工業(ye)金屬管道的膨脹和柔(rou)性計算的基(ji)本要求主(zhu)要有以下幾(ji)點：
一(yi)、一(yi)般規定
1. 管系對約(yue)束點（諸如管端設備(bei)接(jie)口處等）產(chan)生作(zuo)用力(li)和(he)力(li)矩(ju)。作(zuo)用力(li)和(he)力(li)矩(ju)過大，需(xu)加以限制(zhi)，以防(fang)造(zao)成以下危害∶
a. 作用(yong)力(li)和力(li)矩過大，在管(guan)道(dao)與設備或管(guan)道(dao)組成件的連接處(chu)易發(fa)生泄漏或損壞(huai)。
b. 作用力(li)(li)和力(li)(li)矩(ju)過大(da)會導致與管道相連接(jie)的設備(bei)內部（泵、汽輪機、透平壓(ya)縮機等）產生過量(liang)的應力(li)(li)和變(bian)形，無法正常運(yun)行甚至(zhi)引起機件的損壞。
2. 本規范(fan)對劇烈(lie)循環條(tiao)件(jian)的管道有關系(xi)的條(tiao)文號列于下，以(yi)便(bian)查對∶本規范(fan)第2.1.23、5.2.2條(tiao)，第5.3.2.3款(kuan)，第5.4.1條(tiao)，第5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)，第5.6.3、5.8.7條(tiao)，第5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)，第11.4.1條(tiao)，第13.1.3款(kuan)；附(fu)錄D第D.0.1條(tiao)，附(fu)錄J第J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二(er)、管(guan)道柔(rou)性(xing)計算的范圍及方法(fa)
1. 管(guan)道柔(rou)性(xing)(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)范圍(wei)基本上包括了-50℃以(yi)(yi)下的(de)(de)冷管(guan)道以(yi)(yi)及(ji)絕大(da)部分(fen)的(de)(de)熱管(guan)道。但(dan)按(an)管(guan)道公(gong)稱(cheng)直徑規定柔(rou)性(xing)(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)范圍(wei)，與(yu)設(she)計(ji)溫度(du)、管(guan)道重要性(xing)(xing)、尤其與(yu)管(guan)道布置(zhi)的(de)(de)具體情況有關(guan)。如(ru)管(guan)道布置(zhi)的(de)(de)剛性(xing)(xing)大(da)，雖然(ran)管(guan)徑小些，柔(rou)性(xing)(xing)也未必合(he)格(ge)。而計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)人員的(de)(de)經驗有助于這種判斷。所以(yi)(yi)計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)管(guan)徑范圍(wei)要在工程(cheng)設(she)計(ji)時確定。隨(sui)著微機的(de)(de)日(ri)益廣(guang)泛使(shi)用和管(guan)道計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)程(cheng)序(xu)及(ji)一(yi)體化設(she)計(ji)的(de)(de)完善，用計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)機計(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)管(guan)道范圍(wei)可能隨(sui)之擴(kuo)大(da)。
2. 對于諸如高溫高壓蒸汽管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)的疏水管(guan)(guan)(guan)(guan)，雖然它們管(guan)(guan)(guan)(guan)徑不大，可(ke)不在計算范圍(wei)內，但由于在工(gong)作條件下，關斷閥上游管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)仍(reng)處于高溫狀態，要求它具有(you)較(jiao)好的自補償能力(li)；同時(shi)，這類(lei)小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)由于與(yu)主管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)相比其(qi)剛度甚小(xiao)，相差懸(xuan)殊，致使在工(gong)作條件下，主管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)熱位移(yi)時(shi)對小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)產生較(jiao)大的牽連，往(wang)往(wang)因(yin)此(ci)造成小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)與(yu)主管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)相接處損壞。為此(ci)，對此(ci)類(lei)小(xiao)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)要進行計算。
3. 柔(rou)性(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)方法分為用計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)(xu)進行分析、近似方法及(ji)簡化(hua)判斷法等。柔(rou)性(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)人員的(de)經(jing)驗與采用的(de)計(ji)算(suan)(suan)(suan)方法的(de)選擇(ze)有(you)關(guan)，條文已(yi)明確重要的(de)管道需要用計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)(xu)計(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于復雜的(de)管道系統都(dou)是(shi)在用電(dian)子計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)(xu)進行計(ji)算(suan)(suan)(suan)之列。簡化(hua)計(ji)算(suan)(suan)(suan)包括采用圖表計(ji)算(suan)(suan)(suan)在內，一般(ban)要求計(ji)算(suan)(suan)(suan)結果可(ke)信，又能節省設計(ji)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)工時(shi)的(de)情況下(xia)使用。
三、管道(dao)柔性(xing)計算(suan)的基本要求
在(zai)設計中(zhong)導向架(jia)(jia)的(de)結構(gou)應符合計算程序中(zhong)所(suo)設定的(de)約束條(tiao)件。對于滑動(dong)支(zhi)架(jia)(jia)所(suo)產生的(de)摩擦力在(zai)計算程序中(zhong)沒(mei)有(you)考慮時，則計算結果會有(you)誤差。
四、管道的位移應力(li)
1. 全補償值是管(guan)系由冷態到熱態間的變化所引起的，包(bao)括(kuo)有管(guan)系本(ben)身(shen)的熱膨脹值和(he)管(guan)道端(duan)點的附加位移值。
2. 當(dang)量力矩的(de)計(ji)(ji)(ji)算(suan)。在計(ji)(ji)(ji)算(suan)當(dang)量合成力矩時，不論(lun)計(ji)(ji)(ji)算(suan)點是(shi)在彎(wan)頭彎(wan)管上還是(shi)在三通上，應(ying)力增大(da)系數(shu)可有兩種取法。在柔性(xing)計(ji)(ji)(ji)算(suan)中，應(ying)注意檢查法蘭接頭處的(de)合成彎(wan)矩值(zhi)，并加以控制。以防在熱態(tai)下產生泄漏。見本(ben)規范條文說(shuo)明第9.1.1條的(de)要求。
3. 截面(mian)系(xi)數的計(ji)算參照了ASME B31.1及B31.3的規定(ding)。
4. 熱脹應(ying)(ying)(ying)力范(fan)(fan)圍(wei)的(de)計算(suan)(suan)。工業管道大多數使用(yong)了(le)具有(you)良好(hao)塑(su)性的(de)管材(cai)，它們在運(yun)行初期往(wang)往(wang)不會因(yin)二(er)次(ci)(ci)應(ying)(ying)(ying)力過大而馬上引起管道的(de)破壞(huai)，總要經歷反(fan)復啟動停運(yun)多次(ci)(ci)重復地交變(bian)運(yun)行，才可能產生疲(pi)勞破壞(huai)。因(yin)此(ci)，對該(gai)類型應(ying)(ying)(ying)力的(de)限(xian)制就不取決于(yu)某(mou)一時間的(de)應(ying)(ying)(ying)力水(shui)平，而取決于(yu)交變(bian)的(de)應(ying)(ying)(ying)力范(fan)(fan)圍(wei)和交變(bian)循(xun)環的(de)次(ci)(ci)數。本規范(fan)(fan)對這種應(ying)(ying)(ying)力是(shi)計算(suan)(suan)其應(ying)(ying)(ying)力范(fan)(fan)圍(wei)。并(bing)按本規范(fan)(fan)第3.2.7條式(shi)(shi)（3.2.7-1）及式(shi)(shi)（3.2.7-2）進行限(xian)制。由于(yu)當(dang)量力矩編人兩種公式(shi)(shi)，故(gu)熱脹應(ying)(ying)(ying)力范(fan)(fan)圍(wei)的(de)計算(suan)(suan)式(shi)(shi)也有(you)兩種公式(shi)(shi)。
5. 雖(sui)然超(chao)過屈服極限的應力(li)(li)在(zai)運行狀態下隨時(shi)間(jian)的推移而減小，但熱態、冷(leng)態的應變(bian)(bian)會自均衡至一(yi)定程度而穩定下來，任一(yi)循環中熱態與(yu)(yu)冷(leng)態應變(bian)(bian)的總和(he)卻基本保持不(bu)變(bian)(bian)，把(ba)冷(leng)態與(yu)(yu)熱應變(bian)(bian)總和(he)稱(cheng)為應變(bian)(bian)范圍；冷(leng)態與(yu)(yu)熱態應力(li)(li)總和(he)稱(cheng)為應力(li)(li)范圍。
6. 管道(dao)熱脹(zhang)或位移應(ying)力(li)不直接與(yu)外力(li)相平衡(heng)，具有(you)自限性。熱脹(zhang)和其他位移在運(yun)行(xing)條件下(xia)產生(sheng)的(de)(de)初應(ying)力(li)大(da)到某(mou)一程度(du)，就會由于屈服(fu)、蠕變、應(ying)力(li)松弛而(er)降(jiang)低(di)下(xia)來，回到停運(yun)狀(zhuang)態則出(chu)現(xian)相反方向的(de)(de)應(ying)力(li)，這種現(xian)象類(lei)似于管系的(de)(de)冷拉，稱為自拉。它(ta)與(yu)管材性能、運(yun)行(xing)溫度(du)、初應(ying)力(li)水(shui)平、安裝應(ying)力(li)大(da)小(xiao)、持續(xu)運(yun)行(xing)時間長(chang)短等(deng)因素有(you)關(guan)。
7. 熱(re)脹應(ying)力(li)范圍的(de)(de)評(ping)(ping)(ping)定(ding)。目前(qian)許(xu)用(yong)熱(re)脹應(ying)力(li)范圍的(de)(de)評(ping)(ping)(ping)定(ding)有兩(liang)種(zhong)模式(shi)，采(cai)用(yong)該兩(liang)個公(gong)(gong)式(shi)的(de)(de)分別為(wei)∶前(qian)者以(yi)國家(jia)現(xian)行標準(zhun)《火力(li)發電(dian)廠汽水(shui)管(guan)(guan)道(dao)應(ying)力(li)計算技術規(gui)定(ding)》SDGJ6為(wei)代表(biao)，同(tong)時還有其他部的(de)(de)一些設(she)計院(yuan)的(de)(de)熱(re)力(li)管(guan)(guan)道(dao)設(she)計；后者以(yi)國家(jia)現(xian)行標準(zhun)《化工管(guan)(guan)道(dao)設(she)計規(gui)范》HG20695為(wei)代表(biao)，以(yi)及有關設(she)計院(yuan)的(de)(de)管(guan)(guan)道(dao)設(she)計。在本規(gui)范第(di)3.2.7條中已提出(chu)本規(gui)范采(cai)用(yong)后者的(de)(de)公(gong)(gong)式(shi)，并在本規(gui)范條文說(shuo)明第(di)3章中已有解釋。如果需要(yao)降低材(cai)料的(de)(de)許(xu)用(yong)應(ying)力(li)時，符合ASMEB31.1的(de)(de)規(gui)定(ding)。則評(ping)(ping)(ping)定(ding)值(zhi)(zhi)大幅(fu)度降低。上(shang)述(shu)兩(liang)種(zhong)公(gong)(gong)式(shi)評(ping)(ping)(ping)定(ding)模式(shi)僅差(cha)6%，由于(yu)安(an)全系數不(bu)同(tong)，評(ping)(ping)(ping)定(ding)值(zhi)(zhi)相差(cha)竟達20%以(yi)上(shang)。這說(shuo)明上(shang)述(shu)第(di)一種(zhong)公(gong)(gong)式(shi)，評(ping)(ping)(ping)定(ding)值(zhi)(zhi)仍不(bu)能接近(jin)ASME B31.1的(de)(de)水(shui)平。
五、管道(dao)對(dui)設備或(huo)端點的(de)作(zuo)用力
在計(ji)算(suan)運(yun)行初期冷(leng)態作(zuo)用力(li)時，計(ji)算(suan)補償值(zhi)即冷(leng)補償值(zhi)僅為冷(leng)拉(la)值(zhi)；在計(ji)算(suan)運(yun)行初期熱(re)態作(zuo)用力(li)時，計(ji)算(suan)補償值(zhi)除管系熱(re)膨脹值(zhi)和管道端點的附加位移值(zhi)外，還要(yao)計(ji)及(ji)冷(leng)拉(la)值(zhi)的無效(xiao)部分（不冷(leng)拉(la)就(jiu)不存在這項）。
六、改(gai)善管道柔性的(de)措施
1. 改(gai)善管系(xi)的柔性問題，首先需考慮(lv)能否用改(gai)變(bian)支架型式來解決。因(yin)管系(xi)可能存在局部(bu)過(guo)應變(bian)。
2. 當管系結構中(zhong)的(de)(de)(de)絕大部(bu)(bu)(bu)分或比(bi)較大的(de)(de)(de)范圍處于彈性(xing)(xing)狀態(tai)，僅·有很小(xiao)部(bu)(bu)(bu)分管道運行在非(fei)彈性(xing)(xing)范圍，就(jiu)會發(fa)生彈性(xing)(xing)轉移引起應(ying)變(bian)(bian)集中(zhong)。當管道工(gong)作在蠕變(bian)(bian)范圍且變(bian)(bian)形分布(bu)很不均勻(yun)時(shi)，這種現象(xiang)就(jiu)更(geng)突出(chu)。管系中(zhong)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)強的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分與(yu)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)弱的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分相連接時(shi)，隨時(shi)間的(de)(de)(de)推移，作用在結構兩端的(de)(de)(de)位移將發(fa)生再分布(bu)，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)強的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分應(ying)變(bian)(bian)減(jian)小(xiao)，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)弱的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分應(ying)變(bian)(bian)增(zeng)大，發(fa)生局部(bu)(bu)(bu)過應(ying)變(bian)(bian)，并易引起屈(qu)服(fu)變(bian)(bian)形。
3. 為保(bao)證管(guan)系(xi)整體(ti)結構安全(quan)運行，避免因彈性轉移引起的局部過應變(bian)，設計管(guan)系(xi)時應在(zai)以下方(fang)面充分(fen)注意∶
a. 管系中小直(zhi)徑管道與大直(zhi)徑或剛性強的管道串聯相接；
b. 管(guan)系中局部管(guan)道的尺(chi)寸或斷面縮小，或者是(shi)采用了性能較弱的管(guan)道材料(liao)
c. 管系(xi)中管道(dao)材質和規格相同，但在布置格局上大(da)部分的管道(dao)處于或(huo)接近中性軸（或(huo)推力線），小部分管道(dao)偏離中性軸，甚至有(you)較多的偏離卻要吸收較大(da)的應變(bian)。
上(shang)述(shu)情況應在(zai)布置管道時盡量避(bi)免，尤其(qi)采(cai)用(yong)延展性較(jiao)低(di)的材料(liao)時更應引起重視。若無法避(bi)免，就應采(cai)取(qu)一些有(you)效措施如加限位裝置等。
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