工業金屬(shu)管道的膨脹(zhang)和柔性計算的基本(ben)要求(qiu)主要有以(yi)下幾點(dian)：
一、一般(ban)規(gui)定
1. 管系對(dui)約束點（諸(zhu)如管端設備接口處等）產生作用(yong)力和(he)力矩(ju)。作用(yong)力和(he)力矩(ju)過(guo)大，需(xu)加以(yi)限制，以(yi)防造(zao)成(cheng)以(yi)下危(wei)害∶
a. 作用力和力矩(ju)過大(da)，在(zai)管道與設備(bei)或(huo)管道組成件的連接處易發生泄漏或(huo)損壞。
b. 作用力(li)和(he)力(li)矩(ju)過大會導致與管道相(xiang)連接的設備內(nei)部（泵、汽輪機(ji)、透平壓縮機(ji)等(deng)）產生過量的應力(li)和(he)變形，無法正常運(yun)行甚至引(yin)起機(ji)件(jian)的損壞。
2. 本規范(fan)對(dui)劇烈(lie)循環條(tiao)件的(de)管道(dao)有關系的(de)條(tiao)文號列于下，以便查對(dui)∶本規范(fan)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(lu)(lu)D第(di)(di)D.0.1條(tiao)，附錄(lu)(lu)J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二、管道柔性計算的范圍(wei)及方法
1. 管(guan)(guan)(guan)道(dao)柔(rou)性(xing)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)范(fan)圍(wei)基本上包括了-50℃以下的(de)(de)冷(leng)管(guan)(guan)(guan)道(dao)以及絕大部分(fen)的(de)(de)熱管(guan)(guan)(guan)道(dao)。但按管(guan)(guan)(guan)道(dao)公(gong)稱直徑規定(ding)柔(rou)性(xing)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)范(fan)圍(wei)，與(yu)(yu)設(she)計(ji)(ji)(ji)溫度、管(guan)(guan)(guan)道(dao)重(zhong)要(yao)性(xing)、尤其(qi)與(yu)(yu)管(guan)(guan)(guan)道(dao)布置的(de)(de)具體情況有關。如管(guan)(guan)(guan)道(dao)布置的(de)(de)剛性(xing)大，雖(sui)然管(guan)(guan)(guan)徑小些，柔(rou)性(xing)也未(wei)必(bi)合格。而計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)人員的(de)(de)經驗有助于這種判(pan)斷。所以計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)徑范(fan)圍(wei)要(yao)在(zai)工程設(she)計(ji)(ji)(ji)時確定(ding)。隨著微機(ji)的(de)(de)日益廣泛使用(yong)和管(guan)(guan)(guan)道(dao)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)程序(xu)及一體化設(she)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)完善，用(yong)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)范(fan)圍(wei)可(ke)能(neng)隨之擴大。
2. 對(dui)(dui)于(yu)諸如高(gao)溫高(gao)壓蒸汽管(guan)(guan)道(dao)的疏(shu)水(shui)管(guan)(guan)，雖然它們(men)管(guan)(guan)徑不大，可不在計算范圍內，但由于(yu)在工作條(tiao)件(jian)下，關斷閥(fa)上游管(guan)(guan)道(dao)仍處(chu)于(yu)高(gao)溫狀態，要求它具有較(jiao)好的自(zi)補償能力；同時，這類(lei)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，致使在工作條(tiao)件(jian)下，主管(guan)(guan)道(dao)熱(re)位移時對(dui)(dui)小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)產(chan)生較(jiao)大的牽連，往往因(yin)此造(zao)成小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)與主管(guan)(guan)道(dao)相接處(chu)損壞。為此，對(dui)(dui)此類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)(guan)道(dao)要進(jin)行計算。
3. 柔性(xing)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)方(fang)法分(fen)為用(yong)(yong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程(cheng)序(xu)進行分(fen)析、近似方(fang)法及簡(jian)化(hua)判斷(duan)法等。柔性(xing)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)人員的(de)(de)經驗與采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方(fang)法的(de)(de)選擇(ze)有(you)關，條文已(yi)明(ming)確重要的(de)(de)管道需要用(yong)(yong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程(cheng)序(xu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于復(fu)雜(za)的(de)(de)管道系統都是(shi)在(zai)用(yong)(yong)電子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機程(cheng)序(xu)進行計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)之列。簡(jian)化(hua)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)包括采(cai)用(yong)(yong)圖(tu)表計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)在(zai)內，一(yi)般要求計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結果可信，又能節省設計(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)工時的(de)(de)情況(kuang)下(xia)使(shi)用(yong)(yong)。
三、管道柔性計算的基(ji)本要求(qiu)
在設計中(zhong)(zhong)導向架的(de)(de)結構應(ying)符合(he)計算(suan)程序(xu)中(zhong)(zhong)所設定的(de)(de)約束條件。對于滑(hua)動(dong)支(zhi)架所產生的(de)(de)摩(mo)擦(ca)力(li)在計算(suan)程序(xu)中(zhong)(zhong)沒(mei)有考(kao)慮時(shi)，則計算(suan)結果會有誤差。
四、管(guan)道的位移應力
1. 全補償值是管系由冷態到熱態間(jian)的(de)(de)變化(hua)所引起的(de)(de)，包括有管系本身的(de)(de)熱膨脹值和(he)管道端點的(de)(de)附加(jia)位移值。
2. 當(dang)量(liang)力(li)矩的計(ji)算(suan)。在(zai)計(ji)算(suan)當(dang)量(liang)合成力(li)矩時，不論計(ji)算(suan)點是在(zai)彎(wan)(wan)頭彎(wan)(wan)管上還(huan)是在(zai)三(san)通上，應力(li)增大系數(shu)可有兩(liang)種取法。在(zai)柔性(xing)計(ji)算(suan)中，應注意檢查(cha)法蘭接頭處(chu)的合成彎(wan)(wan)矩值(zhi)，并加以控制。以防在(zai)熱(re)態下(xia)產生泄漏。見(jian)本(ben)規范條(tiao)文說明第9.1.1條(tiao)的要求。
3. 截面系(xi)數的計算(suan)參照(zhao)了ASME B31.1及B31.3的規(gui)定。
4. 熱脹應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)的(de)(de)計算(suan)(suan)。工業管道大多數使用了具有良好塑性的(de)(de)管材(cai)，它們在運行初期往往不(bu)會因二(er)次(ci)(ci)應(ying)力(li)(li)過大而馬上引起(qi)管道的(de)(de)破壞(huai)，總要經歷反復(fu)啟動(dong)停(ting)運多次(ci)(ci)重復(fu)地交變(bian)運行，才可能(neng)產生疲勞破壞(huai)。因此，對(dui)該類型應(ying)力(li)(li)的(de)(de)限制就不(bu)取決于某一時間的(de)(de)應(ying)力(li)(li)水平，而取決于交變(bian)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)和交變(bian)循環的(de)(de)次(ci)(ci)數。本規(gui)范(fan)對(dui)這種(zhong)應(ying)力(li)(li)是計算(suan)(suan)其應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)。并按本規(gui)范(fan)第3.2.7條式(shi)（3.2.7-1）及(ji)式(shi)（3.2.7-2）進(jin)行限制。由于當量力(li)(li)矩編人兩種(zhong)公(gong)式(shi)，故(gu)熱脹應(ying)力(li)(li)范(fan)圍(wei)的(de)(de)計算(suan)(suan)式(shi)也有兩種(zhong)公(gong)式(shi)。
5. 雖然超(chao)過(guo)屈服極限(xian)的應(ying)力在運行狀態下(xia)隨時間的推移(yi)而減(jian)小，但熱(re)態、冷態的應(ying)變會自均(jun)衡至一定程度(du)而穩定下(xia)來，任一循環(huan)中(zhong)熱(re)態與冷態應(ying)變的總(zong)和卻(que)基本保(bao)持不變，把冷態與熱(re)應(ying)變總(zong)和稱(cheng)為應(ying)變范圍；冷態與熱(re)態應(ying)力總(zong)和稱(cheng)為應(ying)力范圍。
6. 管道熱脹(zhang)或位(wei)移應(ying)力(li)(li)(li)(li)不直接與(yu)外力(li)(li)(li)(li)相平(ping)衡，具有自限性。熱脹(zhang)和其(qi)他位(wei)移在運(yun)行(xing)條件下產生的初應(ying)力(li)(li)(li)(li)大(da)到某一(yi)程(cheng)度，就會由于屈服、蠕變(bian)、應(ying)力(li)(li)(li)(li)松(song)弛而降(jiang)低(di)下來，回(hui)到停運(yun)狀態則出現相反方向(xiang)的應(ying)力(li)(li)(li)(li)，這種(zhong)現象(xiang)類似于管系的冷拉，稱為自拉。它與(yu)管材性能、運(yun)行(xing)溫度、初應(ying)力(li)(li)(li)(li)水平(ping)、安裝應(ying)力(li)(li)(li)(li)大(da)小、持(chi)續運(yun)行(xing)時間(jian)長(chang)短(duan)等因素有關。
7. 熱(re)脹(zhang)應(ying)力范圍的(de)(de)(de)評定(ding)。目前許用(yong)(yong)熱(re)脹(zhang)應(ying)力范圍的(de)(de)(de)評定(ding)有兩(liang)(liang)種模式(shi)，采用(yong)(yong)該兩(liang)(liang)個公式(shi)的(de)(de)(de)分別為∶前者以國家(jia)現(xian)行標準(zhun)《火(huo)力發電廠汽水管(guan)道應(ying)力計(ji)算技(ji)術規(gui)(gui)(gui)(gui)定(ding)》SDGJ6為代(dai)表，同時(shi)還有其他部的(de)(de)(de)一些設(she)計(ji)院(yuan)的(de)(de)(de)熱(re)力管(guan)道設(she)計(ji)；后(hou)者以國家(jia)現(xian)行標準(zhun)《化工管(guan)道設(she)計(ji)規(gui)(gui)(gui)(gui)范》HG20695為代(dai)表，以及有關設(she)計(ji)院(yuan)的(de)(de)(de)管(guan)道設(she)計(ji)。在(zai)本規(gui)(gui)(gui)(gui)范第3.2.7條中(zhong)已提出本規(gui)(gui)(gui)(gui)范采用(yong)(yong)后(hou)者的(de)(de)(de)公式(shi)，并在(zai)本規(gui)(gui)(gui)(gui)范條文說明(ming)第3章中(zhong)已有解釋(shi)。如果需要降低材料的(de)(de)(de)許用(yong)(yong)應(ying)力時(shi)，符合ASMEB31.1的(de)(de)(de)規(gui)(gui)(gui)(gui)定(ding)。則評定(ding)值大(da)幅度降低。上(shang)述兩(liang)(liang)種公式(shi)評定(ding)模式(shi)僅差6%，由于(yu)安全系數不同，評定(ding)值相差竟(jing)達20%以上(shang)。這說明(ming)上(shang)述第一種公式(shi)，評定(ding)值仍不能接(jie)近(jin)ASME B31.1的(de)(de)(de)水平(ping)。
五、管道對設備或(huo)端點的作用力
在計(ji)算(suan)(suan)運行初(chu)期冷(leng)態作用力時(shi)，計(ji)算(suan)(suan)補償(chang)值(zhi)即冷(leng)補償(chang)值(zhi)僅為(wei)冷(leng)拉(la)值(zhi)；在計(ji)算(suan)(suan)運行初(chu)期熱(re)態作用力時(shi)，計(ji)算(suan)(suan)補償(chang)值(zhi)除(chu)管(guan)系(xi)熱(re)膨(peng)脹值(zhi)和管(guan)道端點的附(fu)加位移值(zhi)外，還要計(ji)及冷(leng)拉(la)值(zhi)的無(wu)效部分（不(bu)冷(leng)拉(la)就不(bu)存在這項）。
六、改(gai)善管道柔性的措施(shi)
1. 改善管系的柔(rou)性(xing)問題，首先需考慮能否用改變支架(jia)型式來解決。因管系可能存在(zai)局部過應變。
2. 當管(guan)系結(jie)構中的(de)絕大(da)部(bu)分(fen)或比較大(da)的(de)范圍(wei)(wei)處于彈性(xing)(xing)狀態(tai)，僅·有很(hen)小部(bu)分(fen)管(guan)道運(yun)行在(zai)非彈性(xing)(xing)范圍(wei)(wei)，就會(hui)發生彈性(xing)(xing)轉移(yi)引(yin)起應變(bian)集中。當管(guan)道工作(zuo)在(zai)蠕變(bian)范圍(wei)(wei)且變(bian)形分(fen)布很(hen)不均勻(yun)時(shi)，這種(zhong)現象就更突(tu)出。管(guan)系中剛性(xing)(xing)強的(de)部(bu)分(fen)與(yu)剛性(xing)(xing)弱的(de)部(bu)分(fen)相(xiang)連接(jie)時(shi)，隨時(shi)間的(de)推移(yi)，作(zuo)用(yong)在(zai)結(jie)構兩端(duan)的(de)位移(yi)將發生再分(fen)布，剛性(xing)(xing)強的(de)部(bu)分(fen)應變(bian)減(jian)小，剛性(xing)(xing)弱的(de)部(bu)分(fen)應變(bian)增大(da)，發生局(ju)部(bu)過應變(bian)，并易引(yin)起屈服變(bian)形。
3. 為保證(zheng)管系(xi)整體結構安全運行(xing)，避免因彈性(xing)轉移引起的局部過應變，設計管系(xi)時(shi)應在以下方面充分注意∶
a. 管系中(zhong)小直(zhi)徑(jing)(jing)管道(dao)與大直(zhi)徑(jing)(jing)或剛性強的管道(dao)串聯相(xiang)接；
b. 管(guan)系(xi)中局部管(guan)道的尺寸(cun)或(huo)斷面縮小，或(huo)者是采用(yong)了性能較弱的管(guan)道材料
c. 管(guan)(guan)系中(zhong)管(guan)(guan)道(dao)材質(zhi)和規格相同(tong)，但在(zai)布置格局(ju)上(shang)大(da)(da)部分的管(guan)(guan)道(dao)處于或接(jie)近中(zhong)性軸(zhou)(zhou)（或推力線），小部分管(guan)(guan)道(dao)偏(pian)離中(zhong)性軸(zhou)(zhou)，甚至有較(jiao)多的偏(pian)離卻(que)要吸(xi)收(shou)較(jiao)大(da)(da)的應(ying)變。
上述情(qing)況(kuang)應(ying)在(zai)布置管道時盡量避免，尤其采用(yong)延展性較(jiao)低的材料時更應(ying)引起重視。若(ruo)無法避免，就應(ying)采取一些有效(xiao)措施如加限位裝置等。
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