)由(you)冷態到熱態間的變化所引起(qi)的，包(bao)括有(you)管系(xi)本身的熱膨(peng)脹(zhang)值(zhi)(zhi)和管道端點(dian)的附加位移值(zhi)(zhi)。
2. 當量力矩的計(ji)(ji)算。在(zai)計(ji)(ji)算當量合(he)成力矩時，不論計(ji)(ji)算點是在(zai)彎頭(tou)彎管上(shang)還是在(zai)三通上(shang)，應(ying)力增大(da)系數可有兩種(zhong)取(qu)法。在(zai)柔性計(ji)(ji)算中，應(ying)注意(yi)檢查法蘭接頭(tou)處的合(he)成彎矩值，并加以控制。以防在(zai)熱態下產生泄漏(lou)。見本規范條(tiao)文說明第9.1.1條(tiao)的要求(qiu)。
3. 截面系數的(de)計算參(can)照了ASME B31.1及(ji)B31.3的(de)規(gui)定。
4. 熱脹應(ying)(ying)力(li)范圍的計(ji)算(suan)。工業管道大(da)多數使用了具有良好(hao)塑性的管材，它們在運行初期往往不會因二次應(ying)(ying)力(li)過大(da)而馬上引起管道的破壞，總要(yao)經(jing)歷(li)反復(fu)啟(qi)動停運多次重復(fu)地交(jiao)變運行，才(cai)可能產(chan)生(sheng)疲勞破壞。因此，對該(gai)類(lei)型應(ying)(ying)力(li)的限(xian)(xian)制就不取決于(yu)某一(yi)時間的應(ying)(ying)力(li)水平，而取決于(yu)交(jiao)變的應(ying)(ying)力(li)范圍和交(jiao)變循環的次數。本(ben)規范對這種(zhong)應(ying)(ying)力(li)是計(ji)算(suan)其應(ying)(ying)力(li)范圍。并按(an)本(ben)規范第3.2.7條式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行限(xian)(xian)制。由(you)于(yu)當(dang)量力(li)矩(ju)編人兩(liang)種(zhong)公式，故熱脹應(ying)(ying)力(li)范圍的計(ji)算(suan)式也有兩(liang)種(zhong)公式。
5. 雖然超(chao)過屈(qu)服極限的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力在運行(xing)狀態(tai)(tai)下隨時間(jian)的(de)推移(yi)而減小，但(dan)熱(re)態(tai)(tai)、冷態(tai)(tai)的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)會(hui)自均衡至一定程度而穩定下來，任一循(xun)環(huan)中(zhong)熱(re)態(tai)(tai)與(yu)冷態(tai)(tai)應(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)的(de)總(zong)和卻基(ji)本保持不(bu)變(bian)，把(ba)冷態(tai)(tai)與(yu)熱(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)總(zong)和稱(cheng)為應(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)范圍(wei)；冷態(tai)(tai)與(yu)熱(re)態(tai)(tai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力總(zong)和稱(cheng)為應(ying)(ying)(ying)(ying)力范圍(wei)。
6. 管道(dao)熱脹或位移(yi)(yi)應(ying)(ying)力(li)(li)不直(zhi)接與外力(li)(li)相平衡，具(ju)有自限性(xing)。熱脹和其他(ta)位移(yi)(yi)在運(yun)(yun)行(xing)條(tiao)件下產(chan)生的(de)初應(ying)(ying)力(li)(li)大到某一(yi)程度，就會由于屈服、蠕變、應(ying)(ying)力(li)(li)松(song)弛(chi)而降低(di)下來，回(hui)到停運(yun)(yun)狀態則出現相反方向(xiang)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)，這種現象類似于管系的(de)冷拉，稱為(wei)自拉。它與管材性(xing)能、運(yun)(yun)行(xing)溫(wen)度、初應(ying)(ying)力(li)(li)水(shui)平、安裝(zhuang)應(ying)(ying)力(li)(li)大小、持續運(yun)(yun)行(xing)時間長短等因素有關。
7. 熱(re)(re)脹應(ying)(ying)力(li)(li)(li)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)。目(mu)前(qian)許用(yong)熱(re)(re)脹應(ying)(ying)力(li)(li)(li)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)有(you)兩(liang)種模式(shi)(shi)，采用(yong)該兩(liang)個公(gong)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分別為∶前(qian)者以(yi)國家現行(xing)(xing)標準(zhun)《火力(li)(li)(li)發電廠汽水管道(dao)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)計(ji)(ji)算技術規(gui)(gui)(gui)(gui)定(ding)(ding)》SDGJ6為代(dai)表，同(tong)(tong)時還(huan)有(you)其他部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一些設(she)(she)(she)計(ji)(ji)院的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)力(li)(li)(li)管道(dao)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)；后者以(yi)國家現行(xing)(xing)標準(zhun)《化工管道(dao)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)規(gui)(gui)(gui)(gui)范(fan)(fan)》HG20695為代(dai)表，以(yi)及有(you)關設(she)(she)(she)計(ji)(ji)院的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管道(dao)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)。在(zai)本規(gui)(gui)(gui)(gui)范(fan)(fan)第3.2.7條中(zhong)已提出本規(gui)(gui)(gui)(gui)范(fan)(fan)采用(yong)后者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)公(gong)式(shi)(shi)，并在(zai)本規(gui)(gui)(gui)(gui)范(fan)(fan)條文(wen)說明第3章中(zhong)已有(you)解(jie)釋(shi)。如(ru)果需要降低材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)許用(yong)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)時，符合ASMEB31.1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)規(gui)(gui)(gui)(gui)定(ding)(ding)。則評(ping)(ping)定(ding)(ding)值大幅(fu)度降低。上述(shu)兩(liang)種公(gong)式(shi)(shi)評(ping)(ping)定(ding)(ding)模式(shi)(shi)僅差6%，由于安全系數不同(tong)(tong)，評(ping)(ping)定(ding)(ding)值相(xiang)差竟達(da)20%以(yi)上。這說明上述(shu)第一種公(gong)式(shi)(shi)，評(ping)(ping)定(ding)(ding)值仍(reng)不能接近ASME B31.1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水平(ping)。
五、管(guan)道對設(she)備或端點的作用力
在計(ji)(ji)算(suan)(suan)運(yun)行(xing)初期(qi)冷(leng)態作用力時(shi)，計(ji)(ji)算(suan)(suan)補償值(zhi)(zhi)即冷(leng)補償值(zhi)(zhi)僅(jin)為冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)；在計(ji)(ji)算(suan)(suan)運(yun)行(xing)初期(qi)熱(re)態作用力時(shi)，計(ji)(ji)算(suan)(suan)補償值(zhi)(zhi)除管(guan)系熱(re)膨脹值(zhi)(zhi)和管(guan)道端點的附加位移值(zhi)(zhi)外(wai)，還要計(ji)(ji)及(ji)冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)的無(wu)效部(bu)分(fen)（不冷(leng)拉(la)就不存在這項）。
六、改善管道柔性的措施
1. 改善管系(xi)的柔性問題，首先需考(kao)慮能否(fou)用改變支架型式來解決。因管系(xi)可(ke)能存在局部過應(ying)變。
2. 當管(guan)系結構中的(de)(de)絕大部(bu)(bu)分或比較大的(de)(de)范(fan)圍處于(yu)彈性(xing)狀態(tai)，僅·有很小(xiao)部(bu)(bu)分管(guan)道(dao)運(yun)行在非(fei)彈性(xing)范(fan)圍，就會發生(sheng)彈性(xing)轉移引起(qi)應(ying)變(bian)(bian)(bian)集中。當管(guan)道(dao)工作在蠕變(bian)(bian)(bian)范(fan)圍且變(bian)(bian)(bian)形分布很不均勻時，這(zhe)種(zhong)現(xian)象就更突(tu)出。管(guan)系中剛性(xing)強(qiang)的(de)(de)部(bu)(bu)分與剛性(xing)弱(ruo)的(de)(de)部(bu)(bu)分相連接時，隨時間的(de)(de)推移，作用(yong)在結構兩端的(de)(de)位移將發生(sheng)再(zai)分布，剛性(xing)強(qiang)的(de)(de)部(bu)(bu)分應(ying)變(bian)(bian)(bian)減小(xiao)，剛性(xing)弱(ruo)的(de)(de)部(bu)(bu)分應(ying)變(bian)(bian)(bian)增大，發生(sheng)局部(bu)(bu)過(guo)應(ying)變(bian)(bian)(bian)，并易引起(qi)屈服變(bian)(bian)(bian)形。
3. 為保證管系整(zheng)體(ti)結構安全運行，避免因彈性轉(zhuan)移引起的局部過應(ying)變(bian)，設(she)計管系時應(ying)在以下方面充分注意∶
a. 管(guan)系(xi)中小直(zhi)徑(jing)管(guan)道(dao)與(yu)大直(zhi)徑(jing)或(huo)剛性強的管(guan)道(dao)串聯相(xiang)接(jie)；
b. 管(guan)系中局部管(guan)道(dao)的尺寸或斷面縮小，或者是采用(yong)了性能較弱(ruo)的管(guan)道(dao)材料
c. 管(guan)(guan)系(xi)中(zhong)管(guan)(guan)道材質(zhi)和規格相(xiang)同(tong)，但在布置格局上大部(bu)分的(de)管(guan)(guan)道處(chu)于或接近中(zhong)性軸（或推力線(xian)），小部(bu)分管(guan)(guan)道偏(pian)離(li)中(zhong)性軸，甚至有較(jiao)多的(de)偏(pian)離(li)卻要吸收較(jiao)大的(de)應變(bian)。
上述情(qing)況應在布置管(guan)道時盡量避免，尤其采用延展性較低的材料時更應引起(qi)重(zhong)視。若無法避免，就(jiu)應采取一(yi)些有效措施如加限位(wei)裝置等(deng)。
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