工(gong)業(ye)金屬管道的膨脹和柔(rou)性計算的基本(ben)要求主要有以下幾(ji)點(dian)：
一、一般規定
1. 管系對約(yue)束點（諸(zhu)如(ru)管端設備(bei)接(jie)口處等(deng)）產(chan)生作用(yong)力(li)(li)(li)和(he)力(li)(li)(li)矩(ju)。作用(yong)力(li)(li)(li)和(he)力(li)(li)(li)矩(ju)過大，需(xu)加以(yi)限制，以(yi)防造成以(yi)下危害∶
a. 作(zuo)用力(li)和力(li)矩過大(da)，在管道與設(she)備(bei)或(huo)(huo)管道組成件(jian)的連接(jie)處易發生泄漏或(huo)(huo)損壞。
b. 作用力(li)和力(li)矩(ju)過大會(hui)導致與管道相(xiang)連接(jie)的設備內部（泵、汽輪機、透平壓縮機等(deng)）產生(sheng)過量(liang)的應力(li)和變形，無(wu)法正常運行甚至引起機件的損壞。
2. 本規范對(dui)劇烈循環條件的管道有(you)關系(xi)的條文號列于下，以便查對(dui)∶本規范第(di)(di)(di)2.1.23、5.2.2條，第(di)(di)(di)5.3.2.3款(kuan)(kuan)，第(di)(di)(di)5.4.1條，第(di)(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)(kuan)，第(di)(di)(di)5.6.3、5.8.7條，第(di)(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)(kuan)，第(di)(di)(di)11.4.1條，第(di)(di)(di)13.1.3款(kuan)(kuan)；附錄(lu)D第(di)(di)(di)D.0.1條，附錄(lu)J第(di)(di)(di)J.1.3、J.2.1條。
二、管道柔性計算的(de)范(fan)圍及方法(fa)
1. 管(guan)道(dao)(dao)柔(rou)性(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)范圍基本上(shang)包括了-50℃以(yi)下的(de)(de)(de)冷管(guan)道(dao)(dao)以(yi)及絕大部分的(de)(de)(de)熱(re)管(guan)道(dao)(dao)。但按管(guan)道(dao)(dao)公稱直(zhi)徑(jing)規(gui)定(ding)柔(rou)性(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)范圍，與設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)(ji)溫度、管(guan)道(dao)(dao)重要(yao)性(xing)、尤其(qi)與管(guan)道(dao)(dao)布置的(de)(de)(de)具體(ti)情況有關。如管(guan)道(dao)(dao)布置的(de)(de)(de)剛(gang)性(xing)大，雖然(ran)管(guan)徑(jing)小些，柔(rou)性(xing)也未(wei)必(bi)合(he)格。而(er)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)人員的(de)(de)(de)經驗有助于(yu)這種判斷。所(suo)以(yi)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)管(guan)徑(jing)范圍要(yao)在工(gong)程(cheng)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)(ji)時確(que)定(ding)。隨著微機的(de)(de)(de)日益廣泛使用(yong)和管(guan)道(dao)(dao)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)程(cheng)序(xu)及一(yi)體(ti)化設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)完善，用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)管(guan)道(dao)(dao)范圍可能(neng)隨之擴(kuo)大。
2. 對(dui)于(yu)諸(zhu)如高溫(wen)高壓蒸汽(qi)管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)的(de)疏(shu)水管(guan)(guan)，雖然(ran)它們管(guan)(guan)徑不大，可不在(zai)計算范(fan)圍內，但(dan)由(you)于(yu)在(zai)工作條件下，關斷閥上游管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)仍處于(yu)高溫(wen)狀態(tai)，要求它具有較(jiao)(jiao)好的(de)自補償能力；同時，這類(lei)小管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)由(you)于(yu)與主管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)相(xiang)比其剛度甚小，相(xiang)差懸(xuan)殊，致使在(zai)工作條件下，主管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)熱位(wei)移(yi)時對(dui)小管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)產生較(jiao)(jiao)大的(de)牽連，往(wang)往(wang)因此造成(cheng)小管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)與主管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)相(xiang)接處損壞。為此，對(dui)此類(lei)小管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)要進行計算。
3. 柔性計(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)方法(fa)分為用(yong)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機程序(xu)(xu)(xu)進(jin)行(xing)分析(xi)、近(jin)似方法(fa)及(ji)簡化判斷法(fa)等。柔性計(ji)(ji)(ji)算(suan)人員的(de)經驗與采用(yong)的(de)計(ji)(ji)(ji)算(suan)方法(fa)的(de)選擇有關，條(tiao)文已明確(que)重要(yao)的(de)管道(dao)需要(yao)用(yong)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機程序(xu)(xu)(xu)計(ji)(ji)(ji)算(suan)。對(dui)于復雜的(de)管道(dao)系(xi)統都(dou)是在用(yong)電子計(ji)(ji)(ji)算(suan)機程序(xu)(xu)(xu)進(jin)行(xing)計(ji)(ji)(ji)算(suan)之列。簡化計(ji)(ji)(ji)算(suan)包括采用(yong)圖表計(ji)(ji)(ji)算(suan)在內，一般(ban)要(yao)求計(ji)(ji)(ji)算(suan)結果可信，又能(neng)節省設計(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)工(gong)時的(de)情(qing)況(kuang)下使(shi)用(yong)。
三(san)、管道柔性計算的基本要求(qiu)
在設計中(zhong)導(dao)向架的結(jie)構應符合計算(suan)程序(xu)中(zhong)所(suo)設定的約束條件。對于滑動支架所(suo)產生的摩擦力在計算(suan)程序(xu)中(zhong)沒有(you)考(kao)慮時，則計算(suan)結(jie)果會有(you)誤差(cha)。
四、管道的位移應力
1. 全補償(chang)值是管系由(you)冷態(tai)到(dao)熱(re)態(tai)間(jian)的(de)變化所引(yin)起的(de)，包括有管系本(ben)身的(de)熱(re)膨(peng)脹值和管道端點(dian)的(de)附加位移值。
2. 當量力(li)矩的(de)計(ji)算(suan)。在(zai)(zai)計(ji)算(suan)當量合成力(li)矩時，不論計(ji)算(suan)點是在(zai)(zai)彎頭彎管上還是在(zai)(zai)三通上，應力(li)增大系(xi)數可有兩種(zhong)取法(fa)。在(zai)(zai)柔性計(ji)算(suan)中，應注意檢查法(fa)蘭接頭處(chu)的(de)合成彎矩值，并加以控制。以防在(zai)(zai)熱態下產生泄漏(lou)。見本規范(fan)條(tiao)文說明(ming)第9.1.1條(tiao)的(de)要求。
3. 截面系數(shu)的計算參(can)照了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱脹應(ying)力(li)范圍(wei)的(de)(de)計(ji)算(suan)。工業管(guan)(guan)道大(da)多數使用了(le)具有良好塑性(xing)的(de)(de)管(guan)(guan)材，它(ta)們在(zai)運行(xing)初期(qi)往往不會因(yin)(yin)二次應(ying)力(li)過大(da)而馬上引起管(guan)(guan)道的(de)(de)破(po)壞(huai)，總要經歷反復(fu)(fu)啟(qi)動停(ting)運多次重復(fu)(fu)地交(jiao)(jiao)變(bian)運行(xing)，才可能產(chan)生(sheng)疲勞破(po)壞(huai)。因(yin)(yin)此，對(dui)該類型應(ying)力(li)的(de)(de)限制就不取決于(yu)某一時間的(de)(de)應(ying)力(li)水平，而取決于(yu)交(jiao)(jiao)變(bian)的(de)(de)應(ying)力(li)范圍(wei)和交(jiao)(jiao)變(bian)循環的(de)(de)次數。本(ben)(ben)規范對(dui)這(zhe)種(zhong)(zhong)應(ying)力(li)是計(ji)算(suan)其應(ying)力(li)范圍(wei)。并(bing)按本(ben)(ben)規范第3.2.7條式(shi)（3.2.7-1）及式(shi)（3.2.7-2）進行(xing)限制。由于(yu)當量力(li)矩編人兩(liang)種(zhong)(zhong)公(gong)(gong)式(shi)，故熱脹應(ying)力(li)范圍(wei)的(de)(de)計(ji)算(suan)式(shi)也有兩(liang)種(zhong)(zhong)公(gong)(gong)式(shi)。
5. 雖然超(chao)過屈服極(ji)限(xian)的應(ying)(ying)力(li)在運行(xing)狀態(tai)(tai)(tai)(tai)下隨時間的推移而(er)減(jian)小(xiao)，但熱態(tai)(tai)(tai)(tai)、冷態(tai)(tai)(tai)(tai)的應(ying)(ying)變(bian)會自均(jun)衡(heng)至一定(ding)程度而(er)穩定(ding)下來，任(ren)一循環(huan)中(zhong)熱態(tai)(tai)(tai)(tai)與冷態(tai)(tai)(tai)(tai)應(ying)(ying)變(bian)的總和卻基本保持(chi)不變(bian)，把冷態(tai)(tai)(tai)(tai)與熱應(ying)(ying)變(bian)總和稱(cheng)為應(ying)(ying)變(bian)范圍(wei)；冷態(tai)(tai)(tai)(tai)與熱態(tai)(tai)(tai)(tai)應(ying)(ying)力(li)總和稱(cheng)為應(ying)(ying)力(li)范圍(wei)。
6. 管道熱脹(zhang)或(huo)位移應(ying)力不(bu)直接與外(wai)力相平(ping)衡，具有自(zi)限性。熱脹(zhang)和其(qi)他位移在運(yun)行(xing)條件(jian)下產生的(de)初應(ying)力大到某一程度，就會由于屈服、蠕變、應(ying)力松弛而降(jiang)低下來，回到停運(yun)狀態(tai)則(ze)出現相反方(fang)向(xiang)的(de)應(ying)力，這種(zhong)現象類似于管系的(de)冷(leng)拉，稱為自(zi)拉。它與管材性能、運(yun)行(xing)溫度、初應(ying)力水平(ping)、安裝(zhuang)應(ying)力大小(xiao)、持續(xu)運(yun)行(xing)時間長短等因素有關。
7. 熱脹應力(li)范(fan)圍的(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)。目前許用熱脹應力(li)范(fan)圍的(de)(de)(de)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)有兩(liang)(liang)(liang)種(zhong)模式(shi)，采(cai)用該兩(liang)(liang)(liang)個公(gong)式(shi)的(de)(de)(de)分別為(wei)∶前者(zhe)以(yi)國(guo)家現行標準《火(huo)力(li)發(fa)電廠汽水(shui)管(guan)道(dao)應力(li)計算技術(shu)規(gui)(gui)定(ding)(ding)(ding)(ding)》SDGJ6為(wei)代(dai)表，同(tong)時(shi)(shi)還有其(qi)他部的(de)(de)(de)一(yi)些(xie)設(she)計院(yuan)的(de)(de)(de)熱力(li)管(guan)道(dao)設(she)計；后者(zhe)以(yi)國(guo)家現行標準《化(hua)工(gong)管(guan)道(dao)設(she)計規(gui)(gui)范(fan)》HG20695為(wei)代(dai)表，以(yi)及有關設(she)計院(yuan)的(de)(de)(de)管(guan)道(dao)設(she)計。在本(ben)規(gui)(gui)范(fan)第3.2.7條中已(yi)提出本(ben)規(gui)(gui)范(fan)采(cai)用后者(zhe)的(de)(de)(de)公(gong)式(shi)，并在本(ben)規(gui)(gui)范(fan)條文說明第3章中已(yi)有解釋。如果(guo)需要降低材料的(de)(de)(de)許用應力(li)時(shi)(shi)，符合ASMEB31.1的(de)(de)(de)規(gui)(gui)定(ding)(ding)(ding)(ding)。則評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)值(zhi)大幅度降低。上(shang)述兩(liang)(liang)(liang)種(zhong)公(gong)式(shi)評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)模式(shi)僅差6%，由于安全系(xi)數(shu)不(bu)同(tong)，評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)值(zhi)相(xiang)差竟達20%以(yi)上(shang)。這說明上(shang)述第一(yi)種(zhong)公(gong)式(shi)，評(ping)定(ding)(ding)(ding)(ding)值(zhi)仍不(bu)能接近ASME B31.1的(de)(de)(de)水(shui)平(ping)。
五、管(guan)道對設備或端點(dian)的作用力
在(zai)計(ji)算(suan)運行(xing)初(chu)期冷(leng)態(tai)作用力(li)時，計(ji)算(suan)補償(chang)值(zhi)(zhi)(zhi)即冷(leng)補償(chang)值(zhi)(zhi)(zhi)僅為冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)(zhi)；在(zai)計(ji)算(suan)運行(xing)初(chu)期熱態(tai)作用力(li)時，計(ji)算(suan)補償(chang)值(zhi)(zhi)(zhi)除管系熱膨脹值(zhi)(zhi)(zhi)和(he)管道端點的(de)附加位移值(zhi)(zhi)(zhi)外，還(huan)要(yao)計(ji)及冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)無效部(bu)分（不(bu)冷(leng)拉(la)就不(bu)存在(zai)這項）。
六(liu)、改(gai)善管道(dao)柔性的措(cuo)施
1. 改善管系的(de)柔(rou)性問題，首先(xian)需考慮能否用改變支架型式來(lai)解決。因管系可(ke)能存在局部過應變。
2. 當(dang)管系結(jie)構中的(de)(de)絕大部(bu)(bu)分(fen)(fen)或比較大的(de)(de)范(fan)圍(wei)處于彈(dan)性(xing)狀態，僅(jin)·有很(hen)小部(bu)(bu)分(fen)(fen)管道(dao)運行(xing)在非彈(dan)性(xing)范(fan)圍(wei)，就(jiu)會發生彈(dan)性(xing)轉移(yi)(yi)(yi)引起(qi)應變(bian)集中。當(dang)管道(dao)工作在蠕變(bian)范(fan)圍(wei)且變(bian)形(xing)分(fen)(fen)布很(hen)不均勻時，這種現象就(jiu)更突出。管系中剛(gang)性(xing)強的(de)(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)與剛(gang)性(xing)弱的(de)(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)相連(lian)接時，隨時間的(de)(de)推(tui)移(yi)(yi)(yi)，作用在結(jie)構兩端的(de)(de)位移(yi)(yi)(yi)將(jiang)發生再分(fen)(fen)布，剛(gang)性(xing)強的(de)(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)應變(bian)減(jian)小，剛(gang)性(xing)弱的(de)(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)應變(bian)增大，發生局部(bu)(bu)過應變(bian)，并易引起(qi)屈服變(bian)形(xing)。
3. 為保證管系整體結構安全運行，避免因(yin)彈性轉(zhuan)移引(yin)起的局部過應(ying)變，設計(ji)管系時應(ying)在以下方面(mian)充分注(zhu)意∶
a. 管系中小(xiao)直(zhi)徑管道與大(da)直(zhi)徑或(huo)剛性強的管道串聯相接；
b. 管(guan)系中局部管(guan)道的尺寸或斷面縮小(xiao)，或者是采用了(le)性能較弱的管(guan)道材料
c. 管系中管道(dao)材質和規格(ge)相(xiang)同(tong)，但在布置格(ge)局(ju)上大(da)部分(fen)的(de)管道(dao)處于或接近中性軸(zhou)(zhou)（或推(tui)力線），小部分(fen)管道(dao)偏(pian)離(li)中性軸(zhou)(zhou)，甚至有(you)較多(duo)的(de)偏(pian)離(li)卻(que)要吸收較大(da)的(de)應變。
上述(shu)情況應(ying)在布置管道時(shi)盡量避免，尤其(qi)采用(yong)延展性較低的材料時(shi)更應(ying)引起(qi)重視(shi)。若(ruo)無法避免，就應(ying)采取一(yi)些(xie)有(you)效措(cuo)施如加限位(wei)裝置等。
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