工業金屬管道的膨(peng)脹和柔性計(ji)算的基本要(yao)(yao)求主要(yao)(yao)有以下(xia)幾點：
一、一般規(gui)定(ding)
1. 管系對約束點（諸如(ru)管端設備接口處(chu)等）產生作(zuo)用力和(he)力矩。作(zuo)用力和(he)力矩過大，需加以(yi)限制(zhi)，以(yi)防造(zao)成以(yi)下危害∶
a. 作用力和力矩過(guo)大，在管道(dao)與設備或管道(dao)組成件(jian)的連接處易發生泄漏或損壞(huai)。
b. 作用力和(he)(he)力矩過(guo)大會導致與管道相連接的設(she)備內部（泵、汽輪機(ji)、透平(ping)壓縮機(ji)等）產生過(guo)量的應力和(he)(he)變形，無法正(zheng)常運行甚至引起機(ji)件的損壞。
2. 本規(gui)范對劇烈(lie)循(xun)環條件的(de)管道有關(guan)系的(de)條文號(hao)列于(yu)下，以便查(cha)對∶本規(gui)范第2.1.23、5.2.2條，第5.3.2.3款(kuan)(kuan)，第5.4.1條，第5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)(kuan)，第5.6.3、5.8.7條，第5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)(kuan)，第11.4.1條，第13.1.3款(kuan)(kuan)；附錄D第D.0.1條，附錄J第J.1.3、J.2.1條。
二、管道柔性(xing)計算(suan)的范圍及方法
1. 管(guan)(guan)道(dao)柔性計(ji)算(suan)的(de)(de)范(fan)圍(wei)基本(ben)上包(bao)括了(le)-50℃以下的(de)(de)冷管(guan)(guan)道(dao)以及(ji)絕大部分(fen)的(de)(de)熱管(guan)(guan)道(dao)。但按(an)管(guan)(guan)道(dao)公稱直徑規定柔性計(ji)算(suan)的(de)(de)范(fan)圍(wei)，與(yu)設計(ji)溫度(du)、管(guan)(guan)道(dao)重要性、尤其與(yu)管(guan)(guan)道(dao)布(bu)置的(de)(de)具體情況有關(guan)。如管(guan)(guan)道(dao)布(bu)置的(de)(de)剛(gang)性大，雖然管(guan)(guan)徑小些，柔性也(ye)未必(bi)合格。而計(ji)算(suan)人員的(de)(de)經驗有助(zhu)于這(zhe)種(zhong)判(pan)斷。所以計(ji)算(suan)的(de)(de)管(guan)(guan)徑范(fan)圍(wei)要在工程設計(ji)時確(que)定。隨著微機的(de)(de)日益廣泛(fan)使用和管(guan)(guan)道(dao)計(ji)算(suan)程序及(ji)一體化設計(ji)的(de)(de)完(wan)善，用計(ji)算(suan)機計(ji)算(suan)的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)范(fan)圍(wei)可能隨之擴(kuo)大。
2. 對于(yu)諸如(ru)高(gao)溫高(gao)壓蒸汽管(guan)(guan)道(dao)的(de)疏(shu)水管(guan)(guan)，雖(sui)然它們管(guan)(guan)徑(jing)不大(da)，可不在(zai)計算(suan)范圍內，但由于(yu)在(zai)工作(zuo)條(tiao)件下，關斷(duan)閥上游(you)管(guan)(guan)道(dao)仍處于(yu)高(gao)溫狀態(tai)，要求(qiu)它具有較(jiao)好的(de)自補(bu)償能力；同時，這類小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)由于(yu)與主管(guan)(guan)道(dao)相比其剛度(du)甚小(xiao)(xiao)，相差懸殊，致使在(zai)工作(zuo)條(tiao)件下，主管(guan)(guan)道(dao)熱位移(yi)時對小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)產生較(jiao)大(da)的(de)牽連，往往因此造成小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)與主管(guan)(guan)道(dao)相接處損(sun)壞。為(wei)此，對此類小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)要進(jin)行計算(suan)。
3. 柔(rou)性計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的方法分為用計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程序(xu)進(jin)行分析、近似方法及簡(jian)化判斷法等(deng)。柔(rou)性計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)人員(yuan)的經驗與采(cai)用的計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方法的選擇有關，條文已明確重要(yao)(yao)的管道需要(yao)(yao)用計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程序(xu)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于(yu)復雜的管道系統都是在(zai)用電子計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程序(xu)進(jin)行計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)之列。簡(jian)化計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)包括采(cai)用圖表計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)在(zai)內(nei)，一(yi)般要(yao)(yao)求計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結果可信，又能節省設計(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的工時的情況下使用。
三、管道(dao)柔性計算的(de)基本要求
在(zai)設(she)計中(zhong)導向架的(de)結構應符合計算(suan)(suan)程序中(zhong)所設(she)定的(de)約束條件。對于(yu)滑動支(zhi)架所產生的(de)摩擦力在(zai)計算(suan)(suan)程序中(zhong)沒有(you)(you)考慮(lv)時，則計算(suan)(suan)結果會有(you)(you)誤差。
四、管道的位移應(ying)力
1. 全補(bu)償(chang)值(zhi)是(shi)管(guan)(guan)(guan)系(xi)由(you)冷態到熱態間的變(bian)化所引起的，包括有管(guan)(guan)(guan)系(xi)本身的熱膨脹值(zhi)和管(guan)(guan)(guan)道端點的附加位移值(zhi)。
2. 當量力矩(ju)的計(ji)(ji)算。在計(ji)(ji)算當量合成力矩(ju)時，不(bu)論計(ji)(ji)算點(dian)是在彎(wan)頭彎(wan)管上還(huan)是在三通上，應力增大系數可(ke)有兩種取法(fa)。在柔性計(ji)(ji)算中(zhong)，應注意檢查法(fa)蘭接頭處的合成彎(wan)矩(ju)值，并加以(yi)控制。以(yi)防在熱(re)態下產生泄漏。見(jian)本(ben)規范(fan)條文說明第9.1.1條的要求。
3. 截面系(xi)數的(de)(de)計算參照了(le)ASME B31.1及B31.3的(de)(de)規(gui)定。
4. 熱脹(zhang)(zhang)應(ying)力(li)(li)(li)范(fan)圍的(de)(de)計算(suan)。工(gong)業(ye)管道大(da)多(duo)數使用了具有良好塑性的(de)(de)管材，它們在運行初期(qi)往往不會(hui)因二次應(ying)力(li)(li)(li)過(guo)大(da)而馬上引起管道的(de)(de)破(po)壞(huai)(huai)，總要(yao)經歷反(fan)復啟動停運多(duo)次重復地交變(bian)運行，才可能產生疲勞破(po)壞(huai)(huai)。因此，對該類型(xing)應(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)限制就不取決于(yu)某(mou)一(yi)時間的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)水平，而取決于(yu)交變(bian)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)范(fan)圍和交變(bian)循(xun)環(huan)的(de)(de)次數。本規范(fan)對這種應(ying)力(li)(li)(li)是計算(suan)其應(ying)力(li)(li)(li)范(fan)圍。并按(an)本規范(fan)第3.2.7條(tiao)式(shi)(shi)（3.2.7-1）及(ji)式(shi)(shi)（3.2.7-2）進(jin)行限制。由于(yu)當量力(li)(li)(li)矩(ju)編人兩(liang)種公式(shi)(shi)，故熱脹(zhang)(zhang)應(ying)力(li)(li)(li)范(fan)圍的(de)(de)計算(suan)式(shi)(shi)也有兩(liang)種公式(shi)(shi)。
5. 雖(sui)然超(chao)過屈服極限的(de)應(ying)力在運行狀態(tai)(tai)下隨時間(jian)的(de)推(tui)移(yi)而減小，但熱(re)態(tai)(tai)、冷態(tai)(tai)的(de)應(ying)變會自均衡至一(yi)定(ding)程度而穩定(ding)下來，任一(yi)循(xun)環中熱(re)態(tai)(tai)與冷態(tai)(tai)應(ying)變的(de)總(zong)和卻基本(ben)保持(chi)不變，把冷態(tai)(tai)與熱(re)應(ying)變總(zong)和稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)應(ying)變范圍；冷態(tai)(tai)與熱(re)態(tai)(tai)應(ying)力總(zong)和稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)應(ying)力范圍。
6. 管(guan)道熱脹(zhang)或位移應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)不直接與(yu)(yu)外(wai)力(li)(li)相平衡，具有(you)自限性。熱脹(zhang)和(he)其(qi)他位移在(zai)運(yun)行(xing)(xing)條件下產生的初(chu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)大到某一程度(du)，就會由于屈服、蠕(ru)變、應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)松弛而降低下來，回到停運(yun)狀態(tai)則出現相反方向的應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)，這種現象類似于管(guan)系(xi)的冷拉，稱為自拉。它與(yu)(yu)管(guan)材(cai)性能(neng)、運(yun)行(xing)(xing)溫度(du)、初(chu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水(shui)平、安裝應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)大小(xiao)、持續運(yun)行(xing)(xing)時(shi)間(jian)長(chang)短等因素有(you)關。
7. 熱(re)(re)脹應(ying)力范(fan)(fan)圍的(de)(de)評定(ding)。目(mu)前許用熱(re)(re)脹應(ying)力范(fan)(fan)圍的(de)(de)評定(ding)有兩(liang)種模式(shi)，采(cai)用該兩(liang)個公式(shi)的(de)(de)分別(bie)為(wei)∶前者以(yi)國家現行標準(zhun)《火力發(fa)電廠汽水管道(dao)應(ying)力計(ji)算技術規(gui)(gui)定(ding)》SDGJ6為(wei)代(dai)表，同時還有其他部的(de)(de)一些設計(ji)院的(de)(de)熱(re)(re)力管道(dao)設計(ji)；后者以(yi)國家現行標準(zhun)《化工管道(dao)設計(ji)規(gui)(gui)范(fan)(fan)》HG20695為(wei)代(dai)表，以(yi)及(ji)有關設計(ji)院的(de)(de)管道(dao)設計(ji)。在本(ben)規(gui)(gui)范(fan)(fan)第(di)3.2.7條(tiao)中已(yi)提出(chu)本(ben)規(gui)(gui)范(fan)(fan)采(cai)用后者的(de)(de)公式(shi)，并在本(ben)規(gui)(gui)范(fan)(fan)條(tiao)文說明第(di)3章中已(yi)有解(jie)釋。如果需(xu)要(yao)降低材料的(de)(de)許用應(ying)力時，符合ASMEB31.1的(de)(de)規(gui)(gui)定(ding)。則評定(ding)值大幅(fu)度降低。上(shang)(shang)述(shu)兩(liang)種公式(shi)評定(ding)模式(shi)僅(jin)差6%，由于安(an)全系(xi)數不(bu)同，評定(ding)值相差竟達20%以(yi)上(shang)(shang)。這說明上(shang)(shang)述(shu)第(di)一種公式(shi)，評定(ding)值仍不(bu)能接近ASME B31.1的(de)(de)水平。
五、管道對(dui)設備或端點的作用力
在(zai)(zai)計(ji)算運行(xing)初期冷(leng)(leng)態作(zuo)用力時，計(ji)算補(bu)(bu)償(chang)值(zhi)即冷(leng)(leng)補(bu)(bu)償(chang)值(zhi)僅為(wei)冷(leng)(leng)拉值(zhi)；在(zai)(zai)計(ji)算運行(xing)初期熱態作(zuo)用力時，計(ji)算補(bu)(bu)償(chang)值(zhi)除管(guan)系熱膨脹值(zhi)和管(guan)道端點的(de)附加位(wei)移值(zhi)外，還要計(ji)及冷(leng)(leng)拉值(zhi)的(de)無效部分（不冷(leng)(leng)拉就不存在(zai)(zai)這項）。
六、改善(shan)管道(dao)柔性的措施
1. 改(gai)善管系(xi)(xi)的柔性問題，首(shou)先需考慮能否(fou)用(yong)改(gai)變(bian)支(zhi)架型式來解(jie)決。因管系(xi)(xi)可能存在局部過應(ying)變(bian)。
2. 當管系結構中(zhong)的(de)絕(jue)大部(bu)(bu)分(fen)(fen)或(huo)比較大的(de)范(fan)圍處于彈性(xing)狀態，僅·有(you)很小部(bu)(bu)分(fen)(fen)管道(dao)運行在(zai)非彈性(xing)范(fan)圍，就會(hui)發生彈性(xing)轉(zhuan)移引起應變(bian)(bian)集中(zhong)。當管道(dao)工作(zuo)在(zai)蠕變(bian)(bian)范(fan)圍且變(bian)(bian)形(xing)(xing)分(fen)(fen)布(bu)很不均勻(yun)時，這(zhe)種現(xian)象就更突(tu)出。管系中(zhong)剛性(xing)強(qiang)的(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)與剛性(xing)弱的(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)相連(lian)接時，隨(sui)時間的(de)推移，作(zuo)用在(zai)結構兩端(duan)的(de)位移將(jiang)發生再分(fen)(fen)布(bu)，剛性(xing)強(qiang)的(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)應變(bian)(bian)減小，剛性(xing)弱的(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)應變(bian)(bian)增大，發生局部(bu)(bu)過應變(bian)(bian)，并(bing)易引起屈(qu)服變(bian)(bian)形(xing)(xing)。
3. 為保(bao)證(zheng)管系整體結構安全運行，避免因(yin)彈性轉移(yi)引(yin)起的(de)局部過應變(bian)，設(she)計管系時應在(zai)以下方面充分注意∶
a. 管系中小直(zhi)徑(jing)(jing)管道(dao)與大直(zhi)徑(jing)(jing)或剛(gang)性強的管道(dao)串聯相接；
b. 管系中局部管道的(de)尺寸或(huo)斷面縮小，或(huo)者是采用(yong)了性能較弱的(de)管道材料
c. 管(guan)系中(zhong)(zhong)管(guan)道材質(zhi)和規(gui)格(ge)相同，但在布置格(ge)局上大(da)部(bu)分的管(guan)道處于或接近中(zhong)(zhong)性軸（或推力線(xian)），小(xiao)部(bu)分管(guan)道偏離(li)中(zhong)(zhong)性軸，甚至有較多的偏離(li)卻要吸收較大(da)的應(ying)變。
上(shang)述情況應(ying)在布置管道時(shi)盡(jin)量避免，尤其(qi)采用延展(zhan)性較低(di)的材(cai)料時(shi)更應(ying)引起重視。若無法避免，就應(ying)采取一些(xie)有(you)效措施(shi)如(ru)加限位裝置等。
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