工業金(jin)屬管道的膨(peng)脹和(he)柔性計(ji)算的基本要求主要有以下幾點(dian)：
一(yi)、一(yi)般規定
1. 管系對約束點(dian)（諸如管端設(she)備(bei)接口(kou)處等）產(chan)生(sheng)作用力和(he)力矩。作用力和(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(ju)過大(da)，在(zai)管道與設(she)備或管道組成件(jian)的連接(jie)處(chu)易發生泄漏或損壞。
b. 作用力和力矩過大會(hui)導致與管(guan)道相(xiang)連接的(de)設備內(nei)部（泵、汽(qi)輪機、透平壓縮機等）產生過量的(de)應(ying)力和變(bian)形，無(wu)法正常運行(xing)甚至引起機件的(de)損壞。
2. 本規范(fan)對(dui)劇烈(lie)循環條(tiao)件的管(guan)道有(you)關(guan)系的條(tiao)文號列于下，以便查對(dui)∶本規范(fan)第(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)，第(di)5.3.2.3款(kuan)(kuan)，第(di)5.4.1條(tiao)，第(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)(kuan)，第(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)，第(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)(kuan)，第(di)11.4.1條(tiao)，第(di)13.1.3款(kuan)(kuan)；附(fu)錄D第(di)D.0.1條(tiao)，附(fu)錄J第(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二、管(guan)道柔性計算的(de)范(fan)圍(wei)及方法
1. 管(guan)道(dao)柔性(xing)(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)范(fan)(fan)圍(wei)基本上包括了-50℃以下的(de)冷(leng)管(guan)道(dao)以及絕大(da)部分的(de)熱管(guan)道(dao)。但(dan)按管(guan)道(dao)公稱直徑規(gui)定柔性(xing)(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)范(fan)(fan)圍(wei)，與設(she)(she)計(ji)溫度、管(guan)道(dao)重要性(xing)(xing)、尤(you)其與管(guan)道(dao)布置的(de)具體(ti)情況有(you)關(guan)。如管(guan)道(dao)布置的(de)剛性(xing)(xing)大(da)，雖(sui)然管(guan)徑小些，柔性(xing)(xing)也未(wei)必合格。而計(ji)算(suan)(suan)(suan)人員的(de)經驗有(you)助于(yu)這種判斷。所以計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)管(guan)徑范(fan)(fan)圍(wei)要在工(gong)程設(she)(she)計(ji)時確定。隨著微(wei)機(ji)(ji)的(de)日(ri)益廣泛使用和管(guan)道(dao)計(ji)算(suan)(suan)(suan)程序及一體(ti)化設(she)(she)計(ji)的(de)完善(shan)，用計(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)管(guan)道(dao)范(fan)(fan)圍(wei)可(ke)能隨之擴大(da)。
2. 對(dui)于諸如(ru)高溫高壓蒸汽(qi)管道(dao)的(de)疏(shu)水管，雖然它(ta)們管徑(jing)不(bu)大，可不(bu)在計算范圍內，但由于在工作條件下(xia)，關斷閥上游管道(dao)仍處于高溫狀態，要求它(ta)具有(you)較好的(de)自補償(chang)能力；同時，這類小(xiao)管道(dao)由于與(yu)主管道(dao)相比其(qi)剛度甚(shen)小(xiao)，相差懸殊，致(zhi)使在工作條件下(xia)，主管道(dao)熱位移(yi)時對(dui)小(xiao)管道(dao)產生較大的(de)牽連，往往因此(ci)(ci)造(zao)成(cheng)小(xiao)管道(dao)與(yu)主管道(dao)相接(jie)處損壞(huai)。為此(ci)(ci)，對(dui)此(ci)(ci)類小(xiao)管道(dao)要進(jin)行(xing)計算。
3. 柔(rou)性計算的(de)(de)方(fang)法分為用(yong)計算機(ji)程序(xu)(xu)進行分析、近似(si)方(fang)法及簡(jian)化(hua)判斷法等(deng)。柔(rou)性計算人員的(de)(de)經驗與采用(yong)的(de)(de)計算方(fang)法的(de)(de)選擇有關，條文已明確重要的(de)(de)管道(dao)需要用(yong)計算機(ji)程序(xu)(xu)計算。對于復雜的(de)(de)管道(dao)系統都是在(zai)用(yong)電子計算機(ji)程序(xu)(xu)進行計算之列(lie)。簡(jian)化(hua)計算包(bao)括采用(yong)圖(tu)表計算在(zai)內，一(yi)般(ban)要求計算結果可信，又能節省設計計算的(de)(de)工時的(de)(de)情況(kuang)下使用(yong)。
三、管道柔性計算的基本(ben)要求
在設(she)計(ji)中導(dao)向(xiang)架的結構應符合計(ji)算(suan)程(cheng)序中所設(she)定(ding)的約(yue)束條(tiao)件。對于滑動支架所產(chan)生的摩擦力在計(ji)算(suan)程(cheng)序中沒有(you)考慮(lv)時(shi)，則計(ji)算(suan)結果會有(you)誤差。
四、管道的(de)位(wei)移應力(li)
1. 全補(bu)償值是(shi)管(guan)系由冷態到熱態間(jian)的(de)變(bian)化所引起的(de)，包括有管(guan)系本身的(de)熱膨脹值和管(guan)道端點的(de)附加位移值。
2. 當(dang)量(liang)力矩的計算(suan)(suan)。在(zai)計算(suan)(suan)當(dang)量(liang)合(he)成力矩時，不(bu)論計算(suan)(suan)點是在(zai)彎(wan)頭彎(wan)管上還是在(zai)三通(tong)上，應力增大系數(shu)可有(you)兩種取(qu)法(fa)。在(zai)柔性計算(suan)(suan)中，應注意檢查法(fa)蘭接(jie)頭處(chu)的合(he)成彎(wan)矩值，并加以控制(zhi)。以防在(zai)熱態下產生泄漏。見本規范條(tiao)文說明(ming)第9.1.1條(tiao)的要(yao)求(qiu)。
3. 截面系數的計算(suan)參照了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱脹應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)范圍的(de)計(ji)(ji)算。工業管(guan)道(dao)大多數使(shi)用了具有良好(hao)塑性的(de)管(guan)材，它(ta)們在運(yun)行(xing)初期往往不會(hui)因(yin)二次應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)過(guo)大而馬(ma)上引起管(guan)道(dao)的(de)破壞，總要經歷反(fan)復(fu)啟(qi)動停(ting)運(yun)多次重(zhong)復(fu)地交變運(yun)行(xing)，才可能產生(sheng)疲勞破壞。因(yin)此，對該(gai)類型應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)限制(zhi)就不取決(jue)于某一時(shi)間的(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平，而取決(jue)于交變的(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)范圍和交變循環(huan)的(de)次數。本(ben)規范對這種(zhong)(zhong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)是計(ji)(ji)算其(qi)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)范圍。并(bing)按本(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(zhi)。由于當(dang)量力(li)(li)矩編人兩(liang)種(zhong)(zhong)公(gong)式(shi)，故熱脹應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)范圍的(de)計(ji)(ji)算式(shi)也(ye)有兩(liang)種(zhong)(zhong)公(gong)式(shi)。
5. 雖然超過屈(qu)服極限的(de)應力(li)(li)在運行狀態(tai)(tai)下隨時間的(de)推移(yi)而減小，但熱(re)態(tai)(tai)、冷態(tai)(tai)的(de)應變(bian)會自均衡(heng)至一定程度而穩定下來(lai)，任一循環(huan)中熱(re)態(tai)(tai)與冷態(tai)(tai)應變(bian)的(de)總和卻(que)基本保持不變(bian)，把冷態(tai)(tai)與熱(re)應變(bian)總和稱(cheng)為應變(bian)范圍(wei)；冷態(tai)(tai)與熱(re)態(tai)(tai)應力(li)(li)總和稱(cheng)為應力(li)(li)范圍(wei)。
6. 管道熱(re)脹(zhang)(zhang)或位移應力(li)(li)不直接(jie)與外力(li)(li)相(xiang)平衡(heng)，具有(you)自限性。熱(re)脹(zhang)(zhang)和其他(ta)位移在運行(xing)條件下(xia)(xia)產生的初應力(li)(li)大到(dao)某一程度，就會由于屈服、蠕變、應力(li)(li)松(song)弛而(er)降低下(xia)(xia)來，回到(dao)停(ting)運狀態則出現相(xiang)反方向的應力(li)(li)，這種現象類似于管系的冷(leng)拉(la)，稱為(wei)自拉(la)。它與管材性能、運行(xing)溫度、初應力(li)(li)水平、安裝應力(li)(li)大小、持續運行(xing)時間(jian)長短等因素(su)有(you)關。
7. 熱(re)脹應(ying)力范(fan)圍(wei)的(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)。目前許(xu)用熱(re)脹應(ying)力范(fan)圍(wei)的(de)評(ping)(ping)定(ding)(ding)有兩(liang)種(zhong)模式，采(cai)用該兩(liang)個公(gong)(gong)式的(de)分(fen)別為∶前者(zhe)以國家(jia)現行標準《火(huo)力發電廠汽水管道(dao)應(ying)力計(ji)(ji)算技術規定(ding)(ding)》SDGJ6為代表(biao)，同時(shi)還有其(qi)他部的(de)一些(xie)設(she)計(ji)(ji)院的(de)熱(re)力管道(dao)設(she)計(ji)(ji)；后者(zhe)以國家(jia)現行標準《化(hua)工管道(dao)設(she)計(ji)(ji)規范(fan)》HG20695為代表(biao)，以及(ji)有關設(she)計(ji)(ji)院的(de)管道(dao)設(she)計(ji)(ji)。在本(ben)規范(fan)第3.2.7條(tiao)(tiao)中已提出本(ben)規范(fan)采(cai)用后者(zhe)的(de)公(gong)(gong)式，并(bing)在本(ben)規范(fan)條(tiao)(tiao)文說(shuo)明第3章中已有解釋。如(ru)果需(xu)要降低材(cai)料(liao)的(de)許(xu)用應(ying)力時(shi)，符合ASMEB31.1的(de)規定(ding)(ding)。則(ze)評(ping)(ping)定(ding)(ding)值大幅度降低。上述(shu)兩(liang)種(zhong)公(gong)(gong)式評(ping)(ping)定(ding)(ding)模式僅(jin)差6%，由于安全系數(shu)不同，評(ping)(ping)定(ding)(ding)值相(xiang)差竟達20%以上。這說(shuo)明上述(shu)第一種(zhong)公(gong)(gong)式，評(ping)(ping)定(ding)(ding)值仍不能接(jie)近ASME B31.1的(de)水平(ping)。
五、管道對設備或端點的作(zuo)用力
在(zai)計(ji)(ji)算(suan)(suan)運行初期(qi)冷(leng)態(tai)作用力時，計(ji)(ji)算(suan)(suan)補償值(zhi)(zhi)即(ji)冷(leng)補償值(zhi)(zhi)僅為冷(leng)拉值(zhi)(zhi)；在(zai)計(ji)(ji)算(suan)(suan)運行初期(qi)熱態(tai)作用力時，計(ji)(ji)算(suan)(suan)補償值(zhi)(zhi)除管系熱膨脹值(zhi)(zhi)和管道端(duan)點的(de)附加(jia)位(wei)移(yi)值(zhi)(zhi)外，還要計(ji)(ji)及(ji)冷(leng)拉值(zhi)(zhi)的(de)無效部(bu)分（不冷(leng)拉就不存在(zai)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，首先需考慮能(neng)否(fou)用改(gai)變支(zhi)架型(xing)式來解決。因管系(xi)可能(neng)存在局部(bu)過應變。
2. 當(dang)管(guan)(guan)系結構中(zhong)的(de)(de)絕(jue)大(da)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)或比較大(da)的(de)(de)范圍(wei)處于彈(dan)性(xing)狀態，僅·有很小部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)管(guan)(guan)道(dao)運行在非(fei)彈(dan)性(xing)范圍(wei)，就會發生彈(dan)性(xing)轉移引起(qi)應(ying)變(bian)(bian)集中(zhong)。當(dang)管(guan)(guan)道(dao)工作在蠕變(bian)(bian)范圍(wei)且變(bian)(bian)形(xing)分(fen)布很不均勻時(shi)，這種現(xian)象(xiang)就更(geng)突出。管(guan)(guan)系中(zhong)剛性(xing)強的(de)(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)與(yu)剛性(xing)弱的(de)(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)相連接時(shi)，隨時(shi)間(jian)的(de)(de)推移，作用(yong)在結構兩端的(de)(de)位(wei)移將發生再分(fen)布，剛性(xing)強的(de)(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)應(ying)變(bian)(bian)減小，剛性(xing)弱的(de)(de)部(bu)(bu)(bu)(bu)分(fen)應(ying)變(bian)(bian)增大(da)，發生局部(bu)(bu)(bu)(bu)過應(ying)變(bian)(bian)，并易引起(qi)屈服變(bian)(bian)形(xing)。
3. 為保(bao)證管(guan)系整體(ti)結構安(an)全(quan)運行，避免因彈性轉(zhuan)移(yi)引(yin)起的局部過應變，設計(ji)管(guan)系時(shi)應在(zai)以下方面充分注意∶
a. 管(guan)系中小直徑管(guan)道(dao)(dao)與大直徑或剛性強的管(guan)道(dao)(dao)串聯相接(jie)；
b. 管系中局部(bu)管道(dao)的(de)尺寸或斷面縮小，或者是采用了(le)性能較弱的(de)管道(dao)材料
c. 管(guan)系中(zhong)管(guan)道材(cai)質(zhi)和規格(ge)相(xiang)同，但(dan)在布(bu)置(zhi)格(ge)局上大部分的管(guan)道處于或(huo)接近(jin)中(zhong)性軸(zhou)（或(huo)推力線），小部分管(guan)道偏(pian)離(li)中(zhong)性軸(zhou)，甚(shen)至(zhi)有較多(duo)的偏(pian)離(li)卻要吸收較大的應變。
上述情況應(ying)在布置管道時盡量避(bi)免，尤其采(cai)用(yong)延展性較低的材料時更(geng)應(ying)引起重視。若(ruo)無法避(bi)免，就應(ying)采(cai)取一些(xie)有效措施如加限位裝置等。
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