工業金屬管道的(de)膨脹和柔性計算的(de)基本要(yao)求(qiu)主要(yao)有以下幾點：
一、一般規定
1. 管系(xi)對(dui)約束點（諸如管端設(she)備接口處等）產生作用力和(he)力矩。作用力和(he)力矩過大，需(xu)加以限制，以防造成(cheng)以下危害(hai)∶
a. 作用力和力矩過大，在管(guan)道與設備或(huo)管(guan)道組(zu)成件的連接處易發生(sheng)泄(xie)漏(lou)或(huo)損壞。
b. 作用力和力矩過大會導致與管道相連接(jie)的(de)設備內(nei)部（泵、汽輪機、透平壓縮機等）產生過量的(de)應力和變形，無法正常運行甚至引(yin)起機件的(de)損壞(huai)。
2. 本規范(fan)對劇烈循環條(tiao)件的管道有關(guan)系(xi)的條(tiao)文號列(lie)于(yu)下，以便(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(lu)D第D.0.1條(tiao)，附(fu)錄(lu)J第J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二(er)、管道柔(rou)性計算的(de)范(fan)圍(wei)及(ji)方(fang)法
1. 管(guan)道(dao)(dao)柔性計(ji)算(suan)(suan)的范(fan)圍(wei)基本上(shang)包括了-50℃以下(xia)的冷(leng)管(guan)道(dao)(dao)以及絕(jue)大部分的熱管(guan)道(dao)(dao)。但按管(guan)道(dao)(dao)公稱(cheng)直(zhi)徑(jing)(jing)規定柔性計(ji)算(suan)(suan)的范(fan)圍(wei)，與(yu)設計(ji)溫度、管(guan)道(dao)(dao)重要性、尤其與(yu)管(guan)道(dao)(dao)布置的具體情(qing)況有關(guan)。如管(guan)道(dao)(dao)布置的剛性大，雖然管(guan)徑(jing)(jing)小些，柔性也未必合格。而計(ji)算(suan)(suan)人(ren)員的經(jing)驗(yan)有助于這種判斷。所以計(ji)算(suan)(suan)的管(guan)徑(jing)(jing)范(fan)圍(wei)要在工程設計(ji)時確定。隨著微(wei)機的日(ri)益廣泛(fan)使用和管(guan)道(dao)(dao)計(ji)算(suan)(suan)程序及一體化(hua)設計(ji)的完善，用計(ji)算(suan)(suan)機計(ji)算(suan)(suan)的管(guan)道(dao)(dao)范(fan)圍(wei)可能隨之擴大。
2. 對(dui)于(yu)諸如高溫(wen)高壓(ya)蒸汽管(guan)(guan)道(dao)(dao)的疏水管(guan)(guan)，雖(sui)然(ran)它們管(guan)(guan)徑不大(da)，可不在(zai)計(ji)算范圍內(nei)，但由于(yu)在(zai)工作條(tiao)件下，關斷閥上游管(guan)(guan)道(dao)(dao)仍處(chu)于(yu)高溫(wen)狀態，要求它具有(you)較好的自補(bu)償能力；同時，這(zhe)類(lei)小(xiao)管(guan)(guan)道(dao)(dao)由于(yu)與主(zhu)管(guan)(guan)道(dao)(dao)相比其剛度甚(shen)小(xiao)，相差懸殊，致使在(zai)工作條(tiao)件下，主(zhu)管(guan)(guan)道(dao)(dao)熱位(wei)移時對(dui)小(xiao)管(guan)(guan)道(dao)(dao)產生(sheng)較大(da)的牽(qian)連(lian)，往往因此造(zao)成小(xiao)管(guan)(guan)道(dao)(dao)與主(zhu)管(guan)(guan)道(dao)(dao)相接處(chu)損壞。為此，對(dui)此類(lei)小(xiao)管(guan)(guan)道(dao)(dao)要進行(xing)計(ji)算。
3. 柔性計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法分為用(yong)計(ji)(ji)算(suan)機程序(xu)進(jin)行分析、近似方(fang)(fang)法及簡(jian)化判斷(duan)法等(deng)。柔性計(ji)(ji)算(suan)人員的(de)(de)(de)經驗與采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)方(fang)(fang)法的(de)(de)(de)選擇(ze)有(you)關，條文已明確重要的(de)(de)(de)管道需要用(yong)計(ji)(ji)算(suan)機程序(xu)計(ji)(ji)算(suan)。對于(yu)復雜(za)的(de)(de)(de)管道系(xi)統都(dou)是在用(yong)電子(zi)計(ji)(ji)算(suan)機程序(xu)進(jin)行計(ji)(ji)算(suan)之列。簡(jian)化計(ji)(ji)算(suan)包括(kuo)采(cai)用(yong)圖表計(ji)(ji)算(suan)在內(nei)，一(yi)般(ban)要求計(ji)(ji)算(suan)結果可信，又能節省設(she)計(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)工時的(de)(de)(de)情況(kuang)下使用(yong)。
三、管(guan)道柔性計算的基(ji)本要求(qiu)
在(zai)設計中導向架的結(jie)構應符合計算程序中所設定(ding)的約束條件。對于滑動支(zhi)架所產(chan)生的摩擦力在(zai)計算程序中沒有(you)考(kao)慮時，則計算結(jie)果(guo)會有(you)誤差。
四、管道(dao)的位移應(ying)力
1. 全(quan)補(bu)償值是管系由冷態到熱(re)態間的變化(hua)所引起(qi)的，包(bao)括有(you)管系本身的熱(re)膨脹值和管道端點(dian)的附加位(wei)移值。
2. 當(dang)量(liang)力(li)矩(ju)的(de)(de)計(ji)算(suan)。在(zai)(zai)(zai)計(ji)算(suan)當(dang)量(liang)合成力(li)矩(ju)時，不論(lun)計(ji)算(suan)點是在(zai)(zai)(zai)彎頭彎管(guan)上還是在(zai)(zai)(zai)三通上，應(ying)力(li)增(zeng)大系數(shu)可有兩種取法。在(zai)(zai)(zai)柔性計(ji)算(suan)中(zhong)，應(ying)注意檢查(cha)法蘭接(jie)頭處的(de)(de)合成彎矩(ju)值，并加(jia)以控制。以防在(zai)(zai)(zai)熱態下產(chan)生(sheng)泄漏。見本規(gui)范條(tiao)文說明第9.1.1條(tiao)的(de)(de)要求。
3. 截(jie)面系數的計算參照(zhao)了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱脹應(ying)(ying)力范(fan)(fan)(fan)圍的(de)(de)計算。工業管道(dao)大(da)(da)多數使用了(le)具有良好塑性的(de)(de)管材，它們在運行(xing)初期往往不(bu)(bu)會(hui)因二次(ci)應(ying)(ying)力過大(da)(da)而馬(ma)上引(yin)起管道(dao)的(de)(de)破(po)壞(huai)，總要經歷反復啟動停運多次(ci)重復地(di)交變(bian)(bian)運行(xing)，才(cai)可能(neng)產生(sheng)疲(pi)勞破(po)壞(huai)。因此，對(dui)該類型應(ying)(ying)力的(de)(de)限制就不(bu)(bu)取決于某一時間的(de)(de)應(ying)(ying)力水平，而取決于交變(bian)(bian)的(de)(de)應(ying)(ying)力范(fan)(fan)(fan)圍和交變(bian)(bian)循(xun)環的(de)(de)次(ci)數。本規范(fan)(fan)(fan)對(dui)這種應(ying)(ying)力是計算其(qi)應(ying)(ying)力范(fan)(fan)(fan)圍。并(bing)按本規范(fan)(fan)(fan)第3.2.7條式(shi)（3.2.7-1）及式(shi)（3.2.7-2）進行(xing)限制。由于當量力矩編人(ren)兩(liang)種公式(shi)，故熱脹應(ying)(ying)力范(fan)(fan)(fan)圍的(de)(de)計算式(shi)也(ye)有兩(liang)種公式(shi)。
5. 雖然超過屈服極(ji)限的(de)應(ying)(ying)力在(zai)運(yun)行狀態(tai)(tai)下(xia)隨時間的(de)推移而減小，但熱(re)態(tai)(tai)、冷(leng)(leng)態(tai)(tai)的(de)應(ying)(ying)變(bian)會自均衡(heng)至(zhi)一定(ding)程度而穩(wen)定(ding)下(xia)來，任一循環中熱(re)態(tai)(tai)與冷(leng)(leng)態(tai)(tai)應(ying)(ying)變(bian)的(de)總(zong)和(he)卻基(ji)本(ben)保持不變(bian)，把冷(leng)(leng)態(tai)(tai)與熱(re)應(ying)(ying)變(bian)總(zong)和(he)稱(cheng)為(wei)應(ying)(ying)變(bian)范圍(wei)；冷(leng)(leng)態(tai)(tai)與熱(re)態(tai)(tai)應(ying)(ying)力總(zong)和(he)稱(cheng)為(wei)應(ying)(ying)力范圍(wei)。
6. 管(guan)道熱(re)脹或位移(yi)應(ying)力(li)不(bu)直接與(yu)外力(li)相平衡，具有自限性(xing)。熱(re)脹和其他位移(yi)在運行(xing)(xing)條(tiao)件下產(chan)生的(de)初(chu)應(ying)力(li)大(da)到某一程度，就會(hui)由于屈(qu)服、蠕變、應(ying)力(li)松弛而降低(di)下來，回到停(ting)運狀(zhuang)態則出(chu)現(xian)相反方向的(de)應(ying)力(li)，這種現(xian)象類似于管(guan)系(xi)的(de)冷拉，稱為(wei)自拉。它與(yu)管(guan)材性(xing)能、運行(xing)(xing)溫度、初(chu)應(ying)力(li)水(shui)平、安裝(zhuang)應(ying)力(li)大(da)小、持(chi)續(xu)運行(xing)(xing)時間長短等因素有關(guan)。
7. 熱(re)脹(zhang)應(ying)力(li)(li)(li)范(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)。目(mu)前許用(yong)熱(re)脹(zhang)應(ying)力(li)(li)(li)范(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)(de)評(ping)(ping)定(ding)有(you)兩(liang)(liang)種模(mo)式(shi)(shi)，采用(yong)該兩(liang)(liang)個公式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)分別為(wei)∶前者以(yi)國家(jia)現(xian)行標準(zhun)《火力(li)(li)(li)發電廠(chang)汽水管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)應(ying)力(li)(li)(li)計(ji)算(suan)技術規(gui)定(ding)》SDGJ6為(wei)代(dai)表，同(tong)時還有(you)其他部的(de)(de)(de)(de)一些設(she)計(ji)院的(de)(de)(de)(de)熱(re)力(li)(li)(li)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)設(she)計(ji)；后者以(yi)國家(jia)現(xian)行標準(zhun)《化工管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)設(she)計(ji)規(gui)范(fan)》HG20695為(wei)代(dai)表，以(yi)及有(you)關設(she)計(ji)院的(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)設(she)計(ji)。在本(ben)規(gui)范(fan)第(di)3.2.7條中已(yi)提出本(ben)規(gui)范(fan)采用(yong)后者的(de)(de)(de)(de)公式(shi)(shi)，并在本(ben)規(gui)范(fan)條文(wen)說明第(di)3章中已(yi)有(you)解(jie)釋。如果需要降低(di)材料的(de)(de)(de)(de)許用(yong)應(ying)力(li)(li)(li)時，符合ASMEB31.1的(de)(de)(de)(de)規(gui)定(ding)。則評(ping)(ping)定(ding)值大幅度降低(di)。上(shang)述(shu)(shu)兩(liang)(liang)種公式(shi)(shi)評(ping)(ping)定(ding)模(mo)式(shi)(shi)僅(jin)差6%，由于安全(quan)系數不同(tong)，評(ping)(ping)定(ding)值相(xiang)差竟達20%以(yi)上(shang)。這說明上(shang)述(shu)(shu)第(di)一種公式(shi)(shi)，評(ping)(ping)定(ding)值仍不能(neng)接近ASME B31.1的(de)(de)(de)(de)水平。
五(wu)、管道對設備或端點(dian)的作用力
在計(ji)(ji)算(suan)(suan)運(yun)行初期冷(leng)態作用力時(shi)，計(ji)(ji)算(suan)(suan)補(bu)(bu)償(chang)值(zhi)(zhi)即冷(leng)補(bu)(bu)償(chang)值(zhi)(zhi)僅為冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)；在計(ji)(ji)算(suan)(suan)運(yun)行初期熱態作用力時(shi)，計(ji)(ji)算(suan)(suan)補(bu)(bu)償(chang)值(zhi)(zhi)除管系熱膨(peng)脹值(zhi)(zhi)和管道端點的附加位移(yi)值(zhi)(zhi)外，還要計(ji)(ji)及冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)的無效部分(fen)（不冷(leng)拉(la)就不存在這項）。
六、改善管(guan)道柔性(xing)的措施
1. 改(gai)善管系的柔性(xing)問(wen)題，首先需考慮能否用改(gai)變(bian)支架型式(shi)來解決。因管系可能存在局部(bu)過(guo)應變(bian)。
2. 當管(guan)系結構(gou)(gou)中的(de)(de)絕大部分或比較(jiao)大的(de)(de)范(fan)圍(wei)處于(yu)彈性狀(zhuang)態，僅·有很(hen)小部分管(guan)道運行在非彈性范(fan)圍(wei)，就會發(fa)生彈性轉(zhuan)移(yi)(yi)引起(qi)應(ying)變集中。當管(guan)道工作(zuo)在蠕變范(fan)圍(wei)且(qie)變形分布很(hen)不均勻時(shi)，這種(zhong)現象就更(geng)突出。管(guan)系中剛性強的(de)(de)部分與剛性弱的(de)(de)部分相連接時(shi)，隨時(shi)間的(de)(de)推移(yi)(yi)，作(zuo)用在結構(gou)(gou)兩端(duan)的(de)(de)位移(yi)(yi)將發(fa)生再分布，剛性強的(de)(de)部分應(ying)變減小，剛性弱的(de)(de)部分應(ying)變增大，發(fa)生局部過(guo)應(ying)變，并易引起(qi)屈服(fu)變形。
3. 為保證管系(xi)整(zheng)體結(jie)構安全運行，避免因彈性轉移引起的局部(bu)過應變(bian)，設計管系(xi)時應在(zai)以(yi)下(xia)方面充(chong)分注意(yi)∶
a. 管系中小直(zhi)(zhi)徑(jing)管道與大直(zhi)(zhi)徑(jing)或剛性強(qiang)的管道串聯相接；
b. 管(guan)系中局部管(guan)道(dao)的尺寸(cun)或斷面縮小，或者(zhe)是采用(yong)了(le)性能(neng)較弱的管(guan)道(dao)材料
c. 管(guan)系中管(guan)道材質和規格(ge)相同，但在布置格(ge)局(ju)上(shang)大(da)部(bu)分的管(guan)道處于或接(jie)近中性(xing)軸（或推力(li)線），小部(bu)分管(guan)道偏離(li)中性(xing)軸，甚至有較多的偏離(li)卻要(yao)吸收較大(da)的應變。
上述情況(kuang)應(ying)(ying)在布置管道時盡量避免(mian)，尤(you)其采用(yong)延展性較(jiao)低的材料(liao)時更應(ying)(ying)引起重視。若無(wu)法避免(mian)，就應(ying)(ying)采取一(yi)些有效措施(shi)如加限位裝置等。
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