压力管道柔性设计88

压力管道柔性设计

1.管道的基础条件

包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。

2.管道的计算温度确定

管道的计算温度应根据工艺设计条件及下列要求确定：

1）对于无隔热层管道：介质温度低于65c时，取介质温度为计算温度；介质温度等于或高于65C

时，取介质温度的95%为计算温度；

2）对于有外隔热层管道，除另有计算或经验数据外，应取介质温度为计算温度；

3）对于夹套管道应取内管或套管介质温度的较高者作为计算温度；

4）对于外伴热管道应根据具体条件确定计算温度；

5）对于衬里管道应根据计算或经验数据确定计算温度；

6）对于安全泄压管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度；

7）进行管道柔性设计时，不仅应考虑正常操作条件卜的温度，还应考虑开车、停车、除焦、再生及

蒸汽吹扫等工况。

3.管道安装温度宜取20℃（除另有规定外）。

4.管道计算压力应取计算温度卜.对应的操作压力。

5.管道钢材参数按《石油化工管道柔性设计规范》SH/T3041-2002执行

1）钢材平均线膨胀系数可参照附录A选取。

2）钢材弹性模量可参照附录B选取。

3）计算二次应力范围时，管材的弹性模量应取安装温度下钢材的弹性模量。

6.管道壁厚计算

1）内压金属直管的壁厚

根据SH3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定：

当S（）＜Do/6时，直管的计算壁厚为：

So=PDo/（2[a]'0+2PY）

直管的选用壁厚为：S=So+C

式中So一一直管的计算壁厚，mm；

P一-设计压力，MPa；

D（）-----直管外径，mm：

[a]'一一设计温度下直管材料的许用应力，MPa；

一一焊缝系数，对无缝钢管，0=1;

S包括附加裕量在内的直管壁厚，mm；

C直管壁厚的附加裕量，mm；

Y一一温度修正系数，按下表选取。

温度修整系数表

温度七

材料

<482510538566593>621

铁素体钢0.40.50.70.70.70.7

奥氏体钢0.40.40.40.40.50.7

当So2Do/6或＞0.385时，直管壁厚应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等因素综合考虑

确定。

2）对于外压直管的壁厚

应根据GB150-1998《钢制压力容器》规定的方法确定。

7.管道上的荷载

管道上可能承受的荷载有：

1）重力荷载，包括管道白重、保温重、介质重和积雪重等；

2）压力荷载，压力荷载包括内压力和外压力；

3）位移荷载，位移荷载包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等;

4）风荷载；

5）地震荷载；

6）瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击：

7）两相流脉动荷载；

8）压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；

9）机器振动荷载，如回转设备的振动。

管道端点的附加位移

在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端点的附加位移：

1）静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；

2）转动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移；

3）加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移；

4）储罐等设备基础沉降在连接管口处产生的附加位移；

5）不和也管起分析的支管，应将分支点处主:管的位移作为支管端点的附加位移。

9.管道布置

管道的布置尽量利用自然补偿能力：

1）改变管道的走向，以增加整个管道的柔性；

2）利用弹簧支吊架放松约束；

3）改变设备布置。

4）对于复杂管道可用固定点将其划分成儿个形状较为简单的管段，如L形、F1形、Z形等管段。确

定管道固定点位置时，宜使两固定点间的管段能够自然补偿。

10.宜采用计算机分析方法进行详细柔性设计的管道

1）操作温度大于400-C或小于一50-C的管道；

2）进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；

3）进出反应器的高温管道；

4）进出汽轮机的蒸汽管道；

5）进出离心压缩机、往复式压缩机的工艺管道；

6）与离心泵连接的管道，可根据设计要求或按图1-1确定柔性设计方法；

图1-1与离心泵连接管道柔性设计方法的选择

7）设备管口有特殊受力要求的其他管道：

8）利用简化分析方法分析后，表明需进一步详细分析的管道。

11.不需要进行计算机应力分析的管道

1）与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道；

2）和已分析管道相比较，确认有足够柔性的管道：

3）对具有同直径、同一壁厚、无支管、两端固定、无中间约束并能满足式（1）和式（2）要求的

非极度危害或非高度危害介质管道。

2

DO-Y/(L-U)<208.3—⑴

Y=(ZIX2+Z1Y2+ZIZ2)1/2一一(2)

式中：Do一一管道外径，mm；

Y一一管道总线位移全补偿值，mm；

Ax,Ay、Az分别为管道沿坐标轴x、y、z方向的线位移全补偿值，mm；

L一一管系在两固定点之间的展开长度，m；

U一一管系在两固定点之间的直线距离，m.

式(1)不适用于下列管道：

(I)在剧烈循环条件下运行，有疲劳危险的管道：

(2)大直径薄壁管道(管件应力增强系数之5)：

(3)不在这接固定点方向的端点附加位移量占总位移量大部分的管道；

(4)L/U>2.5的不等腿"U"形弯管，或近似直线的锯齿状管道。

12.管道端点无附加角位移时管道线位移全补偿值计算

当管道端点无附加角位移时，管道线位移全补偿值应按下列公式计算：

JX=ZXB-ZlXA-ZIX,An

BAAB

ZJY=Z1Y-Z1Y-21Y1

JZ=dZB-z1ZA-zlZ/VB

zxfB=a,(xB-XA)(T-To)

/Yl=5(YB-YA)(T-TO)

=5⑥_Za)(T-To)

式中：

ZJX、ZY、JZ一一分别为管道沿坐标轴X、Y、Z方向的线位移全补偿值，mm：

ZJX\ZIY\JZA—分别为管道的始端A沿坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm；

ZX1*、ZIYB./ZB-分别为管道的末端B沿坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm；

ZJX，B、/Y1A\ZIZ1