工業管道柔性設計

發布時間：

2024-07-31 09:00

一、工業管道柔性的概念

管道的柔性是反映管道變形難易程度的一個物理概念，表示管道通過自身變形吸收熱脹、冷縮和其他位移變形的能力。不同方式的支撐將會對管道的熱脹起到不同程度的阻礙作用。對于空間管道，可能同時受到彎曲、扭轉、剪切等。管道對約束點的推力也因管道中各單元的變形而發生了較大的變化。

進行管道設計時，應在保證管道具有足夠的柔性來吸收位移應變的前提下，使管道的長度盡可能短。在管道柔性設計中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應考慮管道端點的附加位移。

二、工業管道柔性設計的目的

工業管道柔性設計的任務是使整個管道系統具有足夠的柔性，用以防止由于管道的溫度、自重、內壓和外載或因管道支架受限和管道端點的附加位移而發生下列情況：

（1）因應力過大或金屬疲勞而引起管道破壞。

（2）管道連接處產生泄漏。

（3）管道推力或力矩過大，使與其連接的設備產生過大的應力或變形，影響設備正常運行。

（4）管道的推力或力矩過大引起管道支架破壞。

三、管系的柔性設計程序

（1）對于復雜管道可用固定點將其劃分成幾個形狀較為簡單的管段，如L形、π形、Z形等管段再進行分析計算。

（2）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。

（3）首先應利用改變管道走向獲得必要的柔性，但由于布置空間的限制或其他原因也可采用其他補償器獲得柔性。

（4）在有毒及可燃介質管道中嚴禁采用填料函式補償器。

（5）采用π形管段補償時，宜將其設置在兩固定點中部。

（6）冷緊可降低操作時管道對連接設備或固定點的推力和力矩，但連接轉動設備的管道不應采用冷緊。與轉動設備相連接的管道應滿足無應力安裝的要求。管道采用冷緊時，冷緊有效系數宜取三分之二。

（7）在管道柔性設計中，應考慮支架摩擦力的影響，摩擦系數應按下表選取。

（8）當采用吊桿或彈簧吊架承受管道荷載時可不考慮摩擦力的影響。

（9）往復式壓縮機和往復泵的進出口管道除應進行柔性設計外，還應考慮流體壓力脈動的影響（振動分析）。往復式壓縮機參照API 618及往復泵API 674

（10）管道柔性設計包括簡化分析方法和計算機分析方法。分析方法應根據管道所連接的設備類型、管道操作溫度和公稱直徑等設計條件確定。

（11）宜用計算機分析和不用分析的管道，詳見《SH∕T 3041-2016 石油化工管道柔性設計規范》，也可參照其他標準規范的規定。

（12）管道柔性設計應計及下列動載荷：

a、水力沖擊、流體流速變化和柱塞流等情形產生的沖擊力；

b、露天布置的管道受到的風載荷；

c、地震載荷；

d、流體排放產生的反作用力。

四、冷緊的概念

此處的冷緊與法蘭緊固件的冷緊不是一個概念，此處的冷筋類似于大型機泵的冷對中。

冷緊是指在安裝時(冷態)使管道產生一個初位移和初應力的一種方法，冷緊通常是在安裝時采用將管道割短(適用于操作溫度高于安裝溫度情況)或加長(適用于操作溫度低于安裝溫度情況)的方法來完成。冷緊的目的是將管道的熱位移的一部分分配到冷態，從而降低管道在熱態下的熱脹應力和對端點的推力和力矩。冷緊并不能改變管道的柔性，因此也不能改變熱脹的應力范圍，但它能降低管道的熱態力，故設計中時常被采用。

就鋼材的強度來說，在常溫下所能承受的荷載較之熱態下所承受的荷載要大得多，因此將管道熱變形轉移到冷態的做法是有利的，所以，不同行業的管道設計規范都規定了對管道冷緊的要求。

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工業管道柔性設計