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工業(yè)金屬管道的膨脹和柔性計(jì)算的基本要求主要有以下幾點(diǎn)：

一、一般規(guī)定

1. 管系對(duì)約束點(diǎn)（諸如管端設(shè)備接口處等）產(chǎn)生作用力和力矩。作用力和力矩過大，需加以限制，以防造成以下危害∶

a. 作用力和力矩過大，在管道與設(shè)備或管道組成件的連接處易發(fā)生泄漏或損壞。

b. 作用力和力矩過大會(huì)導(dǎo)致與管道相連接的設(shè)備內(nèi)部（泵、汽輪機(jī)、透平壓縮機(jī)等）產(chǎn)生過量的應(yīng)力和變形，無法正常運(yùn)行甚至引起機(jī)件的損壞。

2. 本規(guī)范對(duì)劇烈循環(huán)條件的管道有關(guān)系的條文號(hào)列于下，以便查對(duì)∶本規(guī)范第2.1.23、5.2.2條，第5.3.2.3款，第5.4.1條，第5.4.3.4、5.4.4.2款，第5.6.3、5.8.7條，第5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款，第11.4.1條，第13.1.3款；附錄D第D.0.1條，附錄J第J.1.3、J.2.1條。

二、管道柔性計(jì)算的范圍及方法

1. 管道柔性計(jì)算的范圍基本上包括了-50℃以下的冷管道以及絕大部分的熱管道。但按管道公稱直徑規(guī)定柔性計(jì)算的范圍，與設(shè)計(jì)溫度、管道重要性、尤其與管道布置的具體情況有關(guān)。如管道布置的剛性大，雖然管徑小些，柔性也未必合格。而計(jì)算人員的經(jīng)驗(yàn)有助于這種判斷。所以計(jì)算的管徑范圍要在工程設(shè)計(jì)時(shí)確定。隨著微機(jī)的日益廣泛使用和管道計(jì)算程序及一體化設(shè)計(jì)的完善，用計(jì)算機(jī)計(jì)算的管道范圍可能隨之?dāng)U大。

2. 對(duì)于諸如高溫高壓蒸汽管道的疏水管，雖然它們管徑不大，可不在計(jì)算范圍內(nèi)，但由于在工作條件下，關(guān)斷閥上游管道仍處于高溫狀態(tài)，要求它具有較好的自補(bǔ)償能力；同時(shí)，這類小管道由于與主管道相比其剛度甚小，相差懸殊，致使在工作條件下，主管道熱位移時(shí)對(duì)小管道產(chǎn)生較大的牽連，往往因此造成小管道與主管道相接處損壞。為此，對(duì)此類小管道要進(jìn)行計(jì)算。

3. 柔性計(jì)算的方法分為用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行分析、近似方法及簡化判斷法等。柔性計(jì)算人員的經(jīng)驗(yàn)與采用的計(jì)算方法的選擇有關(guān)，條文已明確重要的管道需要用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。對(duì)于復(fù)雜的管道系統(tǒng)都是在用電子計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算之列。簡化計(jì)算包括采用圖表計(jì)算在內(nèi)，一般要求計(jì)算結(jié)果可信，又能節(jié)省設(shè)計(jì)計(jì)算的工時(shí)的情況下使用。

三、管道柔性計(jì)算的基本要求

在設(shè)計(jì)中導(dǎo)向架的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合計(jì)算程序中所設(shè)定的約束條件。對(duì)于滑動(dòng)支架所產(chǎn)生的摩擦力在計(jì)算程序中沒有考慮時(shí)，則計(jì)算結(jié)果會(huì)有誤差。

四、管道的位移應(yīng)力

1. 全補(bǔ)償值是管系由冷態(tài)到熱態(tài)間的變化所引起的，包括有管系本身的熱膨脹值和管道端點(diǎn)的附加位移值。

2. 當(dāng)量力矩的計(jì)算。在計(jì)算當(dāng)量合成力矩時(shí)，不論計(jì)算點(diǎn)是在彎頭彎管上還是在三通上，應(yīng)力增大系數(shù)可有兩種取法。在柔性計(jì)算中，應(yīng)注意檢查法蘭接頭處的合成彎矩值，并加以控制。以防在熱態(tài)下產(chǎn)生泄漏。見本規(guī)范條文說明第9.1.1條的要求。

3. 截面系數(shù)的計(jì)算參照了ASME B31.1及B31.3的規(guī)定。

4. 熱脹應(yīng)力范圍的計(jì)算。工業(yè)管道大多數(shù)使用了具有良好塑性的管材，它們?cè)谶\(yùn)行初期往往不會(huì)因二次應(yīng)力過大而馬上引起管道的破壞，總要經(jīng)歷反復(fù)啟動(dòng)停運(yùn)多次重復(fù)地交變運(yùn)行，才可能產(chǎn)生疲勞破壞。因此，對(duì)該類型應(yīng)力的限制就不取決于某一時(shí)間的應(yīng)力水平，而取決于交變的應(yīng)力范圍和交變循環(huán)的次數(shù)。本規(guī)范對(duì)這種應(yīng)力是計(jì)算其應(yīng)力范圍。并按本規(guī)范第3.2.7條式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進(jìn)行限制。由于當(dāng)量力矩編人兩種公式，故熱脹應(yīng)力范圍的計(jì)算式也有兩種公式。

5. 雖然超過屈服極限的應(yīng)力在運(yùn)行狀態(tài)下隨時(shí)間的推移而減小，但熱態(tài)、冷態(tài)的應(yīng)變會(huì)自均衡至一定程度而穩(wěn)定下來，任一循環(huán)中熱態(tài)與冷態(tài)應(yīng)變的總和卻基本保持不變，把冷態(tài)與熱應(yīng)變總和稱為應(yīng)變范圍；冷態(tài)與熱態(tài)應(yīng)力總和稱為應(yīng)力范圍。

6. 管道熱脹或位移應(yīng)力不直接與外力相平衡，具有自限性。熱脹和其他位移在運(yùn)行條件下產(chǎn)生的初應(yīng)力大到某一程度，就會(huì)由于屈服、蠕變、應(yīng)力松弛而降低下來，回到停運(yùn)狀態(tài)則出現(xiàn)相反方向的應(yīng)力，這種現(xiàn)象類似于管系的冷拉，稱為自拉。它與管材性能、運(yùn)行溫度、初應(yīng)力水平、安裝應(yīng)力大小、持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長短等因素有關(guān)。

7. 熱脹應(yīng)力范圍的評(píng)定。目前許用熱脹應(yīng)力范圍的評(píng)定有兩種模式，采用該兩個(gè)公式的分別為∶前者以國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定》SDGJ6為代表，同時(shí)還有其他部的一些設(shè)計(jì)院的熱力管道設(shè)計(jì)；后者以國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范》HG20695為代表，以及有關(guān)設(shè)計(jì)院的管道設(shè)計(jì)。在本規(guī)范第3.2.7條中已提出本規(guī)范采用后者的公式，并在本規(guī)范條文說明第3章中已有解釋。如果需要降低材料的許用應(yīng)力時(shí)，符合ASMEB31.1的規(guī)定。則評(píng)定值大幅度降低。上述兩種公式評(píng)定模式僅差6%，由于安全系數(shù)不同，評(píng)定值相差竟達(dá)20%以上。這說明上述第一種公式，評(píng)定值仍不能接近ASME B31.1的水平。

五、管道對(duì)設(shè)備或端點(diǎn)的作用力

在計(jì)算運(yùn)行初期冷態(tài)作用力時(shí)，計(jì)算補(bǔ)償值即冷補(bǔ)償值僅為冷拉值；在計(jì)算運(yùn)行初期熱態(tài)作用力時(shí)，計(jì)算補(bǔ)償值除管系熱膨脹值和管道端點(diǎn)的附加位移值外，還要計(jì)及冷拉值的無效部分（不冷拉就不存在這項(xiàng)）。

六、改善管道柔性的措施

1. 改善管系的柔性問題，首先需考慮能否用改變支架型式來解決。因管系可能存在局部過應(yīng)變。

2. 當(dāng)管系結(jié)構(gòu)中的絕大部分或比較大的范圍處于彈性狀態(tài)，僅·有很小部分管道運(yùn)行在非彈性范圍，就會(huì)發(fā)生彈性轉(zhuǎn)移引起應(yīng)變集中。當(dāng)管道工作在蠕變范圍且變形分布很不均勻時(shí)，這種現(xiàn)象就更突出。管系中剛性強(qiáng)的部分與剛性弱的部分相連接時(shí)，隨時(shí)間的推移，作用在結(jié)構(gòu)兩端的位移將發(fā)生再分布，剛性強(qiáng)的部分應(yīng)變減小，剛性弱的部分應(yīng)變?cè)龃螅l(fā)生局部過應(yīng)變，并易引起屈服變形。

3. 為保證管系整體結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行，避免因彈性轉(zhuǎn)移引起的局部過應(yīng)變，設(shè)計(jì)管系時(shí)應(yīng)在以下方面充分注意∶

a. 管系中小直徑管道與大直徑或剛性強(qiáng)的管道串聯(lián)相接；

b. 管系中局部管道的尺寸或斷面縮小，或者是采用了性能較弱的管道材料

c. 管系中管道材質(zhì)和規(guī)格相同，但在布置格局上大部分的管道處于或接近中性軸（或推力線），小部分管道偏離中性軸，甚至有較多的偏離卻要吸收較大的應(yīng)變。

上述情況應(yīng)在布置管道時(shí)盡量避免，尤其采用延展性較低的材料時(shí)更應(yīng)引起重視。若無法避免，就應(yīng)采取一些有效措施如加限位裝置等。