在管(guan)道系統的設(she)計中,除了對(dui)(dui)靜態(tai)載荷(he)進行(xing)校核設(she)計,也需要對(dui)(dui)介質(zhi)不穩定(ding)性產生的沖擊載荷(he)進行(xing)設(she)計。詳細分析(xi)與計算見(jian)配管(guan)設(she)計參考(kao)書《管(guan)道應(ying)力(li)分析(xi)與工程應(ying)用》的詳細講述。


1. 壓力管道(dao)系統沖擊(ji)載荷的(de)計算


  如圖9-68所示,管道(dao)系統的(de)(de)每段管子都可能承受潛(qian)在(zai)沖(chong)擊(ji)載荷的(de)(de)作用。流體產生(sheng)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)載荷存在(zai)于管道(dao)的(de)(de)軸線方向,作用在(zai)管道(dao)方向發(fa)生(sheng)變化的(de)(de)位置。圖9-68所示系統,沖(chong)擊(ji)荷載會作用在(zai)A-B和B-C管道(dao)軸線上。



  在(zai)計(ji)算中,假(jia)設介質(zhi)是在(zai)固定住(zhu)的(de)管(guan)道(dao)中流動(v1),不(bu)考慮管(guan)道(dao)本身振動的(de)影響(xiang),作用(yong)在(zai)管(guan)道(dao)上的(de)流體載荷計(ji)算見圖9-69所示(shi):


  因(yin)為A-B管(guan)段是x向,那么流體載(zai)荷就只(zhi)有(you)(you)z方向存在,流體的壓力(li)(li)、溫(wen)度、流速(su)和密度等邊界條件均(jun)已知。主要(yao)有(you)(you)壓力(li)(li)推力(li)(li)和動量力(li)(li)兩個(ge)力(li)(li)作用在管(guan)段兩端(duan)的彎頭上,還(huan)有(you)(you)流體和管(guan)壁之間的總摩擦(ca)力(li)(li),計(ji)算如下。


  壓力推力:Fp=pA


  質量(liang)(liang)流(liu)量(liang)(liang)(體(ti)積流(liu)量(liang)(liang))等于流(liu)速乘以介質流(liu)過的截面積:m=pAv


  動量(liang)力(質(zhi)量(liang)流(liu)量(liang)乘以流(liu)速):FM=mv=pAv2


  摩擦(ca)力:FF=TπDL


  式(shi)中,m是質量流(liu)量;p是管(guan)(guan)內流(liu)體壓(ya)力(li);是管(guan)(guan)內流(liu)體介質密度;v是管(guan)(guan)內流(liu)體流(liu)d速;τ是單(dan)位面(mian)積的摩擦剪(jian)應力(li);L是管(guan)(guan)段長度;D是管(guan)(guan)道(dao)內表面(mian)截面(mian)的直徑。


  動量力(li)(li)作用(yong)在管(guan)道的彎頭上,內壓推力(li)(li)也一(yi)樣,所以管(guan)端推力(li)(li)就(jiu)是這兩者(zhe)之(zhi)和(he)。那么針(zhen)對A-B管(guan)段,假設流(liu)體從A流(liu)向B,產生的沖擊(ji)力(li)(li)就(jiu)可以用(yong)下式(shi)進(jin)行計算(suan):


  Fx=p2A+P2v2A-p3A-p3v/3A-τL?4πA


  因(yin)為只有瞬態流(liu)體會產(chan)生(sheng)(sheng)沖擊載荷,摩擦力(li)(li)通常被忽(hu)略,因(yin)為它(ta)是整體流(liu)量(liang)產(chan)生(sheng)(sheng)的。在(zai)處理壓(ya)力(li)(li)波時(shi),動量(liang)這項(xiang)也常常被忽(hu)略。


2. 壓(ya)力(li)管道兩(liang)相(xiang)流液擊力(li)的計算


  如圖(tu)9-70所示(shi),壓力(li)管(guan)道兩相流液擊力(li)(水錘力(li))的計算如下(xia):


70.jpg


  對于(yu)火炬(ju)管道(dao)的液(ye)擊力(li)(li),可(ke)參照SH 3009《石油化工可(ke)燃(ran)(ran)性(xing)氣(qi)(qi)體排(pai)放系統(tong)設計規范》設計。有(you)凝結液(ye)的可(ke)燃(ran)(ran)性(xing)氣(qi)(qi)體排(pai)放管道(dao)對固(gu)定(ding)管架的水平(ping)推(tui)(tui)力(li)(li)取值,不應小于(yu)表9-17的數(shu)值。當(dang)固(gu)定(ding)管架上(shang)有(you)幾根有(you)凝結液(ye)的可(ke)燃(ran)(ran)性(xing)氣(qi)(qi)體排(pai)放管道(dao)時(shi),水平(ping)推(tui)(tui)力(li)(li)的作用點應分(fen)別考慮,推(tui)(tui)力(li)(li)值不應疊加。


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