工業金屬(shu)管道的(de)膨脹和(he)柔性(xing)計算的(de)基本要求主要有以下幾點：
一、一般規定(ding)
1. 管系(xi)對(dui)約束點（諸如管端(duan)設備(bei)接口處等）產生作用(yong)力(li)和力(li)矩。作用(yong)力(li)和力(li)矩過(guo)大，需加(jia)以(yi)(yi)限制，以(yi)(yi)防(fang)造成以(yi)(yi)下危害(hai)∶
a. 作(zuo)用(yong)力(li)和力(li)矩過大(da)，在管道(dao)與(yu)設備(bei)或(huo)管道(dao)組成件的連接處易發(fa)生泄漏或(huo)損壞。
b. 作(zuo)用力(li)和力(li)矩過(guo)大會導(dao)致與管道相連接的設備內部（泵、汽輪機、透平壓縮(suo)機等）產(chan)生過(guo)量的應力(li)和變形(xing)，無法正常運行(xing)甚至引起機件的損壞。
2. 本規范對(dui)劇烈(lie)循環條(tiao)件的(de)管道有關系的(de)條(tiao)文號列于(yu)下，以便查對(dui)∶本規范第(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)，第(di)(di)5.3.2.3款，第(di)(di)5.4.1條(tiao)，第(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款，第(di)(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)，第(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款，第(di)(di)11.4.1條(tiao)，第(di)(di)13.1.3款；附錄D第(di)(di)D.0.1條(tiao)，附錄J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二(er)、管道柔性計算的(de)范圍及方法
1. 管道(dao)(dao)柔(rou)性(xing)計算(suan)的(de)(de)(de)范圍(wei)基本上(shang)包(bao)括了-50℃以(yi)(yi)下(xia)的(de)(de)(de)冷管道(dao)(dao)以(yi)(yi)及絕大部分的(de)(de)(de)熱管道(dao)(dao)。但按管道(dao)(dao)公稱直徑規定(ding)(ding)柔(rou)性(xing)計算(suan)的(de)(de)(de)范圍(wei)，與(yu)設計溫度、管道(dao)(dao)重要性(xing)、尤其與(yu)管道(dao)(dao)布置的(de)(de)(de)具體情況有關。如管道(dao)(dao)布置的(de)(de)(de)剛性(xing)大，雖然管徑小些，柔(rou)性(xing)也未(wei)必合(he)格。而計算(suan)人員的(de)(de)(de)經驗有助于這種(zhong)判斷(duan)。所以(yi)(yi)計算(suan)的(de)(de)(de)管徑范圍(wei)要在工(gong)程設計時確定(ding)(ding)。隨著(zhu)微機的(de)(de)(de)日益廣泛使用和管道(dao)(dao)計算(suan)程序及一體化設計的(de)(de)(de)完(wan)善，用計算(suan)機計算(suan)的(de)(de)(de)管道(dao)(dao)范圍(wei)可(ke)能(neng)隨之(zhi)擴(kuo)大。
2. 對(dui)于(yu)諸(zhu)如高溫高壓蒸汽(qi)管(guan)(guan)道的(de)疏水管(guan)(guan)，雖然它(ta)們管(guan)(guan)徑不大，可不在計(ji)算范圍內，但由(you)于(yu)在工(gong)作條件(jian)下(xia)，關斷(duan)閥上游管(guan)(guan)道仍處(chu)于(yu)高溫狀態，要(yao)求它(ta)具有較好的(de)自補(bu)償(chang)能力；同時，這類小(xiao)管(guan)(guan)道由(you)于(yu)與(yu)主管(guan)(guan)道相比(bi)其剛度甚小(xiao)，相差懸殊，致使(shi)在工(gong)作條件(jian)下(xia)，主管(guan)(guan)道熱位移時對(dui)小(xiao)管(guan)(guan)道產生較大的(de)牽連，往往因此(ci)造成(cheng)小(xiao)管(guan)(guan)道與(yu)主管(guan)(guan)道相接處(chu)損壞。為此(ci)，對(dui)此(ci)類小(xiao)管(guan)(guan)道要(yao)進(jin)行計(ji)算。
3. 柔性計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的方法分(fen)為用計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程(cheng)(cheng)序進(jin)行分(fen)析、近似方法及簡(jian)化(hua)判(pan)斷法等(deng)。柔性計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)人員(yuan)的經驗(yan)與采用的計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方法的選擇(ze)有關，條文已明(ming)確重要的管(guan)道需要用計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程(cheng)(cheng)序計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于復雜(za)的管(guan)道系統都是在(zai)用電子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程(cheng)(cheng)序進(jin)行計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)之列。簡(jian)化(hua)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)包括(kuo)采用圖表計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)在(zai)內，一般要求計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結果(guo)可信，又(you)能(neng)節(jie)省設計(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的工時的情況下使用。
三、管道(dao)柔性計算的基本要求
在設計(ji)中導向架(jia)的(de)(de)結(jie)構應符合計(ji)算(suan)程(cheng)序中所設定的(de)(de)約束條件。對于滑動支架(jia)所產(chan)生的(de)(de)摩擦力在計(ji)算(suan)程(cheng)序中沒有考(kao)慮時(shi)，則計(ji)算(suan)結(jie)果會有誤差(cha)。
四、管道的(de)位移應力
1. 全補(bu)償值是管系由冷態(tai)到熱(re)態(tai)間(jian)的(de)變化所引起的(de)，包括有管系本(ben)身的(de)熱(re)膨(peng)脹值和管道端(duan)點的(de)附加位(wei)移值。
2. 當量(liang)力矩(ju)的(de)計(ji)算。在(zai)計(ji)算當量(liang)合成力矩(ju)時，不論計(ji)算點是(shi)在(zai)彎頭彎管上還是(shi)在(zai)三(san)通上，應(ying)力增大系(xi)數(shu)可有兩種取法。在(zai)柔性計(ji)算中，應(ying)注意檢查法蘭接頭處的(de)合成彎矩(ju)值，并(bing)加以(yi)控制。以(yi)防在(zai)熱(re)態下產生泄漏。見本規范條文說明第(di)9.1.1條的(de)要(yao)求。
3. 截面(mian)系(xi)數的計算參(can)照(zhao)了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱脹應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍的(de)(de)(de)計算(suan)(suan)。工業(ye)管(guan)道大多數使用了(le)具有良(liang)好塑性的(de)(de)(de)管(guan)材，它們(men)在運(yun)行(xing)(xing)初(chu)期(qi)往往不會因二次(ci)應(ying)(ying)力(li)過大而(er)馬上(shang)引(yin)起管(guan)道的(de)(de)(de)破壞(huai)，總要(yao)經歷反(fan)復(fu)啟(qi)動(dong)停運(yun)多次(ci)重復(fu)地交(jiao)(jiao)變(bian)運(yun)行(xing)(xing)，才可(ke)能產生(sheng)疲勞破壞(huai)。因此，對(dui)該類型應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)限制就不取(qu)決(jue)于某(mou)一時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)水平，而(er)取(qu)決(jue)于交(jiao)(jiao)變(bian)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍和交(jiao)(jiao)變(bian)循環的(de)(de)(de)次(ci)數。本規(gui)范(fan)(fan)(fan)對(dui)這種應(ying)(ying)力(li)是計算(suan)(suan)其(qi)應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍。并按本規(gui)范(fan)(fan)(fan)第3.2.7條式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行(xing)(xing)限制。由(you)于當量力(li)矩編人兩(liang)種公(gong)式，故熱脹應(ying)(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍的(de)(de)(de)計算(suan)(suan)式也有兩(liang)種公(gong)式。
5. 雖然超過(guo)屈(qu)服極限的(de)應(ying)(ying)力在運行狀態下隨時間的(de)推移而(er)減小，但熱(re)態、冷(leng)態的(de)應(ying)(ying)變(bian)會自(zi)均衡至一(yi)定(ding)(ding)程度而(er)穩定(ding)(ding)下來，任一(yi)循環中熱(re)態與(yu)(yu)冷(leng)態應(ying)(ying)變(bian)的(de)總和(he)卻基本(ben)保持不(bu)變(bian)，把冷(leng)態與(yu)(yu)熱(re)應(ying)(ying)變(bian)總和(he)稱為應(ying)(ying)變(bian)范圍(wei)；冷(leng)態與(yu)(yu)熱(re)態應(ying)(ying)力總和(he)稱為應(ying)(ying)力范圍(wei)。
6. 管(guan)道(dao)熱脹(zhang)或位移應(ying)力(li)(li)不(bu)直接(jie)與外力(li)(li)相平衡，具有(you)自(zi)限性。熱脹(zhang)和其(qi)他(ta)位移在(zai)運(yun)行條件(jian)下產生的初應(ying)力(li)(li)大(da)到某一程(cheng)度，就會由于屈服、蠕變、應(ying)力(li)(li)松弛而(er)降低(di)下來，回到停運(yun)狀(zhuang)態(tai)則出現(xian)相反方(fang)向的應(ying)力(li)(li)，這(zhe)種現(xian)象類(lei)似(si)于管(guan)系的冷(leng)拉，稱為自(zi)拉。它與管(guan)材(cai)性能、運(yun)行溫度、初應(ying)力(li)(li)水平、安裝應(ying)力(li)(li)大(da)小(xiao)、持續運(yun)行時(shi)間長短等因素(su)有(you)關(guan)。
7. 熱脹應力范(fan)圍的評(ping)(ping)定(ding)。目前許(xu)用熱脹應力范(fan)圍的評(ping)(ping)定(ding)有兩種模式(shi)(shi)(shi)，采(cai)用該兩個公式(shi)(shi)(shi)的分別(bie)為(wei)(wei)∶前者(zhe)以(yi)國家現行(xing)標準《火力發(fa)電廠汽水(shui)管道(dao)應力計(ji)算技術(shu)規(gui)定(ding)》SDGJ6為(wei)(wei)代表(biao)，同時(shi)還有其他部的一(yi)些設(she)計(ji)院(yuan)的熱力管道(dao)設(she)計(ji)；后者(zhe)以(yi)國家現行(xing)標準《化工管道(dao)設(she)計(ji)規(gui)范(fan)》HG20695為(wei)(wei)代表(biao)，以(yi)及有關設(she)計(ji)院(yuan)的管道(dao)設(she)計(ji)。在(zai)本規(gui)范(fan)第3.2.7條中已(yi)提(ti)出本規(gui)范(fan)采(cai)用后者(zhe)的公式(shi)(shi)(shi)，并在(zai)本規(gui)范(fan)條文說(shuo)明第3章中已(yi)有解釋(shi)。如(ru)果需要(yao)降低材料的許(xu)用應力時(shi)，符合(he)ASMEB31.1的規(gui)定(ding)。則評(ping)(ping)定(ding)值大幅(fu)度(du)降低。上述(shu)兩種公式(shi)(shi)(shi)評(ping)(ping)定(ding)模式(shi)(shi)(shi)僅(jin)差6%，由(you)于(yu)安全系數不(bu)同，評(ping)(ping)定(ding)值相差竟達20%以(yi)上。這說(shuo)明上述(shu)第一(yi)種公式(shi)(shi)(shi)，評(ping)(ping)定(ding)值仍不(bu)能接近ASME B31.1的水(shui)平。
五、管(guan)道(dao)對設備或端點的作用力
在計算運行初期冷(leng)(leng)態(tai)作用力(li)時，計算補(bu)償值(zhi)(zhi)即冷(leng)(leng)補(bu)償值(zhi)(zhi)僅為(wei)冷(leng)(leng)拉值(zhi)(zhi)；在計算運行初期熱態(tai)作用力(li)時，計算補(bu)償值(zhi)(zhi)除管(guan)系熱膨脹值(zhi)(zhi)和管(guan)道端點的附加位移值(zhi)(zhi)外，還要計及冷(leng)(leng)拉值(zhi)(zhi)的無效部分（不冷(leng)(leng)拉就(jiu)不存在這項）。
六、改(gai)善管道柔性的措施(shi)
1. 改(gai)善(shan)管(guan)系(xi)的柔性問(wen)題，首先需考慮(lv)能(neng)否用改(gai)變支架型式來解(jie)決。因(yin)管(guan)系(xi)可能(neng)存(cun)在局部過應變。
2. 當管系結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)絕(jue)大(da)部(bu)分或比較大(da)的(de)范圍(wei)處(chu)于(yu)彈性(xing)(xing)(xing)狀態，僅·有很小部(bu)分管道(dao)運行在(zai)非彈性(xing)(xing)(xing)范圍(wei)，就(jiu)會(hui)發生彈性(xing)(xing)(xing)轉移引(yin)起(qi)(qi)應變(bian)集中(zhong)。當管道(dao)工作(zuo)在(zai)蠕變(bian)范圍(wei)且變(bian)形分布很不均勻時，這(zhe)種現象就(jiu)更突出。管系中(zhong)剛(gang)性(xing)(xing)(xing)強(qiang)的(de)部(bu)分與剛(gang)性(xing)(xing)(xing)弱(ruo)的(de)部(bu)分相連接時，隨時間的(de)推移，作(zuo)用在(zai)結(jie)構(gou)兩端的(de)位(wei)移將發生再分布，剛(gang)性(xing)(xing)(xing)強(qiang)的(de)部(bu)分應變(bian)減小，剛(gang)性(xing)(xing)(xing)弱(ruo)的(de)部(bu)分應變(bian)增大(da)，發生局部(bu)過應變(bian)，并易(yi)引(yin)起(qi)(qi)屈(qu)服變(bian)形。
3. 為保證管系整體結(jie)構安全運行，避免因彈性轉移引(yin)起(qi)的局部過應變，設計管系時(shi)應在以下方面充分注意∶
a. 管系中小(xiao)直(zhi)(zhi)徑管道(dao)與大(da)直(zhi)(zhi)徑或剛性(xing)強的管道(dao)串聯相接；
b. 管系(xi)中局部管道的尺寸或斷面縮小，或者是采(cai)用了性(xing)能較弱的管道材料
c. 管(guan)系中(zhong)(zhong)管(guan)道(dao)材質和規格相同(tong)，但在布置格局上(shang)大(da)部分的管(guan)道(dao)處于或(huo)接近中(zhong)(zhong)性(xing)軸（或(huo)推力線），小(xiao)部分管(guan)道(dao)偏離中(zhong)(zhong)性(xing)軸，甚至有較多(duo)的偏離卻要吸(xi)收較大(da)的應(ying)變(bian)。
上述情況(kuang)應(ying)在布置管道時盡量避免，尤其采用延展性較低(di)的材料時更應(ying)引(yin)起重視(shi)。若(ruo)無(wu)法避免，就(jiu)應(ying)采取(qu)一些有效措施如加限位裝置等。
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