工業金屬管道(dao)的(de)膨脹和(he)柔性(xing)計(ji)算的(de)基本要求主要有以下幾點：
一、一般規定
1. 管系對約束點（諸如管端設備接口(kou)處等）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)危害(hai)∶
a. 作用(yong)力(li)和力(li)矩過大(da)，在(zai)管(guan)道(dao)與設備或管(guan)道(dao)組(zu)成件(jian)的連(lian)接處易發生泄漏或損(sun)壞(huai)。
b. 作用力(li)和力(li)矩過(guo)大(da)會導致與管道(dao)相連(lian)接(jie)的(de)設備內部（泵、汽輪機(ji)、透(tou)平壓縮機(ji)等）產(chan)生過(guo)量的(de)應力(li)和變形，無(wu)法(fa)正常(chang)運行甚至(zhi)引起機(ji)件的(de)損壞。
2. 本(ben)規范對劇烈循環條(tiao)件(jian)的管道(dao)有關系的條(tiao)文號列(lie)于下，以(yi)便查對∶本(ben)規范第(di)(di)2.1.23、5.2.2條(tiao)，第(di)(di)5.3.2.3款(kuan)，第(di)(di)5.4.1條(tiao)，第(di)(di)5.4.3.4、5.4.4.2款(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)，第(di)(di)11.4.1條(tiao)，第(di)(di)13.1.3款(kuan)；附錄D第(di)(di)D.0.1條(tiao)，附錄J第(di)(di)J.1.3、J.2.1條(tiao)。
二、管道柔性計算的范圍及(ji)方法
1. 管(guan)道(dao)(dao)柔性(xing)計(ji)(ji)(ji)算的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)基(ji)本上包(bao)括了-50℃以下的(de)(de)(de)(de)冷管(guan)道(dao)(dao)以及絕大部分的(de)(de)(de)(de)熱管(guan)道(dao)(dao)。但按管(guan)道(dao)(dao)公稱直徑(jing)(jing)規定柔性(xing)計(ji)(ji)(ji)算的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)，與(yu)(yu)設計(ji)(ji)(ji)溫度、管(guan)道(dao)(dao)重要(yao)性(xing)、尤其(qi)與(yu)(yu)管(guan)道(dao)(dao)布(bu)置的(de)(de)(de)(de)具體情(qing)況有(you)(you)關。如管(guan)道(dao)(dao)布(bu)置的(de)(de)(de)(de)剛性(xing)大，雖(sui)然(ran)管(guan)徑(jing)(jing)小些，柔性(xing)也未必合格。而計(ji)(ji)(ji)算人員的(de)(de)(de)(de)經驗有(you)(you)助于(yu)這種判斷。所以計(ji)(ji)(ji)算的(de)(de)(de)(de)管(guan)徑(jing)(jing)范(fan)圍(wei)(wei)要(yao)在(zai)工程設計(ji)(ji)(ji)時確定。隨著(zhu)微機的(de)(de)(de)(de)日益廣泛使(shi)用和(he)管(guan)道(dao)(dao)計(ji)(ji)(ji)算程序及一體化設計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)完(wan)善，用計(ji)(ji)(ji)算機計(ji)(ji)(ji)算的(de)(de)(de)(de)管(guan)道(dao)(dao)范(fan)圍(wei)(wei)可能隨之擴大。
2. 對(dui)于(yu)諸如高溫高壓蒸(zheng)汽(qi)管(guan)道(dao)的(de)(de)疏水(shui)管(guan)，雖然它們管(guan)徑不大，可不在計算(suan)范圍內，但由于(yu)在工作(zuo)條件下，關(guan)斷閥上游管(guan)道(dao)仍處(chu)于(yu)高溫狀態，要求它具有較(jiao)(jiao)好(hao)的(de)(de)自(zi)補償(chang)能力；同時，這類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)由于(yu)與主管(guan)道(dao)相(xiang)比其剛度甚小(xiao)(xiao)，相(xiang)差懸殊，致使在工作(zuo)條件下，主管(guan)道(dao)熱位移時對(dui)小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)產(chan)生較(jiao)(jiao)大的(de)(de)牽連，往(wang)往(wang)因此造成小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)與主管(guan)道(dao)相(xiang)接(jie)處(chu)損壞。為此，對(dui)此類(lei)小(xiao)(xiao)管(guan)道(dao)要進行計算(suan)。
3. 柔性計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)分為用(yong)(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)機(ji)程序(xu)進(jin)行(xing)分析、近似(si)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)及簡化判斷法(fa)(fa)(fa)(fa)等(deng)。柔性計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)人員的(de)(de)經驗與(yu)采用(yong)(yong)的(de)(de)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)(de)選擇有關(guan)，條文已明確重要(yao)的(de)(de)管道(dao)需要(yao)用(yong)(yong)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)機(ji)程序(xu)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)。對(dui)于復(fu)雜(za)的(de)(de)管道(dao)系統都是在(zai)用(yong)(yong)電子計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)機(ji)程序(xu)進(jin)行(xing)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)之列。簡化計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)包括(kuo)采用(yong)(yong)圖表計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)在(zai)內，一般要(yao)求(qiu)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)結(jie)果可(ke)信，又能節省設計(ji)(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)工時的(de)(de)情況下使用(yong)(yong)。
三、管道柔性計算(suan)的基本要求
在(zai)設計中(zhong)(zhong)導向架的(de)結構(gou)應符合(he)計算程序(xu)中(zhong)(zhong)所設定的(de)約束條件。對于滑動支架所產生的(de)摩擦力(li)在(zai)計算程序(xu)中(zhong)(zhong)沒有(you)(you)考慮時，則計算結果會(hui)有(you)(you)誤差(cha)。
四、管道(dao)的位(wei)移應(ying)力
1. 全補償值(zhi)是管系由冷態(tai)到(dao)熱態(tai)間的(de)變化所引起(qi)的(de)，包括有(you)管系本身(shen)的(de)熱膨脹值(zhi)和管道端點(dian)的(de)附加位移值(zhi)。
2. 當(dang)量(liang)力(li)矩(ju)的計(ji)算(suan)(suan)。在(zai)(zai)計(ji)算(suan)(suan)當(dang)量(liang)合(he)成力(li)矩(ju)時(shi)，不論計(ji)算(suan)(suan)點是在(zai)(zai)彎(wan)頭彎(wan)管(guan)上(shang)還是在(zai)(zai)三通上(shang)，應(ying)力(li)增大系數可(ke)有(you)兩(liang)種(zhong)取法。在(zai)(zai)柔性(xing)計(ji)算(suan)(suan)中，應(ying)注意檢查法蘭接頭處的合(he)成彎(wan)矩(ju)值(zhi)，并加(jia)以控制(zhi)。以防在(zai)(zai)熱態下產生泄漏。見本規范條(tiao)文說明第9.1.1條(tiao)的要求。
3. 截面系數(shu)的(de)計算參照了ASME B31.1及B31.3的(de)規定(ding)。
4. 熱脹(zhang)應(ying)(ying)(ying)力范(fan)圍(wei)的(de)計(ji)(ji)算(suan)。工(gong)業(ye)管道大多數使用了具有(you)良好塑性的(de)管材，它(ta)們在運(yun)行初期往(wang)往(wang)不會(hui)因二次(ci)(ci)應(ying)(ying)(ying)力過(guo)大而馬上引(yin)起管道的(de)破(po)(po)壞(huai)(huai)，總要經歷(li)反復(fu)啟動(dong)停運(yun)多次(ci)(ci)重復(fu)地交變(bian)運(yun)行，才可能產生疲(pi)勞破(po)(po)壞(huai)(huai)。因此(ci)，對該類型應(ying)(ying)(ying)力的(de)限制(zhi)就不取決于(yu)(yu)某一(yi)時(shi)間的(de)應(ying)(ying)(ying)力水(shui)平，而取決于(yu)(yu)交變(bian)的(de)應(ying)(ying)(ying)力范(fan)圍(wei)和交變(bian)循環的(de)次(ci)(ci)數。本(ben)(ben)規(gui)范(fan)對這種應(ying)(ying)(ying)力是(shi)計(ji)(ji)算(suan)其應(ying)(ying)(ying)力范(fan)圍(wei)。并按本(ben)(ben)規(gui)范(fan)第(di)3.2.7條式(shi)（3.2.7-1）及式(shi)（3.2.7-2）進行限制(zhi)。由于(yu)(yu)當量力矩編人(ren)兩種公式(shi)，故熱脹(zhang)應(ying)(ying)(ying)力范(fan)圍(wei)的(de)計(ji)(ji)算(suan)式(shi)也有(you)兩種公式(shi)。
5. 雖然超過屈服極限的應力在運行狀態(tai)(tai)下(xia)隨時間的推移(yi)而減(jian)小，但熱(re)(re)態(tai)(tai)、冷(leng)態(tai)(tai)的應變(bian)(bian)會自均衡至一定(ding)程度而穩定(ding)下(xia)來，任一循環中熱(re)(re)態(tai)(tai)與冷(leng)態(tai)(tai)應變(bian)(bian)的總(zong)(zong)和卻基本保(bao)持(chi)不變(bian)(bian)，把冷(leng)態(tai)(tai)與熱(re)(re)應變(bian)(bian)總(zong)(zong)和稱為應變(bian)(bian)范圍；冷(leng)態(tai)(tai)與熱(re)(re)態(tai)(tai)應力總(zong)(zong)和稱為應力范圍。
6. 管道熱脹或(huo)位移應(ying)(ying)力(li)(li)不直接與外力(li)(li)相平衡，具有(you)自限性。熱脹和其他(ta)位移在(zai)運(yun)行條(tiao)件下產生的初應(ying)(ying)力(li)(li)大(da)到某一程度，就會(hui)由于屈(qu)服、蠕變、應(ying)(ying)力(li)(li)松(song)弛而降低下來，回到停運(yun)狀態則出(chu)現相反方向的應(ying)(ying)力(li)(li)，這種現象類似于管系的冷拉，稱(cheng)為(wei)自拉。它與管材(cai)性能(neng)、運(yun)行溫度、初應(ying)(ying)力(li)(li)水平、安裝應(ying)(ying)力(li)(li)大(da)小、持(chi)續(xu)運(yun)行時間長短等因(yin)素有(you)關。
7. 熱(re)脹(zhang)(zhang)應(ying)力范(fan)(fan)圍的(de)(de)評定(ding)。目前許用熱(re)脹(zhang)(zhang)應(ying)力范(fan)(fan)圍的(de)(de)評定(ding)有(you)兩(liang)種模(mo)式(shi)，采用該(gai)兩(liang)個公(gong)(gong)式(shi)的(de)(de)分別為(wei)∶前者以國(guo)家現行(xing)標準(zhun)《火力發電廠汽水(shui)管道應(ying)力計(ji)算技術規定(ding)》SDGJ6為(wei)代表，同時還有(you)其他(ta)部的(de)(de)一(yi)些(xie)設(she)計(ji)院的(de)(de)熱(re)力管道設(she)計(ji)；后者以國(guo)家現行(xing)標準(zhun)《化工管道設(she)計(ji)規范(fan)(fan)》HG20695為(wei)代表，以及有(you)關設(she)計(ji)院的(de)(de)管道設(she)計(ji)。在本規范(fan)(fan)第(di)3.2.7條中(zhong)已(yi)提出本規范(fan)(fan)采用后者的(de)(de)公(gong)(gong)式(shi)，并(bing)在本規范(fan)(fan)條文說明(ming)第(di)3章(zhang)中(zhong)已(yi)有(you)解釋(shi)。如果(guo)需(xu)要降(jiang)低材(cai)料的(de)(de)許用應(ying)力時，符(fu)合ASMEB31.1的(de)(de)規定(ding)。則(ze)評定(ding)值大幅(fu)度降(jiang)低。上述(shu)兩(liang)種公(gong)(gong)式(shi)評定(ding)模(mo)式(shi)僅差6%，由于安全系數不同，評定(ding)值相差竟達20%以上。這(zhe)說明(ming)上述(shu)第(di)一(yi)種公(gong)(gong)式(shi)，評定(ding)值仍不能接近ASME B31.1的(de)(de)水(shui)平(ping)。
五、管道對設備(bei)或端點的作用(yong)力
在計(ji)算(suan)運(yun)行初期(qi)冷態作(zuo)用(yong)(yong)力時，計(ji)算(suan)補(bu)償值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)即冷補(bu)償值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)僅為冷拉(la)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)；在計(ji)算(suan)運(yun)行初期(qi)熱(re)態作(zuo)用(yong)(yong)力時，計(ji)算(suan)補(bu)償值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)除管(guan)系熱(re)膨(peng)脹值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和管(guan)道端點的(de)附加位移(yi)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)外，還要計(ji)及冷拉(la)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)無效部分（不(bu)冷拉(la)就不(bu)存在這項）。
六、改(gai)善管道柔性的措(cuo)施
1. 改善管系的柔性問題，首(shou)先需考慮能否用改變(bian)支架型式(shi)來解決。因管系可能存在局部過應變(bian)。
2. 當管(guan)系(xi)結構(gou)中的(de)(de)(de)絕大部(bu)(bu)(bu)分(fen)或比(bi)較大的(de)(de)(de)范圍(wei)處于彈(dan)性(xing)狀態，僅·有很(hen)小部(bu)(bu)(bu)分(fen)管(guan)道運行(xing)在(zai)(zai)非彈(dan)性(xing)范圍(wei)，就會發生彈(dan)性(xing)轉移引起應(ying)(ying)變(bian)集中。當管(guan)道工作在(zai)(zai)蠕(ru)變(bian)范圍(wei)且變(bian)形分(fen)布很(hen)不均(jun)勻(yun)時(shi)，這(zhe)種現象就更突出。管(guan)系(xi)中剛性(xing)強的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)與剛性(xing)弱的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)相(xiang)連接(jie)時(shi)，隨時(shi)間的(de)(de)(de)推移，作用在(zai)(zai)結構(gou)兩端的(de)(de)(de)位移將發生再分(fen)布，剛性(xing)強的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)應(ying)(ying)變(bian)減小，剛性(xing)弱的(de)(de)(de)部(bu)(bu)(bu)分(fen)應(ying)(ying)變(bian)增大，發生局部(bu)(bu)(bu)過(guo)應(ying)(ying)變(bian)，并易(yi)引起屈服變(bian)形。
3. 為保證管系整體結構安(an)全運行，避免因(yin)彈性轉移引(yin)起的局(ju)部過應變，設計管系時應在以下方面(mian)充分注意(yi)∶
a. 管(guan)系中小直(zhi)徑管(guan)道(dao)與(yu)大(da)直(zhi)徑或剛性強的管(guan)道(dao)串(chuan)聯(lian)相(xiang)接；
b. 管系中局部管道(dao)的尺寸或斷面(mian)縮小，或者是采用了性能(neng)較弱(ruo)的管道(dao)材(cai)料
c. 管系中管道材質和規格(ge)相(xiang)同，但在布置格(ge)局上大部分的(de)管道處于或接近中性(xing)軸（或推力線），小部分管道偏離中性(xing)軸，甚(shen)至有較多(duo)的(de)偏離卻(que)要(yao)吸(xi)收較大的(de)應變。
上述情況(kuang)應(ying)(ying)(ying)在(zai)布置(zhi)管道時盡量避免(mian)，尤其采(cai)用(yong)延展(zhan)性較(jiao)低的材料時更應(ying)(ying)(ying)引(yin)起重視(shi)。若無(wu)法避免(mian)，就應(ying)(ying)(ying)采(cai)取一些有效措施如加限位(wei)裝置(zhi)等。
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