管道柔性设计

管道柔性设计第1页/共105页一、管道柔性设计规定总则1.1目的

为了使配管专业在管道柔性设计内容、深度和文档格式的规范化和统一化，特编制本规定。1.2范围1.2.1本规定规定了管道柔性设计适用规范、标准、设计要求及文档要求。1.2.2本规定适用于配管专业设计项目的管道柔性设计管理与控制。第2页/共105页一、管道柔性设计规定1.3规范性引用文件

GB50316-2000工业金属管道设计规范（2008年版）SH／T3041-2002石油化工管道柔性设计规范API610-2010Centrifugalpumpsforpetroleum，chemical，andgasserviceindustriesAPI617-2002Centrifugalcompressorsforpetroleum，chemical，andgasserviceindustriesNEMASM-23-91(97)Steamturbinesformechanicaldriveservice第3页/共105页一、管道柔性设计规定2设计2.1一般要求2.1.1管道设计应使管道具有必要的柔性，以满足下列要求：a)能够避免管道因温度循环变化导致疲劳破坏；b)管道对相接设备的力与力矩应不会对设备产生实质性损害；c)管道对法兰的力与力矩应不会导致介质泄漏。2.1.2在考虑管道柔性的同时，管道设计还应满足下列要求：a)管道应能够承受管道上各种重量，包括管道组成件、隔热材料重量以及工作状态下被输送流体重量和水压试验过程中水的重量；b)管道应能够承受当地的地震、风以及冲击载荷的作用。2.1.3对于储罐管道，储罐与围堤之间应至少有一个弯头，以保证管道必要的柔性。2.1.4除非得到业主的批准，否则不应在工艺装置内或装置外被设计确定的潜在着火区内采用膨胀节或软管。第4页/共105页一、管道柔性设计规定2.2管道应力2.2.1在任何预计工况下，管道中由于压力、重力和其他持续荷载所引起的纵向应力之和均不应超过管道材料在当时工况下的许用应力。2.2.2温度变化引起的管道位移应力之变化范围不应超过许用的位移应力范围，该许用的位移应力范围为：式中：σA----应力许用范围，MPa；[σ]----管材在冷态的许用应力，MPa：[σ]t----管材在热态下的许用应力，MPa；σL----由于重力、压力等持续荷载引起的管道纵向应力之和,MPa；f----与冷、热变换次数有关的管道许用位移应力范围折减系数，按GB50316-2000取值。第5页/共105页一、管道柔性设计规定2.2.3对于GB50316-2000所划定的Al类之外的管道，即非剧毒流体管道，在工作状态下，管道中由于压力、重力、其他持续荷载与地震或风共同影响所产生的纵向应力不应超过管道材料在工作温度下的1.33倍许用应力；对于GB50316-2000所划定的Al类的管道，即剧毒流体管道，按GB50316-2000相关规定执行。2.2.4对于储罐管道，各荷载组合工况下引起的应力应符合下列要求：a)满足2.2.1和2.2.3的要求；b)管道和储罐的热胀或冷缩与水压和压力造成储罐壁鼓凸变形引起的径向位移和转角位移共同作用产生的管道应力应不大于2.2.2中的许用位移应力范围，即σA。；c)管道和储罐的热胀或冷缩、水压和压力造成储罐壁鼓凸变形引起的径向位移和转角位移以及储罐沉陷位移共同作用产生的管道应力应不大于2倍2.2.2中的许用的位移应力范围，即2σA。2.2.5对于松套法兰，由介质压力、重量以及热胀共同引起的在翻边短节处的管道纵向应力应不超出管道在操作温度下的许用应力。第6页/共105页一、管道柔性设计规定

2.3设备管口允许外力与外力矩2.3.1管道作用于转动设备管口的力与力矩不应超过设备制造商规定的允许值，若设备制造商没有限制性要求，则应符合下列标准：a)对于离心泵，应符合API610；b)对于离心压缩机，应符合API617；c)对于汽轮机，应符合NEMASM-23。2.3.2管道作用于静设备管口的力与力矩不应超过设备制造商规定的允许值，若设备制造商没有提出限制性要求，则应提交设备专业认可。第7页/共105页一、管道柔性设计规定3柔性分析3.1考虑范围3.1.1管道温度小于等于-50℃，或大于等于l00℃，应视为需要考虑柔性的温度范围。3.1.2需要考虑柔性的管道直径范围依据设计温度和管道布置的具体情况确定。3.1.3存在外加强迫位移的管道应考虑柔性设计。3.1.4对介质存在压力脉动的管道，应核算管道固有频率，防止管道出现共振。第8页/共105页一、管道柔性设计规定3柔性分析3.2适用方法3.2.1可根据具体情况选择采用经验目测、简单公式判断、图表法或详细计算的方法。3.2.2对于符合下列条件之一的管道，可采用经验目测的方法：a)与实际运行良好的管道相同；b)与经过详细计算并合格的管道相比，没有实质性变化。3.2.3对下列的管道，除非得到业主的批准，应采用详细计算的方法：a)进、出加热炉的工艺管道，再生管道和烧焦管道；b)进、出高温反应器的工艺管道、再生管道；c)进、出蒸汽发生器的管道；d)进、出汽轮机的蒸汽管道；e)进、出离心式压缩机、鼓风机的工艺管道；f)进、出往复压缩机、往复泵的工艺管道；

第9页/共105页一、管道柔性设计规定g)其他公称直径不小于DN80的其他转动设备的管道；h)设计温度在232℃及以上，公称直径为DN100及以上的管道；i)设计温度在177℃及以上，公称直径为DN200及以上的管道；j)设计温度在121℃以上，公称直径为DN300及以上的管道；k)设计温度在65℃以上，公称直径为DN500及以上的管道；l)含膨胀节的管道；m)衬隔热内衬里的管道；n)公称直径为DNl00及以上的空冷器管道；o)公称直径为DN300及以上的储罐管道；p)其它有特别要求的管道。3.2.4对无法经验目测或简单计算不合格的管道，应采用详细计算的方法核算。第10页/共105页一、管道柔性设计规定

4计算文档4.1内容与格式4.1.1每份详细计算应有正式结果报告书。4.1.2正式结果报告书至少应包括三部分，即计算书封面、计算结果和计算所用的管道空间等视图。4.1.3计算书封面上应注明项目名称、所涉及管道的管号、计算题号，以及所用计算程序的名称和版本号。4.1.4计算所用的管道空间等视图中除注明管道尺寸外，还应列出所有计算需要的其他基础数据和工况说明，并清楚标注出经计算确定的支承的位置、类型、作用方向和限位间隙要求。4.1.5计算结果报告书的主体部分至少包括下列内容：——管道最大应力所在位置、数值，对应允许值及二者百分比值；——支承点、弯头、管口等关键部位在冷、热态下的位移：——支承在冷、热态下所承受的荷载；——计算确定的弹簧支承数据表，其中应含支承点位移及荷载。第11页/共105页一、管道柔性设计规定

4计算文档4.2签署4.2.1每份详细计算结果报告书应有计算人和相应校对人、审核人的签名及落款日期。4.2.2计算所用的管道空间等视图中应有配管设计人和相应校对人、审核人的签名及落款日期。4.3归档管理4.3.1计算文档的归档管理执行《设计过程文件归档规定》EC/W0614-2012和《计算书管理规定》EC/W0625-2012。

第12页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第13页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第14页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

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第18页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

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第22页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

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第28页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第29页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

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第39页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第40页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第41页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第42页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

应符合API617；第43页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第44页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例

第45页/共105页二、CAESARII软件基本应用及计算实例摩擦系数的确定

除非另有规定，在进行管道柔性分析时摩擦系数应作如下考虑：

滑动支架：

钢对钢0.3

不锈钢对聚四氟乙烯0.1

聚四氟乙烯对聚四氟乙烯0.08

钢对混凝土0.6

滚动支架：

钢对钢（滚珠）0.3

钢对钢（滚柱）0.3

注：滚珠沿轴向运动时应采用滑动摩擦系数．

第46页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定1总则1.1目的为了使配管专业在管道支吊架的设计和选用上的统一，特编制本规定。1.2范围本规定适用于配管专业的管道支吊架的设计和选用。1.3规范性引用文件GB50316-2000工业金属管道设计规范（2008年版）SH／T3073-2004石油化工管道支吊架设计规范

第47页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定2一般规定2.1在管道支吊架的布置设计中，管道的纵向应力应符合GB50316-2000第3.2.6条及第3.2.8条的规定。2.2应优先选用标准的及通用的支吊架，对主要受力的支吊架结构的零部件应进行强度及刚度计算

第48页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定3支吊架的设置及最大间距3.1应在规划管道的同时妥善考虑管道支吊架的位置、支撑方式及生根方法。3.2水平管道支吊架的最大间距，应按刚度条件和强度条件进行计算，并取两者中较小值。装置内管道设计挠度不应超过15mm。装置外管道设计挠度不应超过38mm。敷设无坡度的蒸汽管道，其挠度不宜超过3mm。3.3选用标准支架时，应注意标准支架的允许垂直荷载、许用弯距和水平推力等是否适用于设计实际情况。对于荷载较大的支架位置要事先与有关专业联系，并提出支架位置、标高和荷载情况。3.4支吊架生根在建(构)筑物的构件上时，该构件应有足够的强度和刚度；在衬里设备或管道上的生根件，应在衬里前完成其焊制工作；在需要热处理的设备上的生根件，应在设备热处理前完成其焊制工作。

第49页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定3.5高压管道或有特殊要求的支吊架宜设置在直管段上，不宜设置在弯头和支管连接点等局部应力较高的部位，以防止局部应力过大。3.6在阀门、小型设备、支管等集中荷载附近宜设置支吊架。但不宜对它们作直接支撑。3.7对有压力脉动的管道，决定支架间距时，应核算管道固有频率，防止管道发生共振。3.8往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道，应单独设置支架并与建筑物和构筑物基础分开，以避免将振动传递到建筑物和构筑物上。3.9支吊架的设置不应影响设备和管道的运行操作及维修。3.10安全阀出口管道应设置支架，以满足安全阀放空时反作用力的要求。第50页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定3.11需要维护的支吊架，如可变弹簧支吊架、恒力弹簧吊架等，应尽可能设在便于维护的地方，并应在支吊架周围留有足够的维修空间。3.12管端部不得伸长作为假管支架使用。3.13液体降压阀管道，高压降压阀管道的支架设计时应考虑柱塞流的冲击力。3.14为减小旋转设备嘴子受力而设计的限位和固定支架应有足够的刚度。3.15设计假管支架时应减小外部腐蚀和便于检查。假管支架应有排液口和端部盲板。3.16由土建设计完成的钢梁表面上加φ6mm的圆钢，混凝土表面上加φ20mm的圆钢。第51页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定4支吊架荷载和材料4.1支吊架荷载的计算方法应按SH／T3073-2004执行。4.2与管道组成件直接接触的支吊架零部件材料应按管道的设计温度选用；直接与管道组成件焊接的支吊架零部件材料应与管道组成件材料具有相容性。第52页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定5支吊架结构设计及选用5.1支吊架的管托及活动部位的结构应符合下列规定：a)支吊架的滑动面应露在隔热层之外；b)设计滑动管托时，应采用该点管道热位移所需的相应管托长度。采用偏置安装时，

设计文件中应表明偏置量及偏置方向；c)对于无隔热层管道，当液体管公称直径大于或等于400mm，气体管公称直径大于或等于500mm时，不宜直接将管子放置在支撑梁上，应带有管托或托板。5.2应控制支吊架零部件与管道组成件连接处的局部应力，防止管道局部塑性变形。5.3碳钢的支吊架零部件与有色金属或不锈钢管道组成件不应直接接触，在接触面之间可增加非金属材料的隔离垫或相应措施。第53页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定5.4支吊架的连接件的设计应符合下列规定5.4.1吊杆直径不宜小于10mm。材料为Q235-B或20优质钢的吊杆的最大使用荷载应满足SH3073-2004中表-4的要求。当采用螺纹吊杆时，最大使用荷载应按螺纹的根部截面积计算。5.4.2当吊杆有水平位移时，拉杆两端应为铰接，两铰接点间应有足够长度。对刚性拉杆吊架，可活动的拉杆长度不应小于吊点处水平位移的20倍，吊杆与垂直线夹角不应大于3。；对弹性吊架，可活动的拉杆长度不应小于吊点处水平位移的15倍，吊杆与垂直线夹角不应大于4。。5.5可变弹簧支吊架可用于管道支吊点有垂直方向位移处，同时承受该方向的自重荷载。可变弹簧支吊架的荷载变化系数不应大于25%。5.6当管道在支承点有垂直位移且要求支承点所承受的荷载恒定时，应选用恒力弹簧吊架。第54页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架技术规定5.7与土建结构或基础或设备相连接的管道支吊架的钢结构的设计，应符合下列规定：a)应满足最大荷载时的强度要求；b)对于固定和限位支架，梁的最大挠度不应大于0.002倍梁的计算长度；c)对于其他支架，梁的最大挠度不应大于0.004倍梁的计算长度；d)采用悬臂梁时，悬臂长度不宜大于800mm。5.8管道支吊架的设计应满足管道和设备存在的各种工况，而不只是操作工况。高压管道或有特殊要求的支吊架宜设置在直管段上，不宜设置在弯头和支管连接点等局部应力较高的部位，以防止局部应力过大。5.9两相流管道一般应选用刚性支架，除非因热胀要求其他类型的支架。应尽量不选用吊架。为减小旋转设备嘴子受力而设计的限位和固定支架应有足够的刚度。5.10容易振动的往复压缩机管道宜沿地面敷设，支架从地面生根。5.11所有弹簧吊架的弹簧均应有外保护套。第55页/共105页三、支吊架设计知识及实例（一）管道支吊架的分类第56页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的结构组成第57页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的结构组成第58页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的结构组成第59页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的结构组成第60页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的结构组成第61页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的结构组成第62页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第63页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第64页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第65页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第66页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第67页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第68页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第69页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第70页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第71页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第72页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第73页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第74页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第75页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第76页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第77页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第78页/共105页三、支吊架设计知识及实例（二）支吊架的型式选用第79页/共105页三、支吊架设计知识及