工業金屬管道的膨脹和柔性(xing)計算(suan)的基(ji)本要(yao)(yao)求主要(yao)(yao)有(you)以下幾點：
一(yi)(yi)、一(yi)(yi)般規(gui)定
1. 管(guan)系對約束(shu)點（諸如管(guan)端設(she)備接口(kou)處(chu)等）產(chan)生作用力(li)(li)和力(li)(li)矩(ju)。作用力(li)(li)和力(li)(li)矩(ju)過(guo)大，需(xu)加以限(xian)制，以防(fang)造成以下危害(hai)∶
a. 作用力和力矩(ju)過大，在管(guan)道與設備或管(guan)道組成件(jian)的連(lian)接(jie)處(chu)易發生泄漏或損壞。
b. 作用力和力矩過大會導致與(yu)管道相(xiang)連接的設備(bei)內部(bu)（泵、汽輪機、透平壓縮機等）產生過量的應力和變形，無法正常(chang)運行甚至引(yin)起機件的損壞(huai)。
2. 本(ben)規(gui)范對劇烈(lie)循(xun)環(huan)條(tiao)件(jian)的(de)管道有關(guan)系的(de)條(tiao)文號列于(yu)下，以便查對∶本(ben)規(gui)范第(di)(di)(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)，第(di)(di)(di)(di)5.3.2.3款(kuan)，第(di)(di)(di)(di)5.4.1條(tiao)，第(di)(di)(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)，第(di)(di)(di)(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)，第(di)(di)(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)，第(di)(di)(di)(di)11.4.1條(tiao)，第(di)(di)(di)(di)13.1.3款(kuan)；附錄D第(di)(di)(di)(di)D.0.1條(tiao)，附錄J第(di)(di)(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二、管道(dao)柔性計算的范(fan)圍及方法
1. 管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)柔性計(ji)算(suan)(suan)(suan)的范(fan)(fan)圍(wei)基本上(shang)包括了-50℃以下的冷(leng)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)以及絕大(da)部(bu)分的熱管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)。但(dan)按管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)公(gong)稱直徑規定(ding)柔性計(ji)算(suan)(suan)(suan)的范(fan)(fan)圍(wei)，與設計(ji)溫度、管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)重要性、尤其與管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)布(bu)置(zhi)的具體情況有關。如(ru)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)布(bu)置(zhi)的剛性大(da)，雖然管(guan)徑小些，柔性也未(wei)必合格。而(er)計(ji)算(suan)(suan)(suan)人員的經驗有助于(yu)這(zhe)種判斷。所以計(ji)算(suan)(suan)(suan)的管(guan)徑范(fan)(fan)圍(wei)要在工程(cheng)(cheng)設計(ji)時確定(ding)。隨著微機的日益(yi)廣泛使用和管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)計(ji)算(suan)(suan)(suan)程(cheng)(cheng)序及一體化設計(ji)的完善，用計(ji)算(suan)(suan)(suan)機計(ji)算(suan)(suan)(suan)的管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)范(fan)(fan)圍(wei)可能(neng)隨之(zhi)擴(kuo)大(da)。
2. 對于諸如高溫(wen)(wen)高壓蒸汽管(guan)道(dao)的(de)疏(shu)水管(guan)，雖然(ran)它(ta)們管(guan)徑不(bu)大，可不(bu)在計算范圍內，但由于在工(gong)作(zuo)條件下，關斷閥上游管(guan)道(dao)仍處于高溫(wen)(wen)狀態，要(yao)求(qiu)它(ta)具(ju)有較(jiao)好的(de)自補償能(neng)力；同時，這(zhe)類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)由于與(yu)主(zhu)管(guan)道(dao)相比其剛度甚小(xiao)(xiao)，相差懸殊(shu)，致(zhi)使在工(gong)作(zuo)條件下，主(zhu)管(guan)道(dao)熱位移時對小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)產生較(jiao)大的(de)牽連，往(wang)往(wang)因此(ci)造(zao)成小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)與(yu)主(zhu)管(guan)道(dao)相接處損壞。為(wei)此(ci)，對此(ci)類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)要(yao)進行計算。
3. 柔(rou)性計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)方(fang)法分(fen)為(wei)用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)(xu)進行(xing)分(fen)析、近似方(fang)法及簡化判斷(duan)法等。柔(rou)性計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)人(ren)員(yuan)的(de)(de)經驗與(yu)采用(yong)的(de)(de)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方(fang)法的(de)(de)選擇有關，條文已明確重要(yao)的(de)(de)管(guan)道需要(yao)用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)(xu)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于復(fu)雜的(de)(de)管(guan)道系統(tong)都是在用(yong)電(dian)子(zi)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)(xu)進行(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)之(zhi)列。簡化計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)包括采用(yong)圖表計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)在內，一般要(yao)求計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結(jie)果可信，又能節省設(she)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)工(gong)時(shi)的(de)(de)情(qing)況(kuang)下使用(yong)。
三、管道柔性計算(suan)的基本要求
在(zai)設計中導(dao)向(xiang)架(jia)的結(jie)構應符合計算(suan)程序中所設定的約束(shu)條件。對于滑(hua)動(dong)支架(jia)所產(chan)生的摩擦力(li)在(zai)計算(suan)程序中沒有(you)考(kao)慮時，則計算(suan)結(jie)果(guo)會(hui)有(you)誤差。
四、管道的(de)位移應力
1. 全補償值是管系由冷態到(dao)熱態間的變(bian)化所引起(qi)的，包(bao)括有管系本身的熱膨脹值和管道端點的附加(jia)位移值。
2. 當量力(li)矩(ju)(ju)的(de)計算。在(zai)(zai)計算當量合成力(li)矩(ju)(ju)時(shi)，不論計算點是(shi)在(zai)(zai)彎頭彎管上還是(shi)在(zai)(zai)三通(tong)上，應力(li)增大系(xi)數可有兩種取法。在(zai)(zai)柔(rou)性計算中，應注意(yi)檢查法蘭接頭處的(de)合成彎矩(ju)(ju)值，并加(jia)以控(kong)制。以防在(zai)(zai)熱態下產生泄漏。見本規范(fan)條文說明第9.1.1條的(de)要(yao)求。
3. 截面系數的(de)計算參照了ASME B31.1及B31.3的(de)規定(ding)。
4. 熱脹(zhang)應(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)計(ji)算(suan)(suan)。工業管道大(da)多數使用了具有良好塑性(xing)的(de)(de)(de)管材，它們在運(yun)行初期往往不會因二次應(ying)力(li)過大(da)而馬上引起(qi)管道的(de)(de)(de)破壞，總(zong)要(yao)經歷反復(fu)啟動停運(yun)多次重復(fu)地交(jiao)變(bian)運(yun)行，才可能(neng)產(chan)生疲勞(lao)破壞。因此，對該類型應(ying)力(li)的(de)(de)(de)限(xian)制就不取決于某一(yi)時間的(de)(de)(de)應(ying)力(li)水平，而取決于交(jiao)變(bian)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)和(he)交(jiao)變(bian)循環的(de)(de)(de)次數。本規范(fan)(fan)(fan)對這種應(ying)力(li)是計(ji)算(suan)(suan)其應(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)。并按本規范(fan)(fan)(fan)第3.2.7條式(shi)(shi)(shi)（3.2.7-1）及式(shi)(shi)(shi)（3.2.7-2）進行限(xian)制。由于當(dang)量力(li)矩(ju)編人(ren)兩(liang)種公式(shi)(shi)(shi)，故熱脹(zhang)應(ying)力(li)范(fan)(fan)(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)計(ji)算(suan)(suan)式(shi)(shi)(shi)也有兩(liang)種公式(shi)(shi)(shi)。
5. 雖然超過屈(qu)服極限的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)在(zai)運行(xing)狀(zhuang)態(tai)下隨時間的(de)推(tui)移(yi)而(er)減小(xiao)，但熱(re)態(tai)、冷(leng)態(tai)的(de)應(ying)(ying)變(bian)會自均(jun)衡至一(yi)定程(cheng)度而(er)穩(wen)定下來(lai)，任一(yi)循(xun)環中熱(re)態(tai)與冷(leng)態(tai)應(ying)(ying)變(bian)的(de)總和卻基本(ben)保(bao)持不變(bian)，把冷(leng)態(tai)與熱(re)應(ying)(ying)變(bian)總和稱為應(ying)(ying)變(bian)范圍(wei)(wei)；冷(leng)態(tai)與熱(re)態(tai)應(ying)(ying)力(li)(li)總和稱為應(ying)(ying)力(li)(li)范圍(wei)(wei)。
6. 管道熱(re)脹或位(wei)移(yi)應力不直接與外力相(xiang)平衡，具有自限性。熱(re)脹和其(qi)他位(wei)移(yi)在運(yun)行條件下產生的(de)初(chu)應力大到(dao)某(mou)一(yi)程度，就(jiu)會由于屈服、蠕變、應力松弛(chi)而降低(di)下來，回(hui)到(dao)停運(yun)狀態則出(chu)現相(xiang)反方向的(de)應力，這種現象(xiang)類(lei)似于管系的(de)冷拉(la)，稱為(wei)自拉(la)。它與管材(cai)性能、運(yun)行溫度、初(chu)應力水(shui)平、安裝應力大小、持續運(yun)行時間長短等(deng)因素有關。
7. 熱脹應(ying)(ying)力范(fan)(fan)圍(wei)的(de)評定(ding)(ding)(ding)。目前(qian)許(xu)用熱脹應(ying)(ying)力范(fan)(fan)圍(wei)的(de)評定(ding)(ding)(ding)有(you)(you)兩(liang)種模式(shi)(shi)，采(cai)用該兩(liang)個公(gong)(gong)式(shi)(shi)的(de)分別為∶前(qian)者(zhe)(zhe)以(yi)國(guo)家現行標準《火力發電廠汽水(shui)管(guan)(guan)道(dao)應(ying)(ying)力計(ji)(ji)(ji)算技術規(gui)定(ding)(ding)(ding)》SDGJ6為代表，同時(shi)還有(you)(you)其他部的(de)一(yi)些設(she)計(ji)(ji)(ji)院的(de)熱力管(guan)(guan)道(dao)設(she)計(ji)(ji)(ji)；后者(zhe)(zhe)以(yi)國(guo)家現行標準《化(hua)工管(guan)(guan)道(dao)設(she)計(ji)(ji)(ji)規(gui)范(fan)(fan)》HG20695為代表，以(yi)及有(you)(you)關設(she)計(ji)(ji)(ji)院的(de)管(guan)(guan)道(dao)設(she)計(ji)(ji)(ji)。在(zai)本規(gui)范(fan)(fan)第3.2.7條中已提出本規(gui)范(fan)(fan)采(cai)用后者(zhe)(zhe)的(de)公(gong)(gong)式(shi)(shi)，并在(zai)本規(gui)范(fan)(fan)條文說明(ming)第3章中已有(you)(you)解釋。如果(guo)需(xu)要降低(di)材料的(de)許(xu)用應(ying)(ying)力時(shi)，符合(he)ASMEB31.1的(de)規(gui)定(ding)(ding)(ding)。則評定(ding)(ding)(ding)值大幅(fu)度(du)降低(di)。上述(shu)兩(liang)種公(gong)(gong)式(shi)(shi)評定(ding)(ding)(ding)模式(shi)(shi)僅差6%，由于安全系數不同，評定(ding)(ding)(ding)值相差竟達20%以(yi)上。這說明(ming)上述(shu)第一(yi)種公(gong)(gong)式(shi)(shi)，評定(ding)(ding)(ding)值仍不能(neng)接近ASME B31.1的(de)水(shui)平。
五、管道對設備或端點的(de)作(zuo)用(yong)力
在(zai)(zai)計算(suan)運行初期冷態(tai)作用力時(shi)，計算(suan)補(bu)償值(zhi)(zhi)即(ji)冷補(bu)償值(zhi)(zhi)僅為(wei)冷拉(la)(la)(la)值(zhi)(zhi)；在(zai)(zai)計算(suan)運行初期熱(re)態(tai)作用力時(shi)，計算(suan)補(bu)償值(zhi)(zhi)除管系熱(re)膨脹值(zhi)(zhi)和管道(dao)端點的(de)附加位移值(zhi)(zhi)外，還要計及冷拉(la)(la)(la)值(zhi)(zhi)的(de)無效部分（不冷拉(la)(la)(la)就不存(cun)在(zai)(zai)這項）。
六(liu)、改善管道柔性(xing)的(de)措施
1. 改(gai)善管系(xi)的(de)柔性問題，首先需考慮能否用改(gai)變(bian)支(zhi)架型(xing)式(shi)來解決。因管系(xi)可能存(cun)在局(ju)部(bu)過(guo)應變(bian)。
2. 當(dang)管(guan)系結(jie)構中(zhong)的(de)絕大部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)或比(bi)較大的(de)范圍(wei)處于彈性(xing)(xing)狀(zhuang)態，僅·有(you)很小部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)管(guan)道運行在(zai)非彈性(xing)(xing)范圍(wei)，就(jiu)會發(fa)生彈性(xing)(xing)轉(zhuan)移(yi)引(yin)起(qi)應變(bian)(bian)集中(zhong)。當(dang)管(guan)道工作在(zai)蠕(ru)變(bian)(bian)范圍(wei)且變(bian)(bian)形分(fen)(fen)(fen)布(bu)很不(bu)均(jun)勻(yun)時，這種現象就(jiu)更突(tu)出。管(guan)系中(zhong)剛(gang)(gang)性(xing)(xing)強的(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)與剛(gang)(gang)性(xing)(xing)弱(ruo)的(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)相連接時，隨時間的(de)推移(yi)，作用在(zai)結(jie)構兩(liang)端的(de)位(wei)移(yi)將發(fa)生再分(fen)(fen)(fen)布(bu)，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)強的(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)應變(bian)(bian)減小，剛(gang)(gang)性(xing)(xing)弱(ruo)的(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)應變(bian)(bian)增大，發(fa)生局部(bu)(bu)(bu)過應變(bian)(bian)，并易引(yin)起(qi)屈服變(bian)(bian)形。
3. 為保證管(guan)系整(zheng)體(ti)結構安(an)全(quan)運(yun)行，避(bi)免因彈性轉移引起(qi)的局部過應變，設(she)計管(guan)系時應在以(yi)下(xia)方面充分注意∶
a. 管系中小(xiao)直徑管道與大(da)直徑或剛性強的管道串聯(lian)相接；
b. 管系(xi)中局(ju)部管道的尺寸或斷面(mian)縮小，或者是采(cai)用了性能(neng)較弱的管道材(cai)料
c. 管(guan)系中(zhong)管(guan)道材(cai)質(zhi)和規格相同，但在(zai)布置(zhi)格局上(shang)大部分的(de)管(guan)道處于或(huo)接近中(zhong)性軸（或(huo)推力線），小部分管(guan)道偏(pian)離(li)中(zhong)性軸，甚(shen)至有(you)較多(duo)的(de)偏(pian)離(li)卻要吸收較大的(de)應變(bian)。
上述情況應(ying)在(zai)布置管道時盡量(liang)避免(mian)，尤其(qi)采用(yong)延展性(xing)較低的(de)材料時更(geng)應(ying)引起(qi)重視。若無法避免(mian)，就應(ying)采取一些有(you)效措施如加限位裝置等。
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