管道柔性設計

管道柔性設計第1頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定總則1.1目的

為了使配管專業(yè)在管道柔性設計內(nèi)容、深度和文檔格式的規(guī)范化和統(tǒng)一化，特編制本規(guī)定。1.2范圍1.2.1本規(guī)定規(guī)定了管道柔性設計適用規(guī)范、標準、設計要求及文檔要求。1.2.2本規(guī)定適用于配管專業(yè)設計項目的管道柔性設計管理與控制。第2頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定1.3規(guī)范性引用文件

GB50316-2000工業(yè)金屬管道設計規(guī)范（2008年版）SH／T3041-2002石油化工管道柔性設計規(guī)范API610-2010Centrifugalpumpsforpetroleum，chemical，andgasserviceindustriesAPI617-2002Centrifugalcompressorsforpetroleum，chemical，andgasserviceindustriesNEMASM-23-91(97)Steamturbinesformechanicaldriveservice第3頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定2設計2.1一般要求2.1.1管道設計應使管道具有必要的柔性，以滿足下列要求：a)能夠避免管道因溫度循環(huán)變化導致疲勞破壞；b)管道對相接設備的力與力矩應不會對設備產(chǎn)生實質(zhì)性損害；c)管道對法蘭的力與力矩應不會導致介質(zhì)泄漏。2.1.2在考慮管道柔性的同時，管道設計還應滿足下列要求：a)管道應能夠承受管道上各種重量，包括管道組成件、隔熱材料重量以及工作狀態(tài)下被輸送流體重量和水壓試驗過程中水的重量；b)管道應能夠承受當?shù)氐牡卣稹L以及沖擊載荷的作用。2.1.3對于儲罐管道，儲罐與圍堤之間應至少有一個彎頭，以保證管道必要的柔性。2.1.4除非得到業(yè)主的批準，否則不應在工藝裝置內(nèi)或裝置外被設計確定的潛在著火區(qū)內(nèi)采用膨脹節(jié)或軟管。第4頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定2.2管道應力2.2.1在任何預計工況下，管道中由于壓力、重力和其他持續(xù)荷載所引起的縱向應力之和均不應超過管道材料在當時工況下的許用應力。2.2.2溫度變化引起的管道位移應力之變化范圍不應超過許用的位移應力范圍，該許用的位移應力范圍為：式中：σA----應力許用范圍，MPa；[σ]----管材在冷態(tài)的許用應力，MPa：[σ]t----管材在熱態(tài)下的許用應力，MPa；σL----由于重力、壓力等持續(xù)荷載引起的管道縱向應力之和,MPa；f----與冷、熱變換次數(shù)有關的管道許用位移應力范圍折減系數(shù)，按GB50316-2000取值。第5頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定2.2.3對于GB50316-2000所劃定的Al類之外的管道，即非劇毒流體管道，在工作狀態(tài)下，管道中由于壓力、重力、其他持續(xù)荷載與地震或風共同影響所產(chǎn)生的縱向應力不應超過管道材料在工作溫度下的1.33倍許用應力；對于GB50316-2000所劃定的Al類的管道，即劇毒流體管道，按GB50316-2000相關規(guī)定執(zhí)行。2.2.4對于儲罐管道，各荷載組合工況下引起的應力應符合下列要求：a)滿足2.2.1和2.2.3的要求；b)管道和儲罐的熱脹或冷縮與水壓和壓力造成儲罐壁鼓凸變形引起的徑向位移和轉角位移共同作用產(chǎn)生的管道應力應不大于2.2.2中的許用位移應力范圍，即σA。；c)管道和儲罐的熱脹或冷縮、水壓和壓力造成儲罐壁鼓凸變形引起的徑向位移和轉角位移以及儲罐沉陷位移共同作用產(chǎn)生的管道應力應不大于2倍2.2.2中的許用的位移應力范圍，即2σA。2.2.5對于松套法蘭，由介質(zhì)壓力、重量以及熱脹共同引起的在翻邊短節(jié)處的管道縱向應力應不超出管道在操作溫度下的許用應力。第6頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定

2.3設備管口允許外力與外力矩2.3.1管道作用于轉動設備管口的力與力矩不應超過設備制造商規(guī)定的允許值，若設備制造商沒有限制性要求，則應符合下列標準：a)對于離心泵，應符合API610；b)對于離心壓縮機，應符合API617；c)對于汽輪機，應符合NEMASM-23。2.3.2管道作用于靜設備管口的力與力矩不應超過設備制造商規(guī)定的允許值，若設備制造商沒有提出限制性要求，則應提交設備專業(yè)認可。第7頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定3柔性分析3.1考慮范圍3.1.1管道溫度小于等于-50℃，或大于等于l00℃，應視為需要考慮柔性的溫度范圍。3.1.2需要考慮柔性的管道直徑范圍依據(jù)設計溫度和管道布置的具體情況確定。3.1.3存在外加強迫位移的管道應考慮柔性設計。3.1.4對介質(zhì)存在壓力脈動的管道，應核算管道固有頻率，防止管道出現(xiàn)共振。第8頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定3柔性分析3.2適用方法3.2.1可根據(jù)具體情況選擇采用經(jīng)驗目測、簡單公式判斷、圖表法或詳細計算的方法。3.2.2對于符合下列條件之一的管道，可采用經(jīng)驗目測的方法：a)與實際運行良好的管道相同；b)與經(jīng)過詳細計算并合格的管道相比，沒有實質(zhì)性變化。3.2.3對下列的管道，除非得到業(yè)主的批準，應采用詳細計算的方法：a)進、出加熱爐的工藝管道，再生管道和燒焦管道；b)進、出高溫反應器的工藝管道、再生管道；c)進、出蒸汽發(fā)生器的管道；d)進、出汽輪機的蒸汽管道；e)進、出離心式壓縮機、鼓風機的工藝管道；f)進、出往復壓縮機、往復泵的工藝管道；

第9頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定g)其他公稱直徑不小于DN80的其他轉動設備的管道；h)設計溫度在232℃及以上，公稱直徑為DN100及以上的管道；i)設計溫度在177℃及以上，公稱直徑為DN200及以上的管道；j)設計溫度在121℃以上，公稱直徑為DN300及以上的管道；k)設計溫度在65℃以上，公稱直徑為DN500及以上的管道；l)含膨脹節(jié)的管道；m)襯隔熱內(nèi)襯里的管道；n)公稱直徑為DNl00及以上的空冷器管道；o)公稱直徑為DN300及以上的儲罐管道；p)其它有特別要求的管道。3.2.4對無法經(jīng)驗目測或簡單計算不合格的管道，應采用詳細計算的方法核算。第10頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定

4計算文檔4.1內(nèi)容與格式4.1.1每份詳細計算應有正式結果報告書。4.1.2正式結果報告書至少應包括三部分，即計算書封面、計算結果和計算所用的管道空間等視圖。4.1.3計算書封面上應注明項目名稱、所涉及管道的管號、計算題號，以及所用計算程序的名稱和版本號。4.1.4計算所用的管道空間等視圖中除注明管道尺寸外，還應列出所有計算需要的其他基礎數(shù)據(jù)和工況說明，并清楚標注出經(jīng)計算確定的支承的位置、類型、作用方向和限位間隙要求。4.1.5計算結果報告書的主體部分至少包括下列內(nèi)容：——管道最大應力所在位置、數(shù)值，對應允許值及二者百分比值；——支承點、彎頭、管口等關鍵部位在冷、熱態(tài)下的位移：——支承在冷、熱態(tài)下所承受的荷載；——計算確定的彈簧支承數(shù)據(jù)表，其中應含支承點位移及荷載。第11頁/共105頁一、管道柔性設計規(guī)定

4計算文檔4.2簽署4.2.1每份詳細計算結果報告書應有計算人和相應校對人、審核人的簽名及落款日期。4.2.2計算所用的管道空間等視圖中應有配管設計人和相應校對人、審核人的簽名及落款日期。4.3歸檔管理4.3.1計算文檔的歸檔管理執(zhí)行《設計過程文件歸檔規(guī)定》EC/W0614-2012和《計算書管理規(guī)定》EC/W0625-2012。

第12頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第13頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第14頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第15頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第16頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第17頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第18頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第19頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第20頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第21頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第22頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第23頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第24頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第25頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第26頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第27頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第28頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第29頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

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第31頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第32頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第33頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第34頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第35頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第36頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第37頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第38頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第39頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第40頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第41頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第42頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

應符合API617；第43頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第44頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例

第45頁/共105頁二、CAESARII軟件基本應用及計算實例摩擦系數(shù)的確定

除非另有規(guī)定，在進行管道柔性分析時摩擦系數(shù)應作如下考慮：

滑動支架：

鋼對鋼0.3

不銹鋼對聚四氟乙烯0.1

聚四氟乙烯對聚四氟乙烯0.08

鋼對混凝土0.6

滾動支架：

鋼對鋼（滾珠）0.3

鋼對鋼（滾柱）0.3

注：滾珠沿軸向運動時應采用滑動摩擦系數(shù)．

第46頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定1總則1.1目的為了使配管專業(yè)在管道支吊架的設計和選用上的統(tǒng)一，特編制本規(guī)定。1.2范圍本規(guī)定適用于配管專業(yè)的管道支吊架的設計和選用。1.3規(guī)范性引用文件GB50316-2000工業(yè)金屬管道設計規(guī)范（2008年版）SH／T3073-2004石油化工管道支吊架設計規(guī)范

第47頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定2一般規(guī)定2.1在管道支吊架的布置設計中，管道的縱向應力應符合GB50316-2000第3.2.6條及第3.2.8條的規(guī)定。2.2應優(yōu)先選用標準的及通用的支吊架，對主要受力的支吊架結構的零部件應進行強度及剛度計算

第48頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定3支吊架的設置及最大間距3.1應在規(guī)劃管道的同時妥善考慮管道支吊架的位置、支撐方式及生根方法。3.2水平管道支吊架的最大間距，應按剛度條件和強度條件進行計算，并取兩者中較小值。裝置內(nèi)管道設計撓度不應超過15mm。裝置外管道設計撓度不應超過38mm。敷設無坡度的蒸汽管道，其撓度不宜超過3mm。3.3選用標準支架時，應注意標準支架的允許垂直荷載、許用彎距和水平推力等是否適用于設計實際情況。對于荷載較大的支架位置要事先與有關專業(yè)聯(lián)系，并提出支架位置、標高和荷載情況。3.4支吊架生根在建(構)筑物的構件上時，該構件應有足夠的強度和剛度；在襯里設備或管道上的生根件，應在襯里前完成其焊制工作；在需要熱處理的設備上的生根件，應在設備熱處理前完成其焊制工作。

第49頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定3.5高壓管道或有特殊要求的支吊架宜設置在直管段上，不宜設置在彎頭和支管連接點等局部應力較高的部位，以防止局部應力過大。3.6在閥門、小型設備、支管等集中荷載附近宜設置支吊架。但不宜對它們作直接支撐。3.7對有壓力脈動的管道，決定支架間距時，應核算管道固有頻率，防止管道發(fā)生共振。3.8往復式壓縮機的吸入或排出管道以及其他有強烈振動的管道，應單獨設置支架并與建筑物和構筑物基礎分開，以避免將振動傳遞到建筑物和構筑物上。3.9支吊架的設置不應影響設備和管道的運行操作及維修。3.10安全閥出口管道應設置支架，以滿足安全閥放空時反作用力的要求。第50頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定3.11需要維護的支吊架，如可變彈簧支吊架、恒力彈簧吊架等，應盡可能設在便于維護的地方，并應在支吊架周圍留有足夠的維修空間。3.12管端部不得伸長作為假管支架使用。3.13液體降壓閥管道，高壓降壓閥管道的支架設計時應考慮柱塞流的沖擊力。3.14為減小旋轉設備嘴子受力而設計的限位和固定支架應有足夠的剛度。3.15設計假管支架時應減小外部腐蝕和便于檢查。假管支架應有排液口和端部盲板。3.16由土建設計完成的鋼梁表面上加φ6mm的圓鋼，混凝土表面上加φ20mm的圓鋼。第51頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定4支吊架荷載和材料4.1支吊架荷載的計算方法應按SH／T3073-2004執(zhí)行。4.2與管道組成件直接接觸的支吊架零部件材料應按管道的設計溫度選用；直接與管道組成件焊接的支吊架零部件材料應與管道組成件材料具有相容性。第52頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定5支吊架結構設計及選用5.1支吊架的管托及活動部位的結構應符合下列規(guī)定：a)支吊架的滑動面應露在隔熱層之外；b)設計滑動管托時，應采用該點管道熱位移所需的相應管托長度。采用偏置安裝時，

設計文件中應表明偏置量及偏置方向；c)對于無隔熱層管道，當液體管公稱直徑大于或等于400mm，氣體管公稱直徑大于或等于500mm時，不宜直接將管子放置在支撐梁上，應帶有管托或托板。5.2應控制支吊架零部件與管道組成件連接處的局部應力，防止管道局部塑性變形。5.3碳鋼的支吊架零部件與有色金屬或不銹鋼管道組成件不應直接接觸，在接觸面之間可增加非金屬材料的隔離墊或相應措施。第53頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定5.4支吊架的連接件的設計應符合下列規(guī)定5.4.1吊桿直徑不宜小于10mm。材料為Q235-B或20優(yōu)質(zhì)鋼的吊桿的最大使用荷載應滿足SH3073-2004中表-4的要求。當采用螺紋吊桿時，最大使用荷載應按螺紋的根部截面積計算。5.4.2當?shù)鯒U有水平位移時，拉桿兩端應為鉸接，兩鉸接點間應有足夠長度。對剛性拉桿吊架，可活動的拉桿長度不應小于吊點處水平位移的20倍，吊桿與垂直線夾角不應大于3。；對彈性吊架，可活動的拉桿長度不應小于吊點處水平位移的15倍，吊桿與垂直線夾角不應大于4。。5.5可變彈簧支吊架可用于管道支吊點有垂直方向位移處，同時承受該方向的自重荷載?？勺儚椈芍У跫艿暮奢d變化系數(shù)不應大于25%。5.6當管道在支承點有垂直位移且要求支承點所承受的荷載恒定時，應選用恒力彈簧吊架。第54頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架技術規(guī)定5.7與土建結構或基礎或設備相連接的管道支吊架的鋼結構的設計，應符合下列規(guī)定：a)應滿足最大荷載時的強度要求；b)對于固定和限位支架，梁的最大撓度不應大于0.002倍梁的計算長度；c)對于其他支架，梁的最大撓度不應大于0.004倍梁的計算長度；d)采用懸臂梁時，懸臂長度不宜大于800mm。5.8管道支吊架的設計應滿足管道和設備存在的各種工況，而不只是操作工況。高壓管道或有特殊要求的支吊架宜設置在直管段上，不宜設置在彎頭和支管連接點等局部應力較高的部位，以防止局部應力過大。5.9兩相流管道一般應選用剛性支架，除非因熱脹要求其他類型的支架。應盡量不選用吊架。為減小旋轉設備嘴子受力而設計的限位和固定支架應有足夠的剛度。5.10容易振動的往復壓縮機管道宜沿地面敷設，支架從地面生根。5.11所有彈簧吊架的彈簧均應有外保護套。第55頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（一）管道支吊架的分類第56頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的結構組成第57頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的結構組成第58頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的結構組成第59頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的結構組成第60頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的結構組成第61頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的結構組成第62頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第63頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第64頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第65頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第66頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第67頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第68頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第69頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第70頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第71頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第72頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第73頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第74頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第75頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第76頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第77頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第78頁/共105頁三、支吊架設計知識及實例（二）支吊架的型式選用第79頁/共105頁三、支吊架設計知識及