工業金屬管道的膨脹和柔(rou)性計算的基本要求主要有以下幾點：
一、一般規定
1. 管(guan)系對約束(shu)點（諸如管(guan)端設(she)備接口處等(deng)）產生作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)力和力矩(ju)。作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)力和力矩(ju)過大(da)，需加以限制(zhi)，以防造成以下(xia)危害∶
a. 作用力和力矩(ju)過(guo)大(da)，在管(guan)道(dao)與(yu)設備或管(guan)道(dao)組成(cheng)件(jian)的(de)連接處易發生(sheng)泄漏或損壞。
b. 作用力和(he)力矩過(guo)大會導致與管道相連接的(de)設備內部（泵(beng)、汽輪機、透平壓縮機等）產生過(guo)量的(de)應力和(he)變形，無法正常運行甚至引起機件的(de)損(sun)壞。
2. 本規范(fan)對劇(ju)烈循環條(tiao)件的(de)管道有關系(xi)的(de)條(tiao)文(wen)號列于下，以(yi)便查對∶本規范(fan)第(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)，第(di)(di)5.3.2.3款(kuan)(kuan)，第(di)(di)5.4.1條(tiao)，第(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(kuan)(kuan)，第(di)(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)，第(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款(kuan)(kuan)，第(di)(di)11.4.1條(tiao)，第(di)(di)13.1.3款(kuan)(kuan)；附錄(lu)D第(di)(di)D.0.1條(tiao)，附錄(lu)J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二、管道柔性計算(suan)的范(fan)圍及(ji)方(fang)法
1. 管(guan)(guan)道柔性(xing)(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)范圍(wei)基本上包括了(le)-50℃以(yi)下的(de)(de)(de)冷管(guan)(guan)道以(yi)及絕大部(bu)分的(de)(de)(de)熱管(guan)(guan)道。但按管(guan)(guan)道公稱直徑(jing)規定(ding)(ding)柔性(xing)(xing)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)范圍(wei)，與設(she)(she)計(ji)溫度(du)、管(guan)(guan)道重要性(xing)(xing)、尤其與管(guan)(guan)道布置的(de)(de)(de)具體(ti)情況有關(guan)。如管(guan)(guan)道布置的(de)(de)(de)剛性(xing)(xing)大，雖然管(guan)(guan)徑(jing)小些，柔性(xing)(xing)也未必合格。而計(ji)算(suan)(suan)(suan)人員的(de)(de)(de)經驗有助于這種(zhong)判斷。所(suo)以(yi)計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)徑(jing)范圍(wei)要在工程設(she)(she)計(ji)時確定(ding)(ding)。隨(sui)著微機的(de)(de)(de)日益廣泛使用(yong)和管(guan)(guan)道計(ji)算(suan)(suan)(suan)程序及一體(ti)化設(she)(she)計(ji)的(de)(de)(de)完善，用(yong)計(ji)算(suan)(suan)(suan)機計(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)道范圍(wei)可能隨(sui)之擴大。
2. 對(dui)于諸如高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)蒸汽管道的疏水管，雖(sui)然它們(men)管徑不(bu)大，可不(bu)在計算范(fan)圍內，但由(you)于在工(gong)作條件(jian)下，關斷閥上游管道仍(reng)處于高(gao)溫(wen)狀態(tai)，要求它具有較好的自補償能力；同時(shi)，這(zhe)類小管道由(you)于與(yu)主管道相比其剛度甚小，相差懸殊，致使在工(gong)作條件(jian)下，主管道熱位移時(shi)對(dui)小管道產生(sheng)較大的牽(qian)連，往往因此造成(cheng)小管道與(yu)主管道相接處損壞。為(wei)此，對(dui)此類小管道要進行計算。
3. 柔(rou)性計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)方法(fa)分為用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機程序(xu)進行(xing)分析、近(jin)似方法(fa)及(ji)簡(jian)化判(pan)斷法(fa)等。柔(rou)性計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)人員的(de)(de)經驗與采用(yong)的(de)(de)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)方法(fa)的(de)(de)選擇(ze)有關，條文已明(ming)確重要(yao)的(de)(de)管道需要(yao)用(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機程序(xu)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)。對于復雜的(de)(de)管道系統都是(shi)在用(yong)電(dian)子計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機程序(xu)進行(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)之列。簡(jian)化計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)包括(kuo)采用(yong)圖(tu)表計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)在內(nei)，一般要(yao)求(qiu)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)結果可(ke)信，又能節(jie)省設(she)計(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)工時的(de)(de)情況下使用(yong)。
三、管(guan)道柔(rou)性計算的基本要求(qiu)
在設計中(zhong)(zhong)導向(xiang)架的(de)結構應符合計算(suan)程序中(zhong)(zhong)所設定的(de)約束(shu)條件。對于滑動支(zhi)架所產(chan)生的(de)摩擦(ca)力在計算(suan)程序中(zhong)(zhong)沒有(you)考慮時(shi)，則計算(suan)結果會有(you)誤差。
四(si)、管道的位移應(ying)力
1. 全補償值是管系(xi)由冷(leng)態(tai)到熱態(tai)間的(de)變化(hua)所引起的(de)，包括有管系(xi)本身的(de)熱膨(peng)脹(zhang)值和管道(dao)端點的(de)附加位移值。
2. 當(dang)量力(li)矩(ju)的計算。在(zai)計算當(dang)量合成力(li)矩(ju)時，不論計算點是(shi)(shi)在(zai)彎頭彎管上還是(shi)(shi)在(zai)三通(tong)上，應(ying)力(li)增大系數可(ke)有兩種取法(fa)。在(zai)柔性計算中，應(ying)注意(yi)檢查法(fa)蘭接頭處的合成彎矩(ju)值，并加(jia)以控制。以防在(zai)熱態下產生(sheng)泄漏。見本規范條文說明第9.1.1條的要求。
3. 截面(mian)系(xi)數(shu)的計算參(can)照了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱(re)脹應(ying)力(li)范圍(wei)的(de)(de)(de)計(ji)算。工(gong)業管道大多(duo)(duo)數使用了具有(you)(you)良好塑性的(de)(de)(de)管材，它們(men)在運(yun)行初期往往不會因二次(ci)(ci)應(ying)力(li)過大而馬(ma)上(shang)引起(qi)管道的(de)(de)(de)破(po)壞，總要經歷反復啟動停(ting)運(yun)多(duo)(duo)次(ci)(ci)重(zhong)復地交(jiao)變運(yun)行，才可能產(chan)生疲勞破(po)壞。因此，對該類型應(ying)力(li)的(de)(de)(de)限制(zhi)就不取決于(yu)某一時(shi)間的(de)(de)(de)應(ying)力(li)水平，而取決于(yu)交(jiao)變的(de)(de)(de)應(ying)力(li)范圍(wei)和(he)交(jiao)變循環的(de)(de)(de)次(ci)(ci)數。本(ben)規(gui)范對這種(zhong)應(ying)力(li)是計(ji)算其應(ying)力(li)范圍(wei)。并按(an)本(ben)規(gui)范第3.2.7條(tiao)式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行限制(zhi)。由于(yu)當量力(li)矩編人兩(liang)種(zhong)公(gong)(gong)式，故(gu)熱(re)脹應(ying)力(li)范圍(wei)的(de)(de)(de)計(ji)算式也有(you)(you)兩(liang)種(zhong)公(gong)(gong)式。
5. 雖然(ran)超過屈服極限的(de)應(ying)力(li)在(zai)運行狀態下隨時(shi)間的(de)推移而減小(xiao)，但(dan)熱態、冷(leng)(leng)態的(de)應(ying)變(bian)(bian)會自均衡至一(yi)定(ding)(ding)程度而穩定(ding)(ding)下來，任一(yi)循環中(zhong)熱態與冷(leng)(leng)態應(ying)變(bian)(bian)的(de)總和卻基本(ben)保持不變(bian)(bian)，把冷(leng)(leng)態與熱應(ying)變(bian)(bian)總和稱為應(ying)變(bian)(bian)范圍(wei)；冷(leng)(leng)態與熱態應(ying)力(li)總和稱為應(ying)力(li)范圍(wei)。
6. 管道熱脹或位移(yi)應(ying)力(li)(li)(li)不直接與(yu)外(wai)力(li)(li)(li)相(xiang)平衡，具有自限性。熱脹和(he)其他位移(yi)在運(yun)行條件下產生的(de)(de)初(chu)應(ying)力(li)(li)(li)大到(dao)某(mou)一(yi)程度，就會由于屈服、蠕變、應(ying)力(li)(li)(li)松弛而降低下來，回到(dao)停(ting)運(yun)狀態則出現相(xiang)反方(fang)向(xiang)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)，這(zhe)種現象類似于管系的(de)(de)冷(leng)拉，稱為自拉。它與(yu)管材(cai)性能、運(yun)行溫度、初(chu)應(ying)力(li)(li)(li)水平、安裝應(ying)力(li)(li)(li)大小、持續運(yun)行時(shi)間長短等因素(su)有關。
7. 熱(re)脹應力(li)范圍(wei)(wei)的評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)。目前許用(yong)(yong)(yong)熱(re)脹應力(li)范圍(wei)(wei)的評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)有兩種模式(shi)(shi)，采用(yong)(yong)(yong)該兩個(ge)公(gong)式(shi)(shi)的分別為∶前者(zhe)以(yi)(yi)(yi)國家(jia)(jia)現行標準《火(huo)力(li)發電(dian)廠汽(qi)水(shui)管道(dao)應力(li)計(ji)(ji)(ji)算技術規(gui)定(ding)(ding)(ding)》SDGJ6為代表，同(tong)時還有其他部(bu)的一些設計(ji)(ji)(ji)院(yuan)的熱(re)力(li)管道(dao)設計(ji)(ji)(ji)；后(hou)者(zhe)以(yi)(yi)(yi)國家(jia)(jia)現行標準《化工管道(dao)設計(ji)(ji)(ji)規(gui)范》HG20695為代表，以(yi)(yi)(yi)及有關(guan)設計(ji)(ji)(ji)院(yuan)的管道(dao)設計(ji)(ji)(ji)。在本(ben)規(gui)范第3.2.7條(tiao)中已(yi)提出本(ben)規(gui)范采用(yong)(yong)(yong)后(hou)者(zhe)的公(gong)式(shi)(shi)，并(bing)在本(ben)規(gui)范條(tiao)文說(shuo)明第3章(zhang)中已(yi)有解(jie)釋。如(ru)果(guo)需要降(jiang)(jiang)低(di)材料的許用(yong)(yong)(yong)應力(li)時，符合ASMEB31.1的規(gui)定(ding)(ding)(ding)。則評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值大幅度降(jiang)(jiang)低(di)。上述(shu)兩種公(gong)式(shi)(shi)評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)模式(shi)(shi)僅(jin)差6%，由于安全系數不同(tong)，評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值相差竟達20%以(yi)(yi)(yi)上。這說(shuo)明上述(shu)第一種公(gong)式(shi)(shi)，評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)值仍(reng)不能接(jie)近ASME B31.1的水(shui)平。
五、管道對設(she)備或(huo)端點的(de)作(zuo)用力(li)
在(zai)(zai)計(ji)算運行(xing)初(chu)期冷(leng)態作(zuo)用力時，計(ji)算補償(chang)值(zhi)即(ji)冷(leng)補償(chang)值(zhi)僅(jin)為冷(leng)拉(la)值(zhi)；在(zai)(zai)計(ji)算運行(xing)初(chu)期熱態作(zuo)用力時，計(ji)算補償(chang)值(zhi)除管系熱膨脹值(zhi)和管道端(duan)點的附加位(wei)移值(zhi)外，還要計(ji)及冷(leng)拉(la)值(zhi)的無效(xiao)部分（不冷(leng)拉(la)就(jiu)不存在(zai)(zai)這項）。
六、改善管道柔性的措施
1. 改善(shan)管系的柔性問題，首先需(xu)考(kao)慮能否用改變支架(jia)型(xing)式來解決(jue)。因(yin)管系可能存在(zai)局部過應(ying)變。
2. 當管(guan)系結構(gou)中的(de)(de)絕大部(bu)分(fen)(fen)(fen)或比(bi)較大的(de)(de)范(fan)圍處于彈(dan)性狀態，僅(jin)·有(you)很(hen)小部(bu)分(fen)(fen)(fen)管(guan)道運行(xing)在非(fei)彈(dan)性范(fan)圍，就會發(fa)生彈(dan)性轉移引起應(ying)(ying)變(bian)集中。當管(guan)道工作(zuo)在蠕變(bian)范(fan)圍且變(bian)形(xing)分(fen)(fen)(fen)布很(hen)不(bu)均(jun)勻時，這種現象(xiang)就更(geng)突出。管(guan)系中剛性強的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)與剛性弱的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)相連接時，隨時間的(de)(de)推移，作(zuo)用在結構(gou)兩端(duan)的(de)(de)位(wei)移將發(fa)生再分(fen)(fen)(fen)布，剛性強的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)應(ying)(ying)變(bian)減小，剛性弱的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)(fen)應(ying)(ying)變(bian)增大，發(fa)生局部(bu)過(guo)應(ying)(ying)變(bian)，并易(yi)引起屈服變(bian)形(xing)。
3. 為(wei)保證(zheng)管(guan)系(xi)整體結構安全運行，避免因(yin)彈性轉移引起(qi)的局(ju)部過(guo)應(ying)變(bian)，設計管(guan)系(xi)時(shi)應(ying)在以下方面(mian)充分注意∶
a. 管(guan)系中(zhong)小直徑管(guan)道(dao)與大直徑或剛(gang)性(xing)強的管(guan)道(dao)串(chuan)聯相接；
b. 管(guan)系中局部管(guan)道的(de)尺(chi)寸或斷(duan)面縮小，或者是(shi)采(cai)用了性(xing)能較弱的(de)管(guan)道材料
c. 管系(xi)中(zhong)管道(dao)材質和規格相(xiang)同，但在布置格局上大(da)部分的(de)管道(dao)處于或(huo)接近中(zhong)性(xing)軸（或(huo)推力線），小(xiao)部分管道(dao)偏離中(zhong)性(xing)軸，甚(shen)至有較(jiao)多的(de)偏離卻要吸收較(jiao)大(da)的(de)應變。
上述(shu)情況應在(zai)布置管道時(shi)盡量避免(mian)，尤其(qi)采用延展性較低的材料時(shi)更應引起重視。若無(wu)法避免(mian)，就(jiu)應采取一些有效(xiao)措施(shi)如(ru)加限(xian)位裝置等(deng)。
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