压力管道柔性设计

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柔性分析必须用ASME B31。3进行榇。其分析软件有simflex   caesarII

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65℃时， 取介质温度为计算温度； 介质温度等于或高于65℃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下的温度，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下对应的操作压力。

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SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定：

当S0< Do /6时， 直管的计算壁厚为：

S0 = P D0/(2[σ]tΦ+2PY)

直管的选用壁厚为：   S = S0 + C

式中   S0―― 直管的计算壁厚， mm；

P――  设计压力， MPa；

D0――      直管外径， mm；

[σ]t―― 设计温度下直管材料的许用应力， MPa；

Φ――      焊缝系数， 对无缝钢管， Φ＝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――  温度修正系数， 按下表选取。

温度修整系数表

材料	温 度 ℃
	≤482	510	538	566	593	≥621
铁素体钢	0.4	0.5	0.7	0.7	0.7	0.7
奥氏体钢	0.4	0.4	0.4	0.4	0.5	0.7

当S0≥D0/6或P/[σ]t > 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GB 150-1998《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， 包括管道自重、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。

8.    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)      不和主管一起分析的支管，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几个形状较为简单的管段，如L形、Π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 ℃ 或小于－50 ℃ 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)    对具有同一直径、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。

Do·Y/(L-U)2 ≤208.3             ――(1)

           Y = (⊿X2+⊿Y2+⊿Z2)1/2             ――(2）

式中：DO――管道外径， mm；

        Y――管道总线位移全补偿值，mm；

Δx、Δy、Δz分别为管道沿坐标轴x、y、z方向的线位移全补偿值，mm；

L――管系在两固定点之间的展开长度，m；

U――管系在两固定点之间的直线距离，m。

   式 ( l ）不适用于下列管道：

(1) 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i≥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：

⊿X=⊿XB-⊿XA-⊿XtAB

⊿Y=⊿YB-⊿YA-⊿YtAB   

⊿Z=⊿ZB-⊿ZA-⊿ZtAB

      

⊿XtAB =α1(XB – XA）(T –T0）

                 ⊿YtAB =α1(YB – YA）(T –T0）

                 ⊿ZtAB =α1(ZB – ZA）(T –T0）

式中：

⊿X、⊿Y、⊿Z ――分别为管道沿坐标轴X、Y、Z方向的线位移全补偿值，mm：

⊿XA、⊿YA、⊿ZA――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；

⊿XB、⊿YB、⊿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；

⊿XtAB、⊿YtAB、⊿ZtAB――分别为管道AB沿坐标轴X、Y、Z方向的热伸长值，mm；

αt――管道材料在安装温度与计算温度间的平均线膨胀系数，mm/mm·℃；

XA、YA、ZA――管道始端A的坐标值，mm；

XB、YB、ZB――管道末端B的坐标值，mm；

T――管道计算温度，℃；

T0――管道安装温度，℃。