壓力管道柔性設計88

壓力管道柔性設計

1.管道的基礎條件

包括：介質(zhì)溫度壓力管徑壁厚材質(zhì)荷載端點位移等。

2.管道的計算溫度確定

管道的計算溫度應根據(jù)工藝設計條件及下列要求確定：

1）對于無隔熱層管道：介質(zhì)溫度低于65c時，取介質(zhì)溫度為計算溫度；介質(zhì)溫度等于或高于65C

時，取介質(zhì)溫度的95%為計算溫度；

2）對于有外隔熱層管道，除另有計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)外，應取介質(zhì)溫度為計算溫度；

3）對于夾套管道應取內(nèi)管或套管介質(zhì)溫度的較高者作為計算溫度；

4）對于外伴熱管道應根據(jù)具體條件確定計算溫度；

5）對于襯里管道應根據(jù)計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定計算溫度；

6）對于安全泄壓管道，應取排放時可能出現(xiàn)的最高或最低溫度作為計算溫度；

7）進行管道柔性設計時，不僅應考慮正常操作條件卜的溫度，還應考慮開車、停車、除焦、再生及

蒸汽吹掃等工況。

3.管道安裝溫度宜取20℃（除另有規(guī)定外）。

4.管道計算壓力應取計算溫度卜.對應的操作壓力。

5.管道鋼材參數(shù)按《石油化工管道柔性設計規(guī)范》SH/T3041-2002執(zhí)行

1）鋼材平均線膨脹系數(shù)可參照附錄A選取。

2）鋼材彈性模量可參照附錄B選取。

3）計算二次應力范圍時，管材的彈性模量應取安裝溫度下鋼材的彈性模量。

6.管道壁厚計算

1）內(nèi)壓金屬直管的壁厚

根據(jù)SH3059-2001《石油化工管道設計器材選用通則》確定：

當S（）＜Do/6時，直管的計算壁厚為：

So=PDo/（2[a]'0+2PY）

直管的選用壁厚為：S=So+C

式中So一一直管的計算壁厚，mm；

P一-設計壓力，MPa；

D（）-----直管外徑，mm：

[a]'一一設計溫度下直管材料的許用應力，MPa；

一一焊縫系數(shù)，對無縫鋼管，0=1;

S包括附加裕量在內(nèi)的直管壁厚，mm；

C直管壁厚的附加裕量，mm；

Y一一溫度修正系數(shù)，按下表選取。

溫度修整系數(shù)表

溫度七

材料

<482510538566593>621

鐵素體鋼0.40.50.70.70.70.7

奧氏體鋼0.40.40.40.40.50.7

當So2Do/6或＞0.385時，直管壁厚應根據(jù)斷裂理論、疲勞、熱應力及材料特性等因素綜合考慮

確定。

2）對于外壓直管的壁厚

應根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定的方法確定。

7.管道上的荷載

管道上可能承受的荷載有：

1）重力荷載，包括管道白重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等；

2）壓力荷載，壓力荷載包括內(nèi)壓力和外壓力；

3）位移荷載，位移荷載包括管道熱脹冷縮位移、端點附加位移、支承沉降等;

4）風荷載；

5）地震荷載；

6）瞬變流沖擊荷載，如安全閥啟跳或閥門的快速啟閉時的壓力沖擊：

7）兩相流脈動荷載；

8）壓力脈動荷載，如往復壓縮機往復運動所產(chǎn)生的壓力脈動；

9）機器振動荷載，如回轉(zhuǎn)設備的振動。

管道端點的附加位移

在管道柔性設計中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應考慮下列管道端點的附加位移：

1）靜設備熱脹冷縮時對連接管道施加的附加位移；

2）轉(zhuǎn)動設備熱脹冷縮在連接管口處產(chǎn)生的附加位移；

3）加熱爐管對加熱爐進出口管道施加的附加位移；

4）儲罐等設備基礎沉降在連接管口處產(chǎn)生的附加位移；

5）不和也管起分析的支管，應將分支點處主:管的位移作為支管端點的附加位移。

9.管道布置

管道的布置盡量利用自然補償能力：

1）改變管道的走向，以增加整個管道的柔性；

2）利用彈簧支吊架放松約束；

3）改變設備布置。

4）對于復雜管道可用固定點將其劃分成兒個形狀較為簡單的管段，如L形、F1形、Z形等管段。確

定管道固定點位置時，宜使兩固定點間的管段能夠自然補償。

10.宜采用計算機分析方法進行詳細柔性設計的管道

1）操作溫度大于400-C或小于一50-C的管道；

2）進出加熱爐及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；

3）進出反應器的高溫管道；

4）進出汽輪機的蒸汽管道；

5）進出離心壓縮機、往復式壓縮機的工藝管道；

6）與離心泵連接的管道，可根據(jù)設計要求或按圖1-1確定柔性設計方法；

圖1-1與離心泵連接管道柔性設計方法的選擇

7）設備管口有特殊受力要求的其他管道：

8）利用簡化分析方法分析后，表明需進一步詳細分析的管道。

11.不需要進行計算機應力分析的管道

1）與運行良好的管道柔性相同或基本相當?shù)墓艿溃?/p>

2）和已分析管道相比較，確認有足夠柔性的管道：

3）對具有同直徑、同一壁厚、無支管、兩端固定、無中間約束并能滿足式（1）和式（2）要求的

非極度危害或非高度危害介質(zhì)管道。

2

DO-Y/(L-U)<208.3—⑴

Y=(ZIX2+Z1Y2+ZIZ2)1/2一一(2)

式中：Do一一管道外徑，mm；

Y一一管道總線位移全補償值，mm；

Ax,Ay、Az分別為管道沿坐標軸x、y、z方向的線位移全補償值，mm；

L一一管系在兩固定點之間的展開長度，m；

U一一管系在兩固定點之間的直線距離，m.

式(1)不適用于下列管道：

(I)在劇烈循環(huán)條件下運行，有疲勞危險的管道：

(2)大直徑薄壁管道(管件應力增強系數(shù)之5)：

(3)不在這接固定點方向的端點附加位移量占總位移量大部分的管道；

(4)L/U>2.5的不等腿"U"形彎管，或近似直線的鋸齒狀管道。

12.管道端點無附加角位移時管道線位移全補償值計算

當管道端點無附加角位移時，管道線位移全補償值應按下列公式計算：

JX=ZXB-ZlXA-ZIX,An

BAAB

ZJY=Z1Y-Z1Y-21Y1

JZ=dZB-z1ZA-zlZ/VB

zxfB=a,(xB-XA)(T-To)

/Yl=5(YB-YA)(T-TO)

=5⑥_Za)(T-To)

式中：

ZJX、ZY、JZ一一分別為管道沿坐標軸X、Y、Z方向的線位移全補償值，mm：

ZJX\ZIY\JZA—分別為管道的始端A沿坐標軸X、Y、Z方向的附加線位移，mm；

ZX1*、ZIYB./ZB-分別為管道的末端B沿坐標軸X、Y、Z方向的附加線位移，mm；

ZJX，B、/Y1A\ZIZ1