工業金(jin)屬管(guan)道的(de)膨(peng)脹(zhang)和柔性計算的(de)基本要(yao)求主要(yao)有以下(xia)幾點：
一、一般規定
1. 管(guan)系(xi)對(dui)約束點（諸(zhu)如管(guan)端設(she)備接口處等(deng)）產生作用力(li)和力(li)矩。作用力(li)和力(li)矩過大，需加以(yi)限制，以(yi)防造(zao)成以(yi)下(xia)危(wei)害(hai)∶
a. 作用力和力矩過(guo)大，在管道與設備或(huo)管道組成件的連接處易(yi)發生(sheng)泄漏或(huo)損壞。
b. 作用力(li)(li)和力(li)(li)矩過(guo)大(da)會導致與管道(dao)相連接的設(she)備內部（泵、汽(qi)輪機(ji)、透(tou)平壓縮(suo)機(ji)等）產(chan)生過(guo)量的應力(li)(li)和變形，無法正常(chang)運行甚至引(yin)起機(ji)件的損(sun)壞(huai)。
2. 本規(gui)(gui)范對(dui)劇(ju)烈循(xun)環條(tiao)(tiao)件的管道有關系的條(tiao)(tiao)文號列(lie)于下，以(yi)便(bian)查(cha)對(dui)∶本規(gui)(gui)范第(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.3.2.3款，第(di)(di)5.4.1條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款，第(di)(di)5.6.3、5.8.7條(tiao)(tiao)，第(di)(di)5.9.1.2、5.9.2.4、5.9.3.2款，第(di)(di)11.4.1條(tiao)(tiao)，第(di)(di)13.1.3款；附錄D第(di)(di)D.0.1條(tiao)(tiao)，附錄J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)(tiao)。
二(er)、管道柔性計(ji)算的(de)范圍及方法
1. 管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)柔(rou)性計(ji)算(suan)的(de)(de)范(fan)圍(wei)基本上包括了-50℃以(yi)下的(de)(de)冷(leng)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)以(yi)及絕大(da)部(bu)分的(de)(de)熱管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)。但按管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)公稱直徑規定(ding)(ding)柔(rou)性計(ji)算(suan)的(de)(de)范(fan)圍(wei)，與(yu)設計(ji)溫度、管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)重要性、尤其與(yu)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)布置的(de)(de)具體情況有關。如管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)布置的(de)(de)剛性大(da)，雖然管(guan)(guan)(guan)(guan)徑小些，柔(rou)性也未必(bi)合格。而計(ji)算(suan)人員(yuan)的(de)(de)經驗有助于(yu)這種判斷(duan)。所以(yi)計(ji)算(suan)的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)徑范(fan)圍(wei)要在(zai)工程設計(ji)時確定(ding)(ding)。隨著微機的(de)(de)日益廣泛使用和管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)計(ji)算(suan)程序及一體化設計(ji)的(de)(de)完善(shan)，用計(ji)算(suan)機計(ji)算(suan)的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)道(dao)范(fan)圍(wei)可能隨之擴大(da)。
2. 對于諸如(ru)高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓(ya)蒸(zheng)汽管(guan)道(dao)的疏水管(guan)，雖然(ran)它(ta)們管(guan)徑不大(da)，可不在計算范圍內，但(dan)由于在工(gong)作條(tiao)件下，關斷閥上游(you)管(guan)道(dao)仍處于高(gao)(gao)溫狀態，要(yao)求(qiu)它(ta)具有較好的自(zi)補償能力；同(tong)時，這類小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)由于與(yu)主管(guan)道(dao)相(xiang)比其剛度(du)甚小(xiao)(xiao)，相(xiang)差懸殊，致使在工(gong)作條(tiao)件下，主管(guan)道(dao)熱位移(yi)時對小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)產生較大(da)的牽(qian)連，往往因此造成小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)與(yu)主管(guan)道(dao)相(xiang)接(jie)處損壞。為此，對此類小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)要(yao)進行計算。
3. 柔性(xing)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)分為用計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)進(jin)行(xing)分析(xi)、近似方(fang)(fang)法(fa)及簡化判斷(duan)法(fa)等(deng)。柔性(xing)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)人(ren)員的(de)(de)(de)經驗與采用的(de)(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方(fang)(fang)法(fa)的(de)(de)(de)選擇有(you)關，條文已明確重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)管道需要(yao)(yao)用計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)。對于復(fu)雜的(de)(de)(de)管道系(xi)統(tong)都(dou)是在用電子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)程序(xu)進(jin)行(xing)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)之列。簡化計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)包括采用圖表計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)在內，一般要(yao)(yao)求計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)結果可信，又能節省設計(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)工(gong)時的(de)(de)(de)情況(kuang)下使(shi)用。
三、管道柔性計算的基本要求
在設計中導(dao)向架的結(jie)構應符合(he)計算程序(xu)中所設定的約束條件。對于滑動支架所產生的摩擦力在計算程序(xu)中沒有(you)考慮時，則計算結(jie)果會有(you)誤(wu)差。
四、管道的位移應力
1. 全補(bu)償值(zhi)是管(guan)系(xi)由冷態到(dao)熱態間的(de)變(bian)化所引起的(de)，包括有管(guan)系(xi)本身的(de)熱膨(peng)脹(zhang)值(zhi)和管(guan)道端點的(de)附(fu)加位移值(zhi)。
2. 當量(liang)力(li)矩(ju)的(de)計算(suan)。在計算(suan)當量(liang)合(he)成力(li)矩(ju)時，不(bu)論計算(suan)點是在彎(wan)頭彎(wan)管(guan)上還是在三通上，應(ying)(ying)力(li)增大系數可有兩(liang)種(zhong)取(qu)法。在柔性計算(suan)中，應(ying)(ying)注意檢(jian)查法蘭(lan)接頭處的(de)合(he)成彎(wan)矩(ju)值，并加(jia)以控制。以防(fang)在熱態下(xia)產生泄漏(lou)。見本規范條文說(shuo)明第9.1.1條的(de)要(yao)求。
3. 截面系數(shu)的計(ji)算(suan)參(can)照了ASME B31.1及B31.3的規定。
4. 熱脹(zhang)應(ying)力(li)(li)(li)范圍(wei)的(de)計算。工業(ye)管道(dao)大多數使用了具有良好塑(su)性的(de)管材，它們在運行初期往往不會(hui)因二(er)次應(ying)力(li)(li)(li)過大而馬上引(yin)起管道(dao)的(de)破壞，總要經(jing)歷(li)反復啟動停運多次重(zhong)復地(di)交變運行，才(cai)可(ke)能產生疲勞破壞。因此(ci)，對該(gai)類(lei)型(xing)應(ying)力(li)(li)(li)的(de)限(xian)(xian)制就不取決于(yu)某一時間(jian)的(de)應(ying)力(li)(li)(li)水平，而取決于(yu)交變的(de)應(ying)力(li)(li)(li)范圍(wei)和(he)交變循(xun)環的(de)次數。本(ben)規范對這種應(ying)力(li)(li)(li)是計算其應(ying)力(li)(li)(li)范圍(wei)。并按本(ben)規范第3.2.7條(tiao)式（3.2.7-1）及式（3.2.7-2）進行限(xian)(xian)制。由于(yu)當量力(li)(li)(li)矩編(bian)人兩種公式，故熱脹(zhang)應(ying)力(li)(li)(li)范圍(wei)的(de)計算式也有兩種公式。
5. 雖然超過屈服極限(xian)的(de)應力(li)(li)在運行狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)下隨時間的(de)推(tui)移而減小，但熱(re)(re)(re)態(tai)(tai)(tai)、冷態(tai)(tai)(tai)的(de)應變(bian)會自均衡至一定程度而穩(wen)定下來(lai)，任一循環中熱(re)(re)(re)態(tai)(tai)(tai)與冷態(tai)(tai)(tai)應變(bian)的(de)總(zong)和卻基本(ben)保持不(bu)變(bian)，把冷態(tai)(tai)(tai)與熱(re)(re)(re)應變(bian)總(zong)和稱為(wei)應變(bian)范圍；冷態(tai)(tai)(tai)與熱(re)(re)(re)態(tai)(tai)(tai)應力(li)(li)總(zong)和稱為(wei)應力(li)(li)范圍。
6. 管道熱(re)脹或位移(yi)應力不直接與外力相(xiang)平衡，具有(you)自(zi)限性(xing)。熱(re)脹和(he)其他位移(yi)在(zai)運(yun)(yun)行(xing)條件(jian)下產生(sheng)的初(chu)應力大到某一程度，就會由于屈服、蠕(ru)變、應力松弛而降低下來，回到停運(yun)(yun)狀(zhuang)態(tai)則出現(xian)相(xiang)反方向的應力，這種現(xian)象類似于管系的冷拉，稱為自(zi)拉。它與管材性(xing)能(neng)、運(yun)(yun)行(xing)溫度、初(chu)應力水平、安(an)裝應力大小、持續運(yun)(yun)行(xing)時(shi)間長短等(deng)因素有(you)關。
7. 熱脹(zhang)應力(li)(li)范圍(wei)的(de)評(ping)定(ding)。目前許(xu)用(yong)熱脹(zhang)應力(li)(li)范圍(wei)的(de)評(ping)定(ding)有兩種模(mo)式(shi)(shi)，采用(yong)該兩個(ge)公式(shi)(shi)的(de)分別(bie)為(wei)∶前者以國家現(xian)行標準(zhun)《火力(li)(li)發電廠汽(qi)水管道(dao)(dao)(dao)應力(li)(li)計(ji)算技(ji)術規(gui)(gui)定(ding)》SDGJ6為(wei)代表，同時還有其他部的(de)一(yi)些設(she)計(ji)院的(de)熱力(li)(li)管道(dao)(dao)(dao)設(she)計(ji)；后(hou)者以國家現(xian)行標準(zhun)《化(hua)工管道(dao)(dao)(dao)設(she)計(ji)規(gui)(gui)范》HG20695為(wei)代表，以及有關設(she)計(ji)院的(de)管道(dao)(dao)(dao)設(she)計(ji)。在(zai)本(ben)(ben)規(gui)(gui)范第3.2.7條中已提出本(ben)(ben)規(gui)(gui)范采用(yong)后(hou)者的(de)公式(shi)(shi)，并(bing)在(zai)本(ben)(ben)規(gui)(gui)范條文說(shuo)明第3章中已有解釋。如(ru)果需要降(jiang)低材料的(de)許(xu)用(yong)應力(li)(li)時，符合ASMEB31.1的(de)規(gui)(gui)定(ding)。則評(ping)定(ding)值大幅度降(jiang)低。上述(shu)兩種公式(shi)(shi)評(ping)定(ding)模(mo)式(shi)(shi)僅(jin)差(cha)6%，由于安(an)全系數不同，評(ping)定(ding)值相差(cha)竟達20%以上。這(zhe)說(shuo)明上述(shu)第一(yi)種公式(shi)(shi)，評(ping)定(ding)值仍不能接(jie)近ASME B31.1的(de)水平。
五(wu)、管道對設備或端點的作用力
在計算運(yun)(yun)行初期(qi)冷(leng)態作(zuo)用力(li)(li)時，計算補償值(zhi)(zhi)(zhi)即冷(leng)補償值(zhi)(zhi)(zhi)僅為冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)(zhi)；在計算運(yun)(yun)行初期(qi)熱態作(zuo)用力(li)(li)時，計算補償值(zhi)(zhi)(zhi)除管(guan)系熱膨脹值(zhi)(zhi)(zhi)和(he)管(guan)道端點的附加位移值(zhi)(zhi)(zhi)外，還(huan)要計及冷(leng)拉(la)值(zhi)(zhi)(zhi)的無效部(bu)分（不(bu)冷(leng)拉(la)就不(bu)存在這(zhe)項）。
六、改善管(guan)道柔性(xing)的措施
1. 改善管系的(de)柔性(xing)問(wen)題，首先需考慮能否用改變支架(jia)型(xing)式來解(jie)決(jue)。因管系可(ke)能存在(zai)局部過應變。
2. 當(dang)管系結構(gou)中(zhong)的(de)絕大(da)部分或比較大(da)的(de)范(fan)(fan)圍(wei)處于彈(dan)性(xing)(xing)狀態，僅·有很(hen)小部分管道運行在非彈(dan)性(xing)(xing)范(fan)(fan)圍(wei)，就(jiu)會發(fa)生(sheng)彈(dan)性(xing)(xing)轉移(yi)引起應變(bian)(bian)集中(zhong)。當(dang)管道工作在蠕變(bian)(bian)范(fan)(fan)圍(wei)且變(bian)(bian)形分布很(hen)不均(jun)勻時(shi)，這(zhe)種現(xian)象就(jiu)更(geng)突出。管系中(zhong)剛性(xing)(xing)強的(de)部分與(yu)剛性(xing)(xing)弱(ruo)(ruo)的(de)部分相連接時(shi)，隨時(shi)間的(de)推(tui)移(yi)，作用在結構(gou)兩端的(de)位(wei)移(yi)將發(fa)生(sheng)再分布，剛性(xing)(xing)強的(de)部分應變(bian)(bian)減(jian)小，剛性(xing)(xing)弱(ruo)(ruo)的(de)部分應變(bian)(bian)增大(da)，發(fa)生(sheng)局(ju)部過應變(bian)(bian)，并易引起屈服(fu)變(bian)(bian)形。
3. 為保證(zheng)管系(xi)整體(ti)結構安(an)全運行，避免(mian)因彈性轉移引(yin)起的局部過應(ying)變，設計管系(xi)時(shi)應(ying)在以下方(fang)面(mian)充(chong)分注意∶
a. 管系中小直(zhi)徑管道與大直(zhi)徑或剛性強的管道串聯(lian)相(xiang)接；
b. 管系中局部管道(dao)的尺寸或(huo)斷面(mian)縮(suo)小，或(huo)者是采用(yong)了性能(neng)較弱的管道(dao)材料
c. 管(guan)系中(zhong)(zhong)(zhong)管(guan)道材質和規格(ge)相(xiang)同，但在布置格(ge)局上大部(bu)分的管(guan)道處于或(huo)接近(jin)中(zhong)(zhong)(zhong)性軸(zhou)(zhou)（或(huo)推力線），小部(bu)分管(guan)道偏(pian)(pian)離中(zhong)(zhong)(zhong)性軸(zhou)(zhou)，甚至有較(jiao)多的偏(pian)(pian)離卻要吸收(shou)較(jiao)大的應(ying)變。
上述情況應(ying)在(zai)布置管道時(shi)盡(jin)量避免(mian)，尤其采(cai)用延展(zhan)性較低的(de)材(cai)料(liao)時(shi)更應(ying)引(yin)起重視。若無法避免(mian)，就(jiu)應(ying)采(cai)取一(yi)些(xie)有效(xiao)措施如加限位裝置等。
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