管道跨距設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定

1、1范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了管道允許跨距和導(dǎo)向間距的確定原則和方法，并給出了十六種典型管段的管架配置方案。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于一般石油化裝置內(nèi)外輸送介質(zhì)溫度不超過(guò)400的液體的氣體管道。 本標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)管系靜態(tài)一次應(yīng)力條件制定，對(duì)需考慮熱應(yīng)力和振動(dòng)間題的管道，應(yīng)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)另作相應(yīng)的熱應(yīng)力和動(dòng)態(tài)分析核算，并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整管架位置。2 管道跨距和支吊架的設(shè)置2.1 配管設(shè)計(jì)中，可先根據(jù)管道的設(shè)計(jì)條件按本標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法或圖表，求出基本跨距，然后按各管段的配置形式和載荷條件確定其相應(yīng)的允許跨導(dǎo)向間距，以虎作為配置管架的基本條件。2.2 配置管架除應(yīng)滿(mǎn)足本標(biāo)準(zhǔn)允許距距和導(dǎo)向間距外，還需注意以下問(wèn)題：2.2.1 管架

2、應(yīng)盡量設(shè)置在直管段部分，避免在小半徑彎頭、支管連接點(diǎn)等局部應(yīng)力較高的部位設(shè)置支承點(diǎn)，以防管系中局部應(yīng)力過(guò)載；2.2.2 剛性支吊架應(yīng)設(shè)在沿支承方向上管道位移為零的位置上；2.2.3 支吊架應(yīng)盡可靠近閥門(mén)、法蘭及重管件，但不應(yīng)以它們作直接支承，以免因局部荷載作用引起連接面泄漏，或閥體因受力變形導(dǎo)致閥瓣卡住、關(guān)閉不嚴(yán)等不良后果；2.2.4 導(dǎo)向架不宜過(guò)份靠近彎頭和支管連接部位，否則可能額外地增加管系應(yīng)力和支承統(tǒng)的荷載；2.2.5 對(duì)因清理、維修等要求而需經(jīng)常拆卸的管段，不宜設(shè)置永久性管架。3 管道基本跨距的確定 基本跨距是用以確定管段允許跨距的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本規(guī)定根據(jù)三跨簡(jiǎn)支梁承受均布荷載時(shí)的強(qiáng)度條件

3、和剛度條件別以計(jì)算法和圖表法規(guī)定如下：3.1 計(jì)算法3.1.1 剛度條件 根據(jù)管段不應(yīng)在輕微外界擾力作用下發(fā)生明顯振動(dòng)的要求，規(guī)定裝置內(nèi)管段的自振頻率不低于4次/秒，裝置外管段的自振頻率不低于2.55次/秒，由此規(guī)定的跨距計(jì)算如下。相應(yīng)管道允許擾度，裝置內(nèi)為1.6mm，裝置外為3.8cm. l01=0.2124 (1-a) l01*=0.2654 (1-b)式中： l01一裝置內(nèi)管道由剛度條件決定的跨距，m; l01*一裝置外管道由剛度要件決定的跨距， m; i一管子扣除腐蝕裕量后的慣性矩(見(jiàn)表1)， cm4； et一管材在設(shè)計(jì)溫度下的彈模量(見(jiàn)40b2011997工藝管道應(yīng)力分析技術(shù)規(guī)定附錄

4、二)，mpa； qo一每米管道的質(zhì)量(包括管子 、隔熱層、物料質(zhì)量及其他垂直均布持續(xù)荷載)，kg/m。3.1.2 強(qiáng)度條件 根據(jù)不降低管道承受內(nèi)壓能力的原則，規(guī)定裝置內(nèi)外的管道一律取由管道質(zhì)量荷載(包括其他垂直持續(xù)荷載)在管壁中引起的一次軸向應(yīng)力不起過(guò)額定許用應(yīng)力的二分之一。 l02=(l02*)=0.626 (2)式中：l02 l02*一由強(qiáng)度條件決定的裝置內(nèi)及裝置外的管道跨距，m; w一管子扣除腐蝕裕量后的斷面模量(見(jiàn)表1),cm3； t一管材在設(shè)計(jì)溫度下的的許用應(yīng)力(按40b201一1997工藝管道應(yīng)力分析技術(shù)規(guī)定附錄六取值)，mpa； qo一每米管道的質(zhì)量(包括管子、隔熱層、物料質(zhì)量及

5、其他垂直均布持續(xù)荷載)，kg/m。3.1.3 在剛度和強(qiáng)度條件計(jì)算的跨距值中，取較小者為該管道之基本跨距(lo或lo*)。3.2 圖表法根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)基本跨距所需要滿(mǎn)足的最低剛度條件和強(qiáng)度條件，對(duì)計(jì)算公式作必要的工程簡(jiǎn)化處理，繪制成用于各種隔熱和不隔熱管道的基本跨距曲線(xiàn)。這些曲線(xiàn)對(duì)常用管道規(guī)格(t/d0.1)的基本跨距值，誤差不超過(guò)10。3.2.1 裝置內(nèi)及裝置外的不隔熱管道 不隔熱管道的基本跨距一般均受剛度條件控制，對(duì)設(shè)計(jì)溫度350的碳鋼、低合金鋼及不銹鋼管道按圖1查取基本跨距值。圖中曲線(xiàn)按裝置外的氣體管道和液體管道及裝置內(nèi)的氣體管道和液體管道分別繪出?；究缇喟垂茏庸Q(chēng)厚確定，若由于管壁需考慮

6、較大的腐蝕裕量或其他減薄量時(shí)，可按圖中的壁厚修正，但壁厚變化對(duì)不隔管道的基本跨距值影響不大，故一般情況下(減薄量不超過(guò)壁厚度的30)可不作壁厚修正。 例題：一裝置外氣體不隔熱管道，公稱(chēng)管徑為dn100(1146)，設(shè)計(jì)溫度00，管壁腐蝕裕量取1.5mm(0.15cm)，試確定其基本跨距。 a) 由圖1中的裝置外氣體管道線(xiàn)查出不考慮管壁減薄影響基本跨距為lo*=11.7m；b) 計(jì)算腐蝕裕量的壁修正系數(shù)c1=40.931c) 壁厚修正后的基本跨距為 lo=c1lo*=0.93111.7=10.9m3.2.2 裝置內(nèi)及裝置外的隔熱管道 隔熱(保溫和保冷)管道的基本跨距隨管道及其隔熱層的長(zhǎng)件不同，可

7、分別受強(qiáng)度或剛度條件的控制。針對(duì)工程上各種管道設(shè)計(jì)條件變化很大、隔熱材料及厚度亦各不相同的情況，本標(biāo)準(zhǔn)按裝置內(nèi)和裝置外的管道分三個(gè)溫度等級(jí)(150，151-300，301-400)繪制成六張曲線(xiàn)圖(圖2圖7)，供確定隔管道的基本跨距使用。 對(duì)裝置外的管道： 圖2一管道設(shè)計(jì)溫度t150; 圖3一管道設(shè)計(jì)溫度t=151-300; 圖4一管道設(shè)計(jì)溫度t=301-400； 對(duì)裝置內(nèi)的管道： 圖5一管道設(shè)計(jì)溫度t150 ； 圖6一管道設(shè)計(jì)溫度t=151-300； 圖7一管道設(shè)計(jì)溫度t=301-400; 圖中所用的t/qo 為隔熱管道的特性數(shù)值，其中t為管子計(jì)算壁厚或扣除腐蝕裕量及其他減薄量后的管壁厚度(

8、cm)；qo為每米管道的質(zhì)量(包括管子、隔熱層、物料質(zhì)量及其他垂直均布持續(xù)荷載)(kg/m)，一般管道可按圖8、表1和表2 計(jì)算qo值。 例題：一裝置內(nèi)液體隔管道，公稱(chēng)管徑為dn100(114x6)，材料為碳鋼設(shè)計(jì)溫度345，管壁腐蝕量取1.5mm(0.15cm)，隔熱層材料為巖棉預(yù)制管殼，厚度為150mm，試確定其基本跨距。 a) 求每米管道的質(zhì)量 查表1知114x6管質(zhì)量為15.973kg/m； 查圖8中曲線(xiàn)gw得等內(nèi)充水質(zhì)量為8kg/m； 查圖8中曲線(xiàn)150,得每米管道的隔熱層基準(zhǔn)質(zhì)量為：120kg/m； 查表2巖棉預(yù)制管殼的相對(duì)密度為0.2 每米管道總質(zhì)量為：qo=15.973+8+0

9、.2x120=48kg/m b) 計(jì)算隔熱管道的特性數(shù)值t/qo 管壁計(jì)算厚度t=0.6-0.15=0.45cm；t/qo=0.45/48=0.0094 c) 查圖7得基本跨距為：lo=6.4m4 管道允許跨距的確定 實(shí)際配管中，一根管道常常包括各種形式和不同荷載條件的管段。由于它們承受質(zhì)量荷載的能力各不相同。需在基基本跨距基礎(chǔ)上分情況確定各自的允許跨距值。具體規(guī)定如下：4.1 五種基本管段的允許跨距4.1.1 連續(xù)敷設(shè)的水平直管段按圖9確定。4.1.2 水平彎管的允許外伸尺寸按圖10確定。4.1.3 水平形管段的允許懸伸尺寸按圖11確定。4.1.4 帶垂直段z形管段，其允許外伸及垂直段尺寸按

10、圖12確定。4.1.5 受集中荷載的水平直管段按圖13確定。4.2 由強(qiáng)度條件控制的帶三通或其他分支連接管段，其允許跨距應(yīng)按三通的應(yīng)力強(qiáng)化系數(shù)作必要的調(diào)整，即：ll/ (3)式中： l一考慮應(yīng)力強(qiáng)化影響的允許跨距， m; l一 不考慮應(yīng)強(qiáng)化影響的允許跨距，m; i一 三通的應(yīng)力強(qiáng)化系數(shù)，按表3選用。4.3 對(duì)直接支際于管架構(gòu)件的大直徑薄壁管道(一般指大于dn400管道)需按下式對(duì)管壁支承點(diǎn)作局部應(yīng)力核算：att=1.76 0.5t (4)式中： att一支承點(diǎn)管壁的局部應(yīng)力， mpa: r一管子外半徑， cm； t一管子扣除腐蝕裕量后的壁厚，cm； fa一支承反力作用于管壁的線(xiàn)荷載， n/cm

11、； fa=9.81xqol/b l一管道跨距， m; qo一每米管道的質(zhì)量， kg/m； b一管壁與管架構(gòu)件的支承線(xiàn)長(zhǎng)度，cm ; t 一管材在設(shè)計(jì)溫度下的額定許用應(yīng)力， mpa;若不能滿(mǎn)足式(4) 條件應(yīng)在支承部位設(shè)置加強(qiáng)板或采取其他局部加強(qiáng)措施，否則就要縮小管道的跨距來(lái)減小支承點(diǎn)荷載。5 管道允許導(dǎo)向間距的確定 當(dāng)管道需考慮約束由風(fēng)載、地震、溫度變形等引起的橫向位移，或要避免因不平衡內(nèi)壓、熱脹推力及支承點(diǎn)摩擦力造成管段員向失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)配置必要的導(dǎo)向架并限制最大導(dǎo)向間距。由于水平管段和垂直管段的支承條件及受力狀況不同，配置導(dǎo)向架時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足不同的允許導(dǎo)向間距要求。本標(biāo)準(zhǔn)按一般應(yīng)用條件作如下推薦；5

12、.1 垂直管段的推薦允許導(dǎo)向間距見(jiàn)表4。5.2 水平管段的推薦允許導(dǎo)向間距見(jiàn)表5。6 典型管段的管架配置方案及其允許跨距 本標(biāo)準(zhǔn)列舉十六種典型管架配置及其允許跨距方案(見(jiàn)圖14- 1，圖142，圖143)，供配管設(shè)計(jì)參考，參照這些典型配置方案尚可舉一反三演變出更多的實(shí)用配置方案。 表1 常用鋼管參數(shù)表公稱(chēng)直徑dn外徑壁厚dot每米質(zhì)量qo(kg/m)載面面積a(cm)2慣性矩i(cm)4斷面系數(shù)w (cm)3管子表號(hào)25343.5344.52.633.273.44.23.94.82.32.7sch40sch8040484485.04.345.305.536.812.215.65.16.5sch

13、40sch8050603.5604.0605.54.8745.5217.3896.27.010.224.927.735.28.39.211.8sch20ssch40sch8080894.0895.5897.58.38111.32015.06710.714.419.296.6126.2160.721.728.436.1sch20ssch40sch801001144.01146.01148.510.84615.97322.10413.820.428.2209.2297.6394.636.752.269.2sch20ssch40sch801501685.01687.016811.020.08927.

14、77942.50925.635.454.3850.71148.81079.0101.3136.8199.9sch20ssch40sch802002196.52198.02191334.04641.60866.01043.453.084.12450.42953.94478.3223.8269.8409.0sch20ssch40sch802502736.52739.52731542.69861.70395.39254.478.6121.64831.76830.810145.1354.9500.4743.2sch20ssch40sch803003256.532510.051.6577.6446599

15、.08250.512280.3507.7755.7sch20sch403503568.03561168.6593.5887.42119.161324717756744.2997.5sch20sch404004068.04061378.52125.9999.98160.421981431021976.11528.1sch20sch404504578.04571488.58152.94112.79194.7428446478451224.92093.9sch20sch405005089.550815116.78182.36148.7232.246231706471820.12781.4sch20s

16、ch405505599.555917128.36227.22163.9289.3619181063982215.33806.7sch20sch406006109.561018140.68262.78179.1334.6808041467912649.34812.8sch20sch40表2 隔熱材料相對(duì)密度（d）表隔熱材料名稱(chēng)相對(duì)密度， d備 注巖棉隔熱帶0.20.25巖棉隔熱板和管殼0.10.2巖棉隔熱氈0.080.15瀝青礦棉0.10.12酚醛礦棉0.080.15中級(jí)纖維淀粉玻璃棉0.10.13中級(jí)纖維酚醛樹(shù)脂玻璃棉0.120.15中級(jí)纖維瀝玻璃棉0.0750.135超細(xì)棉無(wú)脂氈和縫合氈0.

17、040.06超細(xì)棉樹(shù)脂制品0.060.08硅酸鋁耐火纖維（陶纖）0.150.2水泥珍珠巖制品0.350.4水玻璃珍珠巖制品0.20.3瀝青珍珠巖制品0.20.3僧水珍珠巖制品0.3耐高溫珍珠巖制品0.2270.342微孔硅酸鈣0.20.25石棉繩0.590.73閉孔型泡沫玻璃0.160.2硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料0.030.05軟質(zhì)聚氨脂泡沫塑料0.030.042聚苯乙烯泡沫塑料0.020.04硬質(zhì)聚氯乙烯泡沫塑料0.04摘自絕熱工程應(yīng)用技術(shù)上冊(cè)國(guó)家建筑材料工業(yè)局標(biāo)準(zhǔn)化研究所。表4 垂直管段的推薦允許導(dǎo)向間距管子公稱(chēng)直徑（mm ）氣 體 管液 體 管不隔熱隔熱不隔熱隔熱254.33.44.03.4405.24.04.63.7505.84.64.94.3807.06.16.15.51007.97.06.76.11509.88.87.97.320011.310.18.88.225012.511.69.89.430013.712.810.410.135014.613.410.710.440015.514.311.311.045016.515.211.611.650017.416.212.512.260019.218.013.413.4表5 水平管段的推薦允許導(dǎo)向間距管道公稱(chēng)直徑（mm）允許導(dǎo)向間距