《管道》教学设计

《管道》教学设计（8篇）

1.《管道》教学设计 篇一

三、压力管道各级设计人员岗位责任制 总则

1.1为了严格压力管道设计管理，明确压力管道各级设计人员的岗位责任，确保压力管道设计质量，特制订本制度。

1.2压力管道各级设计人员包括：设计人、校核人、审核人、审定人、技术负责人。2 设计人

2.1认真贯彻《压力管道安全管理与监察规定》，执行国家和行业标准、规范和规定，遵守压力管道设计的各项工程规定和质量管理制度。

2.2根据设计条件进行充分的调查研究，收集有关设计资料，进行技术经济分析，提出压力管道设计方案，经与校审人员讨论后，按工程设计的有关规定开展设计文件的编制工作。

2.3正确应用压力管道设计基础资料、数据、计算公式和计算机软件，进行压力管道设计。设计中发现的问题应及时与校核人、审核人研究讨论。

2.4按规定进行设计文件编制和自校，图样表达正确，文字说明通顺、简练，设计文件未经自校不得送校核人。

2.5负责校审后设计文件的修改和打印文件的复校。2.6

通过专业负责人向有关专业提出或接受设计条件。2.7

按规定签署设计文件，并参加设计文件的会签工作。2.8

做好设计文件的整理，经专业负责人检查后统一归档。

2.9

认真处理制造、安装、生产中的有关设计问题，并将处理问题的技术文件及时完整地归档。

2.10

负责归档后设计文件的修改工作。

2.11 承担分配的设计任务，对设计质量及设计进度负责。3 校核人

3.1 认真贯彻《压力管道安全管理与监察规定》； 执行国家和行业标准、规范和规定；遵守压力管道设计的各项工程规定和质量管理制度。

3.2会同设计人商讨压力管道设计原则、管道布置、材料和应力设计方案，协助解决设计中的技术问题。3.3全面校核压力管道设计文件，校核设计是否符合最新版设计标准；是否满足安装、操作和维修等方面的要求；是否安全可靠、经济合理。

3.4校核设计是否符合本专业关于图样绘制和技术文件编制规定；是否符合项目的专业设计统一规定。

3.5校核设备布置图、管道布置图是否符合管道及仪表流程图要求。

3.6

校核管道应力分析计算书，采用的软件是否经过批准，输入数据和支承模拟是否正确，计算结果是否符合要求，支承点上的推力和力矩是否在许可范围内。3.7

校核设计成品的完整性，标准图、复用图选用是否正确。3.8

校核各种工程设计文件、规格书、综合材料表是否正确完整。

3.9 校核图样是否正确，图面布置是否整齐紧凑，座标、标高、尺寸、数字、符号等是否齐全、正确无误，文字说明是否通顺简练。3.10

校核向有关专业提出或返回的设计条件。

3.1

1认真填写《设计文件校审卡》（QT/SLECC 007.06-2003）。3.1

2按规定签署设计文件。

3.1

3负责对归档后设计文件修改的校核。3.1

4对校核的设计文件质量和完整性负责。4 审核人

4.1 认真贯彻《压力管道安全管理与监察规定》，执行国家和行业标准、规范和规定，遵守压力管道设计的各项工程规定和质量管理制度。

4.2审核压力管道设计原则、设计方案是否符合设计条件，技术经济是否合理，设计是否安全可靠，对主要技术问题和设计方案的正确合理负责。

4.3参加压力管道设计原则和主要技术问题的研究讨论并作出决定，协助设计人、校核人解决疑难技术问题。

4.4审核设备布置图、管道布置图、各种综合材料表及规格书。4.5审核本专业有关设计规定。4.6

审核管道应力计算书。

4.7

认真填写《设计文件校审卡》（QT/SLECC 007.06-2003）。4.8

按规定签署设计文件。

4.9

对审核的压力管道设计质量负责。5 审定人

5.1负责审定设计原则，对设计所采用的技术的合理性、安全可靠性、技术经济合理性等重大原则问题负主要责任。

5.2参加压力管道设计中的重大设计原则和设计方案的评审。

5.3对 GA1、GC1－

1、GC1－4管道的管道布置图等需四级签署的设计文件进行审定。

5.4对设计、校核、审核人之间技术分歧作出最后的决定。5.5主持压力管道设计的设计评审。

5.6

按规定签署设计文件，对设计文件进行质量评定。5.7 对所审定的压力管道设计质量负责。6 技术负责人

6.1 负责指导压力管道的技术工作和长远规划，主持制定压力管道设计技术开发和基础工作计划，并组织实施。

6.2负责组织设计方案评审及解决设计中存在的重大技术问题，组织压力管道设计管理制度的制、修订工作、年度综合报告和设计单位资格认证换证工作。6.3负责组织压力管道各级设计人员的技术培训、业务考核及技术交流，负责提高各级压力管道设计人员的技术素质。

6.4

负责组织学习和贯彻执行国家的建设方针和政策。

2.《管道》教学设计 篇二

关键词：工业管道,应力计算,Caesar II

一、管道柔性的概念及应力计算的目的

管道的柔性是反映管道变形的难易程度的一个物理概念, 表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。应力的目的是使整个管道系统具有足够的柔性, 以防止由于管道的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况:

1. 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏。

2. 管道连接处产生泄漏。

3. 管道推力或力矩过大, 使与其连接的设备产生过大的应力或变形, 影响设备正常运行。

4. 管道的推力或力矩过大引起管道支架的破坏。

管道应力计算可以有效的在满足安全性的前提下, 可以合理的布置管架, 精确的计算管架的个数及承载力, 从而减少不必要的投资。另外, 还可以使管道走向最优化, 避免管道设计中不必要的工程投资, 为管道布置、安装、配置等提供科学依据。

二、应力计算的评定标准

1. 力和力矩的判断

当计算的力/力矩不超过许用力和力矩时, 即视为是安全和可靠的许用的力和力矩值 (范围) 来自:

(1) 设备 (产品) 厂商提供的符合国内外同类产品制造和检验标准要求的接管口许用载荷值。

(2) 相关设计专业提供的符合标准要求的接口许用载荷值。

(3) 当以上两点不能提供时, 可由提供方 (或专业) 予以协调确定并使问题得到解决 (包括采用其他附加保护措施) 。

2. 应力的判断

(1) 一次应力:当一次应力的计算结果不超过管道的许用应力时, 即视为是安全和可靠的。

(2) 二次应力:当二次应力计算结果不超过管系工作 (设计) 状态下的许用应力范围时, 即视为是安全和可靠的。

(3) 偶然应力:偶然应力包括自重、压力和其他偶然外载 (如风载荷、地震载荷、水冲击、安全阀/调节阀作用反力等) 共同引起的管道纵向应力不超过1.33倍材料在最高操作温度下的许用应力, 即视为安全和可靠的。

三、影响管道柔性的因素

管道的柔性不仅与管道中各管段单元的结构尺寸有关, 而且它还与管道的空间形状有关。一般情况下, 管道拐弯越多其柔性越好。因此, 在管道设计时, 如果将管道布置成一个有较好柔性的空间几何形状, 就可有效的降低由管道热胀或附加位移而产生的应力水平, 也可有效的降低管道对相连设备和约束点的附加力。总体来讲, 影响管道柔性的因素有管单元的规格及尺寸、管道的空间几何形状、管道端部的刚度、管道中间的支撑以及管道中存在的特殊管道元件等。

1. 管径和壁厚的影响

减少管道元件的直径或壁厚, 可以有效的减少管子 (管道) 对端点的推力。管道元件的直径和壁厚越小, 管道的柔性就越好。

2. 管道的空间几何形状影响

增加管道中弯头的数量, 管道的柔性将增加。因为, 其一, 弯头增加相当于增加了变形点的数量, 从而使一定的膨胀量分配到更多的单元上吸收;其二, 弯头自身的刚度较小, 容易变形, 这是因为弯头或者弯管在承受弯矩后, 其横截面会发生椭圆化或扁平化, 从而使得其截面惯性矩或者抗弯 (抗扭) 截面模量减小。

3. 管道端部相关设施刚度的影响

大多数管道的两端都是与设备管口连接的。如果将设备管口视为固定端, 会使得管道变形困难。如果将三个角位移放开, 那么管道的应力水平会降低许多, 经常进行计算机算题的人员都有这个体会。所以降低设备管口的刚度, 也有利于管道的变形。

4. 管道支吊架约束的影响

选用不同的支吊架可以局部控制管道的变形或位移, 从而改变了管道的柔性。

5. 刚性元件和柔性元件的影响

刚性元件泛指刚度比较大的管道元件, 如法兰、阀门、小型管道设备等。由于刚性元件的刚度较大, 自身难以变形, 同时它在管道中也将牵扯到与其相接的其他管道元件的变形, 从而降低了管道的柔性。

柔性元件泛指刚度较小的管道元件, 如波纹管膨胀节、填料函膨胀节等。与刚性元件相反, 由于柔性元件刚度较小, 容易考自身的变形来吸收管道的热胀, 从而能有效的降低管道中的应力水平和便捷的附加力, 也就是说它有效的增加了管道的柔性。

四、管道柔性判断的常用的几种简单办法

管道柔性分析的方法一般分为经验判断法、简单计算法和详细分析法三种。原则上, 应尽量采用简单计算法快捷的计算出结果, 尽可能少的使用计算机辅助应力分析软件, 以节省工作时间和相关应力分析软件使用的成本。一般来说, 每个大型的工程公司均有一套成熟的用于简单计算管道柔性的方法, 以下选择五种具有代表性的简单计算法进行介绍:

1. ANSI判断方法

(1) 对于输送非毒介质的管系, 可依据ANSI B31.1/B31.3介绍的判断式进行判断。需要说明的是, ANSI的判断式做了如下的假定:

管段两端为固定点。

管段内管子的直径、壁厚、材料都是一致的。

管段上无其他支管引出。

管段的等效循环次数少于7000次。

判断式为:D0Y/ (L-U) 2≤2.08×105SA/EA,

式中:D0为管子外径, mm;Y为需要由管系吸收的总变形合成值, mm;L为两固定点之间管道的展开长度, m;U为两固定点之间的直线距离, m;SA为许用位移应力范围, Mpa;EA为材料在20oC下的弹性模量, Mpa。

2. 凯洛格图解法

(1) 凯洛格图解法, 是通过把管系看成无重量的弹性线, 一种管径, 同一材料, 无阀门, 无支座, 无分支;基础图形“L”形, 计算管系短臂L2必要的长度来计算管道是否具有足够的柔性, 见图1。

L形补偿器短臂长度L2的计算:

求得 (σA为许用应力范围, 单位:MPa;e为单位线胀量, 单位:cm/m) ;

从图2中查的系数K值;

L形补偿器短臂长度L2=KL1

3.凯洛格公式法

式中:L2-计算管段长度, m;Δ-主管在分支点位移量, cm;E-弹性模量, kg/cm2;D0-管子外径, mm。

凯洛格公式法可以代替凯洛格图解法做一般原则上的判断, 同时, 必须强调的是凯洛格公式法的适用条件和局限性是与凯洛格图解法是一样的。

4. 国内常用公式法

式中:L2-“L”形补偿的短臂长度, m;Δl-长臂L1的热胀量, mm;D0-管子外径, mm;

5. 导向悬臂法

式中:L-计算管段长度, m;Δ-主管在分支点位移量, cm;E-弹性模量, kg/cm2;DN-管子公称直径, cm

6. 以上五种简单计算法的总结

以上简述的五种常用的简单计算法作为简单的柔性判断来说, 结果一般偏于安全的, 且均存在自己的适用性和局限性, 建议价格昂贵的合金钢管系还是应该考虑详细分析法, 在确保安全的前提下设计出最经济的管系。同时, 对于敏感设备, 比如是转动设备以及压力容器的管口受力和力矩的校核, 我们仍然建议采用详细分析法以保证安全。

五、计算机辅助软件Caesar II软件进行柔性分析综述

计算机辅助进行应力计算工作, 具有方便快捷和计算结果准确、精度高等特点。目前, 工程行业管道应力专业比较常用的软件有Caesar II和Auto PIPE。结合行业特点, 由美国COADE公司研发的Caesar II软件作为目前在国际上公认的软件之一, 正越来越多的被用于计算机辅助柔性分析中去。Caesar II解决的管道应力主要问题:

1. 使管道各处的应力水平在规范允许的范围内;

2. 使与设备相连的管口载荷符合制造或公认的标准 (如NEMA SM23、API-6 1 0、API-6 17等) 规定的受力条件;

3. 使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME第八卷许用应力范围内;

4. 计算出各约束处所受的载荷;

5. 确定各种工况下管道的位移;

6. 解决管道动力学问题, 如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等;

7. 帮助管道布置设计人员对管系进行优化设计。

Caesar II软件功能基本齐全, 程序可以计算管道由内压、自重、热膨胀和端点位移等载荷所产生的应力和各点的位移, 还可以考虑管道的非线性约束, 例如管道与支架之间的摩擦力、限位支架的间隙等, 此软件还可以模拟波形补偿器, 并计算管道与设备管口连接的管口的柔性和设备管口处的局部应力。另外, 程序可以进行法兰的泄漏计算工作。

Ceasar II软件的使用就不做过多的阐述, 主要结合作者使用Caesar II软件进行柔性分析中的不足进行阐述。Caesar II软件是基于有限元的方法, 将管道系统视为各个梁单元。在计算大直径薄壁管道时, 往往发生管道界面由于受力变形会产生椭圆化的情况, 从而影响该处的柔性系数和应力增大因子, 从到导致管道的应力不能真实的计算。一般来说, 考虑使用其他局部有限元计算软件比如FE/PIPE对三通和弯头进行局部分析, 再将计算结果带入进Caesar II软件进行整体的应力分析, 这样的计算结果相对来说是比较可信的。另外, Caesar II软件在反映支架的支承是通过Node来完成, 也就是通常说的点支撑, 在作者看来这种特点与真实的情况是存在误差的。不管支承的管径有多大, 管道与支架接触的总是以一个面的形式出现, 而软件模拟中最常出现的支承点杠杆效应在真实情况下是很少发生的。另外, 软件在正确反映弯管处假腿的模拟是存在误差的, 一般来说, 假腿与弯管直接焊在一起, 相当与提高了弯管的刚度, 相应的弯头的柔性系数减少, 而应力增大系数会增加, 这对于一些大尺寸的管道来说尤其的明显。弯头柔性系数的减少, 而Caesar II不能计算弯头处的柔性系数, 那么直接使计算出来的设备管口的反作用力偏小, 对于敏感设备比如泵、压缩机等来说风险就相对较大。以上这些问题是在应力计算中笔者经常遇到的困惑, 也是笔者认为影响计算精确性的主要因素, 随着项目的规模越来越大, 这些问题也必将越来越被重视。

总结

随着工业的发展, 石化、化工、电力、医药领域装置规模的大型化, 大口径管道的增多, 使得工业管道的应力分析越来越受到重视。文章通过对管道柔性设计的目的的阐述, 分析了影响柔性设计的几个主要因素, 另外总结了几种快速辨别管道柔性的计算方法, 为专业技术人员能够方便、快捷地判断管道的柔性是否具备足够的柔性提供了有力的支持, 另外, 对计算机辅助详细设计进行了一些常见问题的分析, 尽可能的保证计算的正确性。总之, 管道应力计算为避免管道设计中不必要的工程投资, 为管道布置、安装、配置等提供科学依据。

参考文献

[1]吴德荣等.化工工艺设计手册 (第四版) , 北京, 化学工业出版社, 2009.6.

[2]宋岢岢.工业管道应力分析与工程应用, 北京, 中国石化出版社2011.1.

[3]ASME B31.3 Process Piping, 2008.

[4]Kannappan, Sam.INTRODUCTION TO PIPING STRESSANALYSIS, 1986.

3.室内燃气管道设计方案浅析 篇三

【关键词】室内;燃气管道;设计;安全;美观

Inquiring Into Design And HiddenDanger Of Indoor

Gas Pipeline

ZHANG Hai—bo

(Jiamusi China Gas,Heilongjiang Jiamusi 154002,China)

Abstract:This article summarizes inquiring into design and safe hidden danger of indoor gas pipeline. It advances the solution of unifying design and safe of indoor gas pipeline.

Key words：indoor; gas pipeline; design; safe; good-looking

一、多层室内燃气管道的设计

1、设计室内燃气管道立管的位置选择

a、室內厨房的烟道、灶具、排烟罩及水盆在一侧，由于市场上出售的排烟罩的长都在1.1米以内。我们在确定管道立管的位置时，要尽量在烟道旁边或距烟道大于1.1米的位置上，是靠近水盆的地方，不过要保证与上水管及排水管的安全距离（燃规中的10.2.36与相邻管道，在平行敷设时要保证燃气管道、相邻管道的安装与和维修，在交叉敷设时要大于2cm的净距）。

b、阳台是厨房时，灶具、排烟罩和烟道在一侧，水盆在另一侧我们在确定厨房在阳台的管道立管位置时，就要在烟道的旁边或在阳台外侧。

2、设计室内管道中燃气表的位置选择

a、厨房在室内，当厨房在室内时，室内的空间较大，我们一般采用高位挂表方式，在燃规的10.3.2第4条中表底距地面不宜小于1.4米，当燃气表装在燃气灶具上方时，燃气表与燃气灶的水平净距不得小于30cm的规定，这样我们在考虑用户挂排烟罩的同时，立管与烟道之间的距离就不够挂表了，燃气表就要挂在立管的另一侧（如图）。

b、厨房在阳台，当厨房在阳台时，由于厨房的外墙与烟道之间的净距不足1.5米，不能满足高位挂表的技术要求，只能用低位挂表方式，在燃规的10.3.2第4条中表底距地面不得小于10cm的规定，燃气表安装在橱柜时，橱柜内不得存放易燃、易爆物品，橱柜的形式应具有自然通风的功能。

3、室内燃气管道与电源插座的距离问题

在室内燃气管道的设计与施工中，发现每一层的电源插座并不在一条垂直线上，这样给我们立管与燃气表位置的选择增加了难度，在燃气管道难以保证燃规中10.2.36室内燃气管道与电气设备的净距不应小于表1的规定的时候，倘若漏电，有可能击穿燃气管道造成燃气泄漏的危险，我们采用硬质塑料套管并用热覆膜将其固定在管道上，套管两端与电源插座的距离大于150mm的办法，这样也符合燃规这条下的注1、当明装电线加绝缘套管且套管的两端各伸出燃气管道10cm时，套管与燃气管道的交叉净距可降至1cm。2、当布置确有因难时，在采取有效措施后，可适当减少净距的规定。

注：1、当明装电线加绝缘套管且套管的两端各伸出燃气管道10cm时，套管与燃气管道的交叉净距可降至1cm。

2、当布置确有困难，在采取有效措施后，可适当减小净距。

二、高层室内燃气管道的设计

高层室内燃气管道中除了应用多层室内燃气管道的设计，还应注意以下几个方面。

1、燃气的附加压力

由于燃气和空气的容重不用，燃气轻于空气，因此当管道的高程有变化时就会产生附加压力。附加压力有正有负，在计算楼内管道时，特别是在高层建筑中附加压力的作用较大，不可忽视，民用天然气具的额定压力的2000Pa，灶前压力在0.75-1.5倍额定压力时，燃具能正常工作。超出此范围，燃具的热效率低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火现象，严重时引发事故。

附加压力可按下式计算：△p=H(Pk-Pr)×10

式中：△p---燃气的附加压力（Pa）；

H---燃气管道始、末端的高程差（m）；

Pk---空气的密度（kg/m3）；

Pr---燃气的密度（kg/m3）；

一般来说，立管高度高出110米时，有必要采取措施，减小附加压力对管道的影响。

解决附加压力有几种措施：

a、在燃气立管上增加调节阀。

b、减小调压箱低压最大出口压力。

c、通过管道水力计算，增加管道的阻力；

2、高层燃气立管自重的影响

高层建筑由于高度高，燃气的立管长，其自重就很大，燃气立管上就会产生压缩应力，由于安装时环境温度与管道的温度不同，又会产生热应力，在这两种应力的影响下，燃气管道会产生变形，扭曲、断裂、引发事故。解决的措施为对高层建筑的燃气立管加设固定支架，并每隔几层设置一个固定支架，固定支架可按下列原则设置：燃气立管高度35m70m时，至少设两个或两个以上的固定支架。在两个固定支架之间必须设置伸缩补偿器。

3、高层建筑的沉降影响

建筑物在建成后的几年内有着明显的沉降，其沉降对燃气引入管的影响非常严重。建筑物在沉降时，对于静止的引入管就要造成不同成度的损坏，当建筑物沉降量比较大时，燃气引入管就会出现损环、断裂、漏气、易引发事故。因此对于设计高层燃气管道这一环节非常重要，一定要采取措施保护好引入管。

解决的措施为：

a、在出地水平管上加设金属软管；

b、在引入管穿墙加钢套管，钢套管须大引入管三个规格。

三、室内燃气管道存在的安全隐患

在人们对居住环境要求美观的今天，人们在装修室内时，往往把所有露在外面的各种管线都要作暗处理的。这样对我们来说就要存在安全隐患了。以下是我在做设计时所遇见的几种情况：

1、在室内的燃气立管采用的是镀锌钢管，现在的用户在对厨房装修时，在靠烟道这侧都要上下打柜，燃气的立管在中间有外露的，用户有改变立管位置或把立管暗埋的想法，这样管道除增加弯头增加阻力外，还有暗埋对管道防腐的破坏。

2、燃气表后的燃气管道也是暴露在外的，用户往往把表后管埋在墙内的，这样我们就要要求埋在墙内的表后管用铝塑管同时不能有接头，管件不能埋在墙内。

3、低位挂表时，表在下厨柜内时，单叉球阀必须安装在柜外或在靠近柜门口。我们地区近两年用户在使用低位表时，往往存在不关单叉球阀只关灶具的阀门的现象。其原因单叉球阀在厨柜的内侧不好开关。

4、在近两年的设计中，接触到的敞开式厨房越来越多（有一些厨房与客厅之间是贯通的），这种现象是不符合燃规的，是不能做设计的，这样一栋楼就要有能用管道气的，有不能用的，大多的开发商都提出要改建筑图，在厨房与客厅之间加一扇门。我们规范允许了，我们的设计可以进行了，不过这个门在实际中存在的很少（用户在装修使用时是不会流下来的），这样安全隐患也就存在了。

结束语

以上只是我在平时的设计工作中结合实际得出的一些微不足道结论，有不合理的地方请各位专家领导对此提出宝贵意见，我会改正不足之处，使我的设计水平能有所提高。更有信心能够完成今后的设计任务。为进一步改善室内燃气管道设计的工作，做出贡献。让我学的多，成长的快。

参考文献

[1]《建筑设计防火规范》GB50016-2006

[2]《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）

[3]《城市热力网规划设计规范》（CJJ34－2002）

4.压力管道设计工作程序 篇四

1.适用范围

本规定适用于压力管道设计的各设计阶段的管理。设计阶段包括设计前期工作可行性研究报告、项目预可行性研究，项目建议书等、初步设计和施工图设计

2.工作职责

2.1 主管院长负责工程项目组人员的批准。

2.2 所长负责《工程项目工程项目开工报告》的一审，院总工（副总工）负责二审，主管副院长负责批准。

2.3 项目负责人负责按规定要求控制各个设计环节，并对承担的工程项目的总体质量负责。

3.管理程序

3.1 设计策划

3.1.1 设计所在接受压力管道设计任务后，推荐项目负责人，组成工程项目组，由主管副院长批准。

3.1.2 项目负责人要了解工艺流程及压力管道重大技术方案和重要非标准设备的工艺和结构要求。

3.1.3 项目负责人组织并参加设计方案的制定及对有关压力管道进行设计准备，主管院副总工程师对重大设计技术方案的策划进行审核。

3.1.4 项目负责人编制《工程项目开工报告》，院管工程由设计所所长（副所长）第一审核，院总工（副总工）第二审核，主管副院长批准。所管工程由所总工（副总工）审核，所长（副所长）及院主管副总工程师批准。27

3.1.5 确定具备资格的设计、校核、审核、审定人员，按《压力管道设计各级人员考核制度》和《压力管道设计技术责任制》的规定明确各自职责。

3.2 组织和技术接口

3.2.1 外部接口

由项目负责人或专业负责人对外部提供的信息形成文件，定期评审，外部接口包括：设计委托书、批文、资料函件及顾客提供的设计条件和相关资料的收集。

3.2.2 内部接口

a）明确各专业设计分工范围及协作关系

b）所有内部接口资料应形成文件，填写《设计条件及资料提供单》，经专业负责人和项目负责人审查签字。接受专业应判明内容，名称统一后签收，当发现不适用时，要求重新提出资料文件。

3.3 设计输入

在项目各阶段及各专业展开设计工作前，所有输入资料都必须形成文件。

3.3.1 输入内容

a）压力管道设计委托资料，审批文件；

b）压力管道设计基础资料，包括工程地质、气象、地形、水文、规划、地震等现状资料；

c）压力管道设计中拟采用的新工艺、新设备；

d）主要材料的选用；

e）现行有效的相关法律、法规、标准、规范。

3.3.2 设计输入评审

在《工程项目开工报告》编制后进行设计输入评审，由项目负责人组织各专业负责人评审，并对设计输入内容进行指导确认，填写《设计输入

评审表》，所总工（副总）负责审核。

3.4 设计输出

3.4.1 输出内容要求

a）压力管道设计项目可行性研究报告、初步设计及施工图设计文件应符合《工程设计文件组成及深度规定》。

b）各文件编制格式应符合《工程设计文件编制规定》。

c）概预算应按工程设计概（预）算管理有关规定执行。

d）向顾客提交设计说明、设备材料表、设计概（预）算，设计图纸及压力管道设计计算书。

3.4.2 设计输出评审

压力管道设计输出文件发放前应进行评审。

a）可研报告和初步设计文件，应执行《院管工程项目可行性研究报告（含规划）和初步设计管理办法》并填写《审核记录单》。所管工程要参照类比执行。

可研和初设的图纸和施工图设计由校核人、审核人、审定人依照《压力管道设计技术责任制》对图纸、计算书进行校审，并填写《校审单》。

b）评审不合格或签署不全，由项目负责人、专业负责人、设计人修改完善至达到规定要求。

c）对施工图设计，由项目负责人组织各专业负责人、设计人按《工程设计相关专业协调工作制度》进行会签。

3.5 设计评审

3.5.1 评审内容

a）对各阶段输入、输出阶段成果是否满足设计委托、标准规范规定的要求。

b）发现和纠正设计缺陷和不足，保证输出满足输入要求。

c）评价满足质量特性要求的能力，发现存在问题，提出解决办法。

3.5.2 评审方式

采用会议形式进行评审。

评审会由所总工（副总）主持。参加人为主管副院长或主管院副总工、所长（副所长）、所总工（副总工）、项目负责人、专业负责人等参加，必要时可邀请顾客代表参加。

3.5.3 评审会由项目负责人填写《设计评审纪要表》。

3.6 设计验证

在设计的适当阶段对设计成果进行设计验证，确保设计阶段的输出满足设计阶段输入的要求，并形成文件和记录。

3.6.1 验证范围

a）压力管道基础设计资料，专业间配合数据及图纸。

b）输入、输出数据及计算书。

c）图纸及文件。

3.6.2 验证形式和方法

a）设计验证的基本形式是设计校审。

b）必要时可采取如下方法验证：

①进行复核计算（或交换方式进行计算）；

②将新设计与证实的类似设计、设备材料进行比较；

③试验和证实。

c）如采取（b）款验证方法应由校审人填写《设计验证记录》。

3.7 设计确认

在各阶段成功的设计验证之后，进行设计确认，如有不同预期用途，也可以进行多次确认。

3.7.1 设计确认是在压力管道设计文件发送顾客之后，由顾客或上级主管部门确认。设计确认一般为：

a）工程规划、预可行性研究，可行性研究审查；

b）初步设计审查；

c）施工图交底。

3.7.2 确认方式

a）会议确认，由业主或上级部门主持召开，根据需要我院有关人员参加会议。会议确认结果由会议主持单位发布正式确认文件。

b）由业主或上级部门以文字或批文方式确认。

3.8 设计更改

按《压力管道设计文件签署、审批、变更制度》文件执行。

4．相关文件

《设计过程控制程序》NCMD-QMS7-B1-2002

编制：郭懋宏徐扬纲

审核：及鹏

5.海底管道检测体系设计思考论文 篇五

海底管道检测信息管理系统采用C/S模式，以Oracle9i作为数据服务器、ArcSDE为空间数据库引擎，基于GIS二次开发平台ArcEngine9.3，在.NET环境下使用C#编程语言开发而成。系统分为数据管理模块与成果表达模块：数据管理模块主要包括系统数据建库和维护，同时具有海底管道检测数据入库、成果数据生成、数据查询等功能；三维显示模块可以基于本地或数据库中的检测成果数据，进行海底浅层空间形象、直观的表达，具有三维海底管道模拟、三维管道叠加分析和查询、成果数据查询以及三维模拟飞行等功能。

海底管道检测信息管理系统的数据以Oracle数据库存储为主、本地文件数据为辅的混合策略。在Oracle数据库中，海底管道检测数据分为原始数据库与成果数据库两类。①原始数据库：由海底管道状态数据、管道节点坐标数据以及地形和剖面高程点数据等矢量数据与侧扫声纳数据栅格影像组成，其特点是数据量大、操作较频繁。为了加快数据加载与地图显示，原始数据库采取“纵向分库、横向分层”存储策略：一次检测数据用一个图库进行管理；同一次检测的数据按照类型进行分层存储，用数据集管理矢量分层数据与栅格数据。②成果数据库：由属性数据组成，不包含任何图形数据。管道海底状态成果表、海底管道坐标成果表以及管道节点平面偏差表采用Oracle数据库中普通数据表存储；海底地形图、管道剖面图等AutoCAD数据在Oracle数据库中，以Blob（二进制大对象）字段进行存储。所有海底管道检测成果数据保存在同一个成果数据库，当进行成果数据查询时，可以减少跨表查询的时间消耗。为方便用户之间数据的交流，系统提供对本地数据的支持，包括本地常见矢量格式、栅格影像格式的数据显示；同时支持水下地形高程点数据生成的数字高程模型（TIN）数据三维显示。

海底管道检测信息管理系统分为数据管理模块与成果三维表达模块。数据管理模块主要解决海底管道检测数据的处理、入库、编辑和查询等工作，可概括为数据处理和数据查询两大功能。数据处理包括海底浅层声学探测原始数据和成果数据的入库、一致性检查、数据编辑、成果生成等功能；成果数据入库功能是对系统使用前的成果数据进行管理；数据查询包括对所有成果数据的查询，查询方式包括空间查询和属性查询两种。数据管理模块中原始数据一致性检查是指对原始数据中的海底状态数据和管道节点数据进行一致性检查，对于裸露和悬空状态的管道，管顶应在海床面之上，即管道埋深为正值；而对于埋深状态的管道，管顶应在海床面之下，即管道埋深为非正值。原始数据编辑是指一致性检查后，如果存在不一致的情况，则需要进行数据编辑。数据编辑主要是对海底状态数据和管道节点数据的编辑。成果生成是指基于一致性检查合格的原始数据，生成管道海底状态成果表、海底管道坐标成果表、管道节点平面偏差成果表等成果三维表达模块主要是海底管道检测信息的显示、分析与查询，主要包括海底浅层空间的三维场景创建、海底管道的三维表达与起点距标注、不同检测批次的海底管道数据比较分析、成果数据的查询与显示以及三维场景中沿管道的飞行模拟控制与视频导出功能。其中三维场景创建是指通过地形测点数据建立海底地形DEM、通过管道节点坐标建立三维管道、通过浅地层剖面数据建立三维海床等功能，同时将经过地理编码过的侧扫声纳Tiff图像作为纹理，加入到三维场景中。海底管道使用ESRI的三维线模型进行表达[3]，可以设置管道的直径、颜色；起点距标注内容来自管道节点中某个字段或外部的Txt文件；不同检测时间的海底管道数据以1000m作为采样间隔进行叠加分析比较，按照XY平面坐标偏差或者高程偏差两种方式显示，比较结果数据可以保存为图像文件。三维场景飞行模拟时，同步显示三维管道叠加分析的结果，包括海底管道垂直偏差、平面偏差以及海底管道管顶与海床高度比较。

6.全国压力管道设计审批人员培训 篇六

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全国压力管道设计审批人员培训

北京艾思弗计算机软件技术有限公司

管道应力

1.管道应力分析基础知识 2.管道的柔性设计 3.管道支吊架的设计 4.往复式机泵管道的防振设计 5.管道的抗震设计

第一节 管道应力分析基础知识

压力、重力、风、地震、压力脉动、冲击等外力 载荷和热膨胀的存在，是管道产生应力问题的主 要原因。其中，热膨胀问题是管道应力分析所要 解决的最常见和最主要的问题。通俗来讲管道应力分析的任务，实际上是指对管 道进行包括应力计算在内的力学分析，并使分析 结果满足标准规范的要求，从而保证管道自身和 与其相连的机器、设备以及土建结构的安全。一般来讲，管道应力分析可以分为静力分析和动 力分析两部分。

静力分析是指在静力载荷的作用下对管道进行力学分析

① 压力、重力等荷载作用下的管道一次应力计算防止塑性变形破坏； 压力、重力等荷载作用下的管道一次应力计算防止塑性变形破坏 防止塑性变形破坏； 热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的管道二次应力计算--② 热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的管道二次应力计算--防止疲劳破坏； 防止疲劳破坏； 管道对机器、设备作用力的计算防止作用力过大 保证机器、防止作用力过大，③ 管道对机器、设备作用力的计算防止作用力过大，保证机器、设备 正常运行； 正常运行； 管道支吊架的受力计算未支吊架设计提供依据 未支吊架设计提供依据； ④ 管道支吊架的受力计算未支吊架设计提供依据； 管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏 防止法兰泄漏； ⑤ 管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏； ⑥ 管系位移计算防止管道碰撞和支吊点位移过大。管系位移计算防止管道碰撞和支吊点位移过大。防止管道碰撞和支吊点位移过大

动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的振动分 析。

① 往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析防止气（液）柱共 往复压缩机（管道气（柱固有频率分析防止气 防止气（振； 往复压缩机（管道压力脉动分析控制压力脉动值 控制压力脉动值； ② 往复压缩机（泵）管道压力脉动分析控制压力脉动值； 管道固有频率分析防止管道系统共振 防止管道系统共振； ③ 管道固有频率分析防止管道系统共振； 管道强迫振动响应分析控制管道振动及应力 控制管道振动及应力； ④ 管道强迫振动响应分析控制管道振动及应力； 冲击荷载作用下管道应力分析防止管道振动和应力过大 防止管道振动和应力过大； ⑤ 冲击荷载作用下管道应力分析防止管道振动和应力过大； 管道地震分析防止管道地震力过大 防止管道地震力过大。⑥ 管道地震分析防止管道地震力过大。

管道上可能承受的荷载

重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； 压力荷载，包括内压力和外压力； 位移荷载，包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承 沉降等； 风荷载； 地震荷载； 瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压 力冲击； 两相流脉动荷载； 压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动； 机械振动荷载，如回转设备的简谐振动。

节点的定义

由于目前管道应力分析软件所采用数值分析方法均为有限元法，所以分析计算时，首先要将管系通过节点划分为有限个单元，建 立管系的计算模型。管道应力分析轴测图上感兴趣的点称为节点。在应力分析计算过程中必须通过这些点给计算软件提供信息和获 得信息。

通常管系中下列各处应编制节点

? ? ? ? ? ? ? ? ? 管道端点； 管道约束点、支吊点和给定位移处； 管道方向改变点或分支点； 管径、壁厚改变点； 保温厚度、保温材料改变点； 管道计算温度、计算压力改变点； 管道外力荷载改变处； 管道材料改变处（包括刚度改变处，例如刚性元间、膨胀节）； 需要了解分析结果（例如跨距较长的跨中点处）； 动力分析须增设节点。

管道应力分析提交计算书要求

管道应力分析计算书一般包括以下内容：

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 主要输入数据； 管道一次应力的校核结果； 管道二次应力的校核结果； 管道端点和各约束点、与机器设备的连接点、固定点、支吊点、限位 点和导向点以及位移给定点处的安装状态和操作状态的受力； 各节点处安装状态和操作状态的位移和转角； 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息； 离心压缩机、汽轮机、离心泵等转动机器的受力校核结果； 往复压缩机、往复泵管系的固有频率； 经分析计算最终得到的管道轴测图，包括支吊架的位置及型式、膨胀 节位置等信息。

向相关专业提交的分析计算结果主要有：

① ② ③ ④ 向配管专业提交管道应力分析计算书； 向设备和机械专业提交需要其确认的设备和机器受力； 如果支撑点、固定点、限位点、导向点的荷载较大，应向土建专业提 交荷载数值； 将往复压缩机的管道布置和支架设置提交压缩机制造厂确认。

管道应力分析结果应能满足以下要求：

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 管道上各点的一次应力值应满足标准规范的要求； 管道上各点的二次应力值应满足标准规范的要求； 管道对机器、设备管口的推力和力矩应在允许的范围之内； 管道对支吊架和土建结构的作用力应在允许的范围之内； 往复机泵管道的固有频率应避开共振区； 管道的位移量应能满足管道布置的要求； 输油、输气管道的刚度和稳定性应满足标准规范的要求。

大多数情况下，不可能由计算程序计算一次便得到满意 的结果，因此需要对计算模型进行反复修改，直至计 算结果满足标准规范要求。如须对管道布置及支吊架 进行必要的修改，应力工程师应与配管工程师紧密配 合共同商讨，得到满意的修改方案。

计算结果不满足要求时，通常存在以下问题： a)b)c)d)一次应力超标：缺少支吊架； 二次应力超标：管道柔性不够或三通需加强； 冷态位移过大：缺少支吊架； 热态水平位移过大：缺少固定点或∏形弯、管托应加长； e)机器、设备受力过大：管道柔性不够、支吊架设置不 合理； f)固定支架、限位支架水平受力过大：固定点、限位点 位置选择不当或管道柔性不够； g)支吊点垂直力过大：考虑采用弹簧支吊架； h)支吊点脱空：考虑采用弹簧支吊架； i)弹簧荷载、位移范围选择不当：人为进行调整； j)计算工况组合不当：人为进行调整。

基本应力定义

基本应力定义

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 轴向应力（Axial stress）： 轴向应力（Axial stress）： 轴向应力是由作用于管道轴向力引起的平行管子轴线的正应力，： SL = FAX Am 其中 SL＝轴向应力MPa ＝轴向应力MPa Am＝横截面上的内力N mm2= π(do2 ? di 2)/ 4 ＝横截面上的内力N FAX ＝ 管壁横截面积 管道设计压力引起的轴向应力为 SL = Pdo / 4t 轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的，故此应力限制在许用应力[σ]t范围内。轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的，故此应力限制在许用应力[σ]t范围内。弯曲应力（bending stress）： 弯曲应力（bending stress）： 由法向量垂直于管道轴线的力矩产生的轴向正应力。其中： 作用在管道截面上的弯矩N.m Mb =作用在管道截面上的弯矩N.m C－从管道截面中性轴到所在点的距离mm －从管道截面中性轴到所在点的距离mm 4 4 4 I－管道横截面的惯性矩 mm = π(do ? di)/ 64 当C达到最大值时，弯曲应力最大

Smax = MbRo / I = Mb / Z SL = Mbc / I 弯曲应力在断面上是线性分布的, 弯曲应力在断面上是线性分布的,截面最外端应力达到最大时，其它地方仍处于弹性状 态，故应力限制在1.5[σ] 态，故应力限制在1.5[σ] 之内。周向应力（circumferential stress）： 周向应力（circumferential stress）： 由于内压在管壁圆周的切线方向引起的正应力。SH = Pdo / 2t 对薄壁管 径向应力（radial stress）： 径向应力（radial stress）： 由内压在管子半径方向引起的应力 剪应力（shearing stress）： 剪应力（shearing stress）： Sr = P ri ? ri ro / r2 / ro ? ri 2 2 2 2()(2)由作用在截面上的剪切力引起的应力。当C最大时，扭曲应力也最大，即C等于外半径时 最大时，扭曲应力也最大，即C τmax = MT RO / 2I = MT / 2ZCAESARII计算应力结果中有弯曲应力，轴向应力，扭转应力.CAESARII计算应力结果中有弯曲应力，轴向应力，扭转应力.然后形成规范应力与许用应力比较。轴向应力: SL = Mb / Z + Fmax / Am + Pdo / 4t 轴向应力: τ周向应力： H = Pdo / 2t S()应力分类：

一次应力是由于压力、重力与其他外力荷载的作用所 产生的应力。它是平衡外力荷载所需的应力，随外力 荷载的增加而增加。一次应力的特点是没有自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几 何可变的机构时，即使外力荷载不再增加，管道仍将 产生不可限制的塑性流动，直至破坏。二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，它 由管道热胀、冷缩、端点位移等位移荷载的作用而引 起。它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件 或管道自身变形的连续要求所必需的应力。二次应力 的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以 使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而 变形不再继续增大。二次应力引起的疲劳破坏。在管 道中，二次应力一般由热胀、冷缩和端点位移引起。

管道应力分析判据

石油化工管道一般遵循B31.3或B31.1标准 石油化工管道一般遵循B31.3或B31.1标准 B31.1电力管道标准 B31.1电力管道标准 – 一次应力（SUS）工况下的应力 一次应力（SUS）工况下的应力 – SSUS = S1 = 0.75iM A / Z + Pdo / 4t ≤ Sh – 其中： SSUS ,S1 ＝持续应力MPa ＝持续应力MPa – i－－ 强度系数（各种类型弯矩的单一系数）依据B31.1标准附录D 强度系数（各种类型弯矩的单一系数）依据B31.1标准附录D 2 2 2 – MA －由于持续载荷产生的总弯矩 =(Mx + My + Mz)– Sb －材料在设计温度下的许用应力 – 二次应力对应于CAESARII中EXP工况下的应力 二次应力对应于CAESARII中EXP工况下的应力 – SE = iMC / Z ≤ f(1.25Sc +1.25Sh ? S1 MPa)– 其中： SE＝二次应力范围 SE＝二次应力范围 – i－ 强度系数（各种类型弯矩的单一系数）依据B31.1标准附录D 强度系数（各种类型弯矩的单一系数）依据B31.1标准附录D – Mc－由于二次载荷引起的弯矩范围 =(Mx2 + My2 + Mz 2)Mc－由于二次载荷引起的弯矩范围 – Sc－材料在环境温度下的许用应力。Sc－材料在环境温度下的许用应力。– 偶然应力，对应于风载等偶然载荷下产生的应力

Socc = – 其中：Socc－偶然载荷引起的总的弯矩N.m =(Mx2 + My2 + Mz 2)其中：Socc－偶然载荷引起的总的弯矩N.m – K－偶然载荷系数（偶然载荷发生率小于运行时间1％,系数为1.2, 发生率处于运行 －偶然载荷系数（偶然载荷发生率小于运行时间1 系数为1.2, 时间的10％ 系数为1.15）时间的10％,系数为1.15）0.75iM A 0.75iMB Pdo + + ≤ KSh Z Z 4C B31.3：化工厂和石油精炼管道标准 B31.3：化工厂和石油精炼管道标准

– 一次应力：B31.3并没有提供一个明确等式来对持续应力作出定义，一次应力：B31.3并没有提供一个明确等式来对持续应力作出定义，但它仅要求工程师计算由于重力和压力引起的轴向应力并且要求它 不超过，它通常表达式为： Sh – – – – – – 其中： FAX －由于持续载荷产生的轴向力 Mi －由于持续载荷产生的平面内弯矩 Mo －由于持续载荷产生的平面外弯矩 －平面内、平面外应力增强系数，依据B31.3标准附录D ii , io－平面内、平面外应力增强系数，依据B31.3标准附录D 二次应力： [(iiMi)2 +(ioMo)2 + 4MT 2 ]1/2 4M SE = 2 ≤ SA = f(1.25Sc +1.25Sh ? S1)S1 = FAX / Am +(ii Mi)+(ioMo)2 [ 2 1/ 2 ] / Z + Pdo / 4t ≤ Sh – 其中： Mi －由于温度（二次）载荷引起平面内的弯矩范围 Mo －由于温度（二次）载荷引起平面外的弯矩范围 – MT－由于温度（二次）载荷引起的扭转力矩 – – －在环境温度下材料的基本许用应力：依据B31.3附录A Sc－在环境温度下材料的基本许用应力：依据B31.3附录A、– 偶然应力： B31.3 没有明确定义计算偶然应力的方程，在简单状态下，由于持 续和偶然载荷引起的轴向应力的总和不应该超过 Sh 的1.33倍。1.33倍。

管道、管口应力分析评估

当管子的载荷作用在泵、压缩机、汽轮机和热交换器的管口处可能会 由于载荷过大在设备管上引起较大变形，影响设备正常运转，故需对 设备管咀受力进行限制，通常制造厂提供设备管咀可承受的允许载荷，否则可参考通用标准: 否则可参考通用标准: 如NEMASM－23（蒸汽轮机）、API610（离心泵）、API617（离心 NEMASM－23（蒸汽轮机）、API610（离心泵）、API617（离心 式压缩机），API661（空冷器）等。式压缩机），API661（空冷器）等。疲劳

在管道中，二次应力一般由热胀、冷缩和端点位移引起。二次应力引 起疲劳破坏。疲劳破坏是指，在循环荷载的作用下，发生在构件某点处局部的、永久 性的损伤积累过程，经过足够多的循环后，损伤积累可使材料产生裂 纹，或使裂纹进一步扩展至完全断裂。疲劳损伤一般发生在应力集中 处，例如管道的支管连接处。疲劳破坏分为高周疲劳和低周疲劳。疲劳破坏分为高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳是指在荷载循环过程中材料中的应力始终保持在弹性范围之内，高周疲劳是指在荷载循环过程中材料中的应力始终保持在弹性范围之内，达到破坏时循环次数较高，转动机器的疲劳属于此类。低周疲劳是指荷载循环过程中应力应变变化幅度较大，材料中反复出现 正反两个方向的塑性变形，材料在循环次数较低的情况下便发生破坏。在压力管道中发生的疲劳破坏，除往复机泵管道的振动外，主要是温度 变化时管道的膨胀或收缩受到约束而产生的疲劳破坏。由于压力管道 在其使用寿命内，荷载的循环次数通常均不很高，但却可能存在较大 变形，使高应力部位达到屈服，所以要防止的主要是低周疲劳破坏。

材料强度理论 1.2.3.4.第一强度理论最大拉应力理论，其当量应力为 第一强度理论最大拉应力理论，其当量应力为 S = σ1。它认为 引起材料断裂破坏的主要因素是最大拉应力。亦即不论材料处于何种 应力状态，只要最大拉应力达到材料单向拉伸断裂时的最大应力值，材料即发生断裂破坏。第二强度理论最大伸长线应变理论，其当量应力 第二强度理论最大伸长线应变理论，其当量应力 为 S = σ1 ?υ(σ2 +σ3)。它认为引起材料断裂破坏的主要因素是最大 伸长线应变。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大伸长线应变 达到材料单向拉伸断裂时的最大应变值，材料即发生断裂破坏。第三强度理论最大剪应力理论，其当量应力为 第三强度理论最大剪应力理论，其当量应力为 S = σ1 ?σ3。他认为引起材料屈服破坏的主要因素是最大剪应力。亦即不论材料处 于何时应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料即发生屈服破坏。第四强度理论变形能理论，其当量应力为 第四强度理论变形能理论，其当量应力为 S= 1 2(σ1 ?σ2)2 +(σ2 ?σ3)2 +(σ3 ?σ1)2 他认为引起材料屈服破坏的主要因素是材料内的变形能。亦即不论材 料处于何种应力状态，只要其内部积累的变形能达到材料单向拉伸屈 服时的变形能值，材料即发生屈服破坏。

一般来讲，脆性材料，如铸铁、石料、混凝土、玻璃等，在 通常情况下以断裂形式破坏，所以宜采用第一和第二强度理论； 塑性材料，如碳钢、铜、铝等，在通常情况下以塑性流动形式破 坏，所以宜采用第三和第四强度理论。第三强度理论和第四强度理论都适用于塑性材料，考虑的都 是流动破坏。第三强度理论未考虑 σ2 的影响，第四强度理论考 虑较全面，更加精确。但与第四强度理论相比，第三强度理论表 达形式简单，并在一般情况下与实验结果相比偏于安全，且能足 够精确地应用于工程实际。在工艺管道的压力设计（壁厚的确定）过程中，以及二次应力的校核中采用了第三强度理论。

第二节

管道的柔性设计

当管道受热膨胀和遇冷收缩时，将对与其相连的机器、设备和土建结构 产生作用力，反之机器、设备和土建结构也将对管道产生反作用力，并 在管道中引起应力。当管道系统比较刚硬时，这种推力和应力都将较大，并可能导致管道和土建结构的破坏以及影响到机器、设备的正常运行。为此必须使管道系统具有足够的柔性，从而避免上述情况的发生，这就 是管道柔性设计的目的。管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸收 热胀、冷缩和其他位移变形的能力。进行管道设计时，应在保证管道具有足够柔性来吸收应变的前提下，使 管道的长度尽可能短或投资尽可能少。在管道柔性设计中，除考虑管道 本身的热胀冷缩外，还应考虑管道端点的附加位移。设计时，一般采用 下列一种或几种措施来增加管道的柔性： ① 改变管道的走向； ② 选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器； ③ 选用弹簧支架。管道柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管 道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因造成下列问题：

① ② ③ ④ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧

管道应力过大或金属疲劳引起管道破坏； 管道连接处产生泄漏； 管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力或变形，影 响设备正常运行； 管道推力或力矩过大引起管道支架破坏。操作温度大于400 0C或小于-50 0C 的管道； 操作温度大于400 或小于进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道； 进出反应器的高温管道； 进出汽轮机的蒸汽管道； 进出离心压缩机、往复式压缩机的工艺管道； 与离心泵相连的管道，参见下图； 设备管口有特殊受力要求的其他管道； 利用简化分析方法分析后，表明需要进一步详细分析的管道。

下列管道宜采用计算机分析方法进行详细的柔性设计：

管道柔性设计中计算温度的确定

管道计算温度应根据工艺设计条件及下列要求确定。

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 对于无隔热层管道：介质温度低于65 0C时，取介质温度为计算温 对于无隔热层管道：介质温度低于65 度；介质温度等于或高于65 时，取介质温度的95%为计算温度； 度；介质温度等于或高于650C时，取介质温度的95%为计算温度； 对于有外隔热层管道，除另有计算或经验数据外，应取介质温度 为计算温度； 对于夹套管道应取内管或套管介质温度的较高者作为计算温度； 对于外伴热管道应根据具体条件确定计算温度； 对于衬里管道应根据计算或经验数据确定计算温度； 对于安全泄压管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为 计算温度； 进行管道柔性设计时，不仅应考虑正常操作条件下的温度，还应 考虑开车、停车、除焦、再生及蒸汽吹扫等工况。

管道端点的附加位移

在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端 点的附加位移： ① 静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移； ② 转动机器热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移； ③ 加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移； ④ 储罐等设备基础沉降在连接管口处产生的附加位移； ⑤ 不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的 附加位移。

柔性系数和应力增大系数

柔性系数：将同一弯矩作用于管件和直管后，管件的位移与直管的位移之 比。应力增大系数：在疲劳破坏循环次数相同的情况下，作用于直管的弯曲应 力与作用于管件的名义弯曲应力之比。采用柔性系数和应力增大系数的目的，是在进行管道柔性设计时考虑弯管、三通等管件的柔性和应力增大的影响。管道中的弯管在弯矩作用下与直管 相比较，其刚度降低柔性增大，同时应力也将增大。因此，在计算管件时 就要考虑它的柔性系数和应力增大系数。而管道中的三通等管件，由于存 在局部应力集中，在验算这些管件的应力时，采用了应力增大系数使问题 简化。

管道热补偿

管道热补偿的方法有两种，即自然补偿和补偿器补偿。管道热补偿的方法有两种，即自然补偿和补偿器补偿。管道的自然补偿就是管道的走向按具体情况呈各种弯曲形状，管道利用这种自然的弯曲形状所具有的柔性补偿其自身的热膨 胀和端点位移。自然补偿的特点是构造简单、运行可靠、投资 少。

可采用下列方法增加管道的自然补偿能力：

① ② ③ 改变管道的走向，以增加整个管道的柔性； 利用弹簧支吊架放松约束； 改变设备布置。压力管道设计中常用的补偿器有三种：∏ 压力管道设计中常用的补偿器有三种：∏形补偿器、波形补偿 器和套管式补偿器或球形补偿器。∏形补偿器结构简单、运行可靠、投资少，在压力管道设计中广 泛采用。（泛采用。（∏形补偿器的设置要求： ∏形补偿器宜设置在两固 定点中部，为防止管道横向位移过大，应在∏ 定点中部，为防止管道横向位移过大，应在∏形补偿器两侧设 置导向架。导向架应与弯头有一定距离，以防止弯头处弯曲应 力过大）波形补偿器补偿能力大、占地小，但制造较为复杂，价格高，适用于低压大直径管道 套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很少采 用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用。

无约束金属波纹管膨胀节选用的注意事项：

① ② ③ ④ 两个固定支座之间的管道中仅能布置一个波纹管膨胀节； 两个固定支座之间的管道应具有同样的直径并成一条直线； 固定支座必须具有足够的强度，以承受内压推力的作用； 对管道必须进行严格地保护，尤其是靠近波纹管膨胀节的部位 应设置导向支架，第一个导向支架与膨胀节的距离应小于或等 于4DN，第二个导向支架与第一个导向支架的距离应小于或等 4DN，第二个导向支架与第一个导向支架的距离应小于或等 于14DN，以防止管道产生弯曲和径向偏移造成膨胀节的破坏； 14DN，以防止管道产生弯曲和径向偏移造成膨胀节的破坏； ⑤ 正确地进行预拉伸或预压缩量的计算。带约束的金属波纹管膨胀节有以下几种型式： ① 单式铰链型膨胀节用于吸收单平面角位移； 单式铰链型膨胀节用于吸收单平面角位移； ② 单式万向铰链型膨胀节能吸收多平面角位移； 单式万向铰链型膨胀节能吸收多平面角位移； ③ 复式拉杆型膨胀节能吸收多平面横向位移和拉杆间膨胀节本 复式拉杆型膨胀节能吸收多平面横向位移和拉杆间膨胀节本 身的轴向位移； ④ 复式铰链型膨胀节能吸收单平面横向位移和膨胀节本身的轴 复式铰链型膨胀节能吸收单平面横向位移和膨胀节本身的轴 向位移； ⑤ 复式万向铰链型膨胀节能吸收互相垂直的两个平面横向位移 复式万向铰链型膨胀节能吸收互相垂直的两个平面横向位移 和膨胀节本身的轴向位移； ⑥ 弯管压力平衡型膨胀节能吸收轴向位移和／或横向位移。拉 弯管压力平衡型膨胀节能吸收轴向位移和／或横向位移。拉 杆能约束波纹管压力推力。常用于管道方向改变处； ⑦ 直管压力平衡型膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管 直管压力平衡型膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管 压力推力。

冷紧和自冷紧

冷紧是指在安装时使管道产生一个预变形的一种方法。通过这种预变 形使管道在安装状态对设备或固定点施加一个与操作状态时相反的作 用力。冷紧的目的时将管道热应变的一部分集中在安装状态，从而降低管道 在操作状态对设备或固定点的推力和力矩，同时在安装状态下管道对 设备或固定点的作用力也应限制在所能承受的范围之内。由于冷紧可 以降低操作状态下的管道应力，对于蠕变温度下工作的管道，冷紧可 以避免或减少蠕变的发生。冷紧也可以防止法兰连接处弯矩过大而发 生泄漏。但冷紧不能改善一次应力和二次应力的校核结果。如果热膨胀产生的初应力较大时，在运行初期，初始应力超过材料的 屈服极限而产生塑性变形，或在高温和应力的持续作用下，管道中产 生蠕变或应力松弛，在管道重新回到安装温度时，将产生反向的应力，管道的固定点也相应地作用了一个与操作温度下方向相反的作用力，这种现象称为自冷紧。冷紧通常是在安装时采用将管道割短（适用于操作温度高于安装温度 情况）或加长（适用于操作温度低于安装温度情况）的方法来完成。冷紧比为冷紧值与全补偿量（安装状态到操作状态的总变 形值）的比值。冷紧比的数值在0 形值）的比值。冷紧比的数值在0—1之间，冷紧比为0时 之间，冷紧比为0 表示没有冷紧，冷紧比为1时表示100%冷紧。表示没有冷紧，冷紧比为1时表示100%冷紧。冷紧有效系数是指实际有效的冷紧值与理论冷紧值之比。考虑到在实际管道安装过程中理论冷紧值往往难以完全实 现，所以一般将冷紧有效系数取2 现，所以一般将冷紧有效系数取2／3.与转动机器相连的管道不宜采用冷紧。由于转动机器管道 在安装时要求对机器的作用力尽可能小，以满足标准规范 对管道法兰与机器法兰间的同轴度和平行要求，如果采用 冷紧这一要求将无法满足。

第三节

管道支吊架的设计

支吊架是管道系统的重要组成部分，支吊架的设计是管道设计中的 重要环节。如果支吊架设计不当，不能承受管道重量等引起的荷载，将可能导致管道一次应力超标。另外，通过支吊架的设置换可以对 管系的变形加以控制，从而减小管道的二次应力和管道对设备的推 力，保证管道与设备的正常运行。对于往复机械的振动管道，通过 设置适当的支架还可以达到减小管道振动的目的。管道支吊架的功能主要可以概括为：承受管道荷载、限制管道位移 和控制管道振动三个方面。支吊架的种类多种多样，但从功能和用 途可划分为承重支吊架、限制性支架和防振支架三大类。

① ② ③ ④ ① ② ③ ① ② 承重支吊架的作用是承受管道荷载，可细分为： 刚性支吊架； 可调刚性支吊架； 可变弹簧支吊架； 恒力弹簧支吊架。限制性支吊架的作用是限制管道位移，可细分为： 固定支架； 限位支架； 导向支架。防振支架的作用是控制管道振动，可细分为： 防振管卡； 阻尼减振器

管道支吊架的选用原则如下：

① ② ③ a)b)c)d)e)f)g)④ a)b)c)d)应按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工 作温度、是否保温或保冷、管道的材质等条件选用合适的支吊 架； 设计管道支吊架时，应尽可能选用标准管卡、管托和管吊； 焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省钢材，且制作简 单，施工方便。因此，除下列情况外应尽量采用焊接型的管托 和管吊： 管内介质温度等于或大于400C的碳钢管道； 管内介质温度等于或大于400C的碳钢管道； 输送冷介质的管道； 输送浓碱液的管道； 合金钢材质的管道； 生产中需要经常拆卸检修的管道； 架空敷设且不易施工焊接的管道； 非金属衬里管道。为防止管道过大的横向位移和振动，一般在下列位置设置导向 管托，以保证管道只沿轴向位移； 可能产生振动的两相流管道； 横向位移过大可能影响临近管道时； 固定支架之间的距离过长，可能产生横向不稳定时； 设计只允许有轴向位移时。

⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨

当架空敷设的管道热膨胀量超过100mm时，应选用加长管托，当架空敷设的管道热膨胀量超过100mm时，应选用加长管托，以免管托滑到管架梁下； 凡支架生根在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所 用垫板的条件； 对于荷载较大的支架，其位置要事先与有关专业设计人联系，并提出支架位置、标高和荷载情况； 凡需要限制管道位移量时，应考虑设置限位支架； 管道在支承点处存在垂直位移时，应考虑选用弹簧支吊架。

恒力弹簧支吊架适用于垂直位移量较大或受力要求苛刻的场合，避免冷热态受力变化太大，导致设备受力或管系应力超标。恒力弹 簧的恒定度应小于或等于6%，以保证支吊点发生位移时，支承力 簧的恒定度应小于或等于6%，以保证支吊点发生位移时，支承力 的变化很小。可变弹簧适用于支承点有垂直位移，用刚性支承会脱空或造成过 大热胀推力的场合。与恒力弹簧相比，使用可变弹簧会造成一定的 荷载转移，为防止过大的荷载转移，可变弹簧的荷载变化率应小于 或等于25%。或等于25%。⑩ 可变弹簧吊架串联安装时，应选用最大荷载相同的弹簧，每个 弹簧的位移量应按其工作位移范围比例进行分配。11 当可变弹簧支吊架并联安装时，应选用同一型号的弹簧，每个 弹簧承受的荷载应按并联弹簧个数平均分配。

确定管道支吊架位置的要点

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 应满足管道最大允许跨度的要求； 当有集中载荷时，支架应布置在靠近集中载荷的地方，以减少 偏心载荷和弯曲应力； 在转动机器附近，应设置支架，以防止机器管口承受过大的管 道荷载； 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，宜单独设置支架，（支架生根于地面的管墩或管架上），以避 免将振动传递到建筑物上； 除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架 的生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的面积和 形状应能同时满足生根件的要求。对于复杂的管系，尤其是需要作详细应力计算的管系，尚应根 据应力计算结果调整其支吊架的位置； 管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位； 弯管和大直径三通分支管附近应设置支吊架； 安全泄压装置出口管道应设刚性支架。

管道固定点的设置要求：

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形 对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L 管段、U形管段、Z 管段、U形管段、Z形管段等以便进行分析计算； 确定管道固定点位置时，使其有利于两固定点间管段的自然补偿； 选用∏形补偿器时，宜将其设置在两固定点的中部； 选用∏ 固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方； 固定点应设置在需要承受管道振动、冲击载荷或需要限制管道多方向 位移的地方。作用于管道中固定点的载荷，应考虑其两侧各滑动支架的摩擦反力； 进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道，宜在装置分界处设固 定点。在靠近泵的管段上设置支、吊架或弹簧支吊架； 泵出口管嘴垂直向上时，在距泵最近拐弯处，于泵基础以外的位置设 置支架；也可在泵管口上方的拐弯处设置吊架； 对于大型机泵的高温进出口管道，为减轻泵管口受力而设置的支架应 尽量使约束点和泵管口之间的相对热伸缩量最小； 泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上设置可调支架，也可采用弹簧 支吊架； 为防止往复泵管道的振动，应缩短管道支架之间的距离，尽量采用管 卡型支架，不宜采用吊架； 泵附属小管道应尽量成组布置，以便安装支架； 未经泵制造厂许可，不得在泵底座上安装支架。

泵管道支吊架设置的要点：

压缩机进出口管道支架设计要点：

① ② ③ ④ 往复式压缩机的吸入和排出管道上的管架（或管墩）宜与建、构筑物基础脱开；不宜在楼板和平台上生根，当设计独立的管 架（或管墩）时，第一个支架应靠近压缩机； 往复式压缩机吸入和排出管道支架（或管墩）的高度应尽可能 低些，以便于管道的支承； 往复式压缩机的管道抑振管架宜设在管道集中荷载处、管道拐 弯、分支以及标高有变化处； 由于离心式压缩机吸入和排出管口一般均向下，机体热膨胀及 管道热膨胀均向下，因此管道支架宜采用弹簧支架或弹簧吊架。支架应采用防振管卡，不能只是简单支承； 支架间距应经过振动分析后确定； 支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度； 宜设独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上； 当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析的要求； 支架应尽量沿地面设置。

设计振动管道支架的注意事项：

① ② ③ ④ ⑤ ⑥

第四节

① ②

往复式机泵管道的防振设计

往复压缩机、往复泵的管道振动分析 气（液）柱固有频率分析，使其避开激振力的频率； 压力脉动不均匀度分析，采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措 施，将压力不均匀度控制在允许范围内； ③ 管系结构固有频率分析及振动分析，包括计算各节点的振幅及 动应力。通过设置防振支架，优化管道布置，防止管道振动过 大。管道的柔性设计是保证管道有足够的柔性以吸收由于热胀、冷缩及 端点位移产生的变形。防振设计是保证管系有一定的刚度，以避免 管道在干扰力作用下发生强烈振动。管道的布置及支架设置在满足 柔性设计要求的同时还需要满足防振设计的要求。往复式压缩机进出口管道的压力脉动和振动分析应按API618的要 往复式压缩机进出口管道的压力脉动和振动分析应按API618的要 求进行。往复泵进出口管道的压力脉动和振动分析应按API674的 求进行。往复泵进出口管道的压力脉动和振动分析应按API674的 要求进行。

第五节

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧

管道的抗震设计

抗震设计的注意事项：

7.油气管道韧性设计 篇七

关键词：油气管道,韧性设计,裂纹扩展

一、引言

足够的韧性可以减缓甚至能够阻止管道断裂事的发生, 因此在管道系统可靠性及安全性上, 韧性设计必然成为了它的其重要指标。着手于最基本的角度, 管道的韧性设计最先强调的就是安全性和经济性。对管道缺陷或者裂纹满足管道运行与否的评估是当前国际上通行的外油气输送管道的设计方法, 包括止裂韧性准则, 应力强度准则以及断口形貌准则等等, 这些准则均基于裂纹断裂失效判断准则。基于上述分析可以发现现行复杂的管道韧性设计方法既不利于计算参数的获取, 也不利于管道成本的节约, 需要有韧性设计新方法的建立。

二、基于应变的管道防断裂设计方法研究与应用

高压、大口径是油气管道的发展趋势, 而“先漏后破”准则和“先破后漏”准则则成为管道防断裂设计的两大准则。根据这两个准则的分析表明:当输送管道承受的压力越来越高, 使用的口径越来越大时, 对材料屈服度的要求也越来越高;高强度的材料需要高标准的韧性。根据“LBB准则”设计需要承受较高压力的大口径管道就会要求更高韧性的材料, 这样也更加安全。下面阐述“LBB准则”在管道防断裂上的应用。

2.1、计算模型建立

(1) 缺陷尺寸当量化

在断裂力学当中, 一般需分析裂纹或者缺陷的扩展过程, 裂纹假设通常将裂纹视为穿透裂纹 (源于无限大平板中心) , 然而事实上, 穿透裂纹在管道上无法出现, 由于穿透裂纹就已经意味着管道发生了泄漏, 因此当量化管道上其他类型的裂纹为穿透裂纹就非常必要。这样通过现有知识便于使计算步骤简化, 在降低工作量的同时也不使计算的合理性受到影响。如果管道中一条深埋裂纹其深度为a, 长度为l, 那么其裂纹长度就可非常简便地用椭圆形裂纹转化为当量穿透裂纹长度。

其中

式中, c-裂纹半长, mm。

若为表面裂纹, 按照压力容器规范, 使用F替代上式中的M

式中, l-裂纹长度, mm;t-试件厚度, mm;-无量纲裂纹张开位移

油气管道属于焊接结构, 此处求取无量纲裂纹位移, 可以由下式求得

式中, ε为初始状态下缺陷处无缺陷时的应变值。

(2) 缺陷处在无缺陷时的应变值确定

虽然受应力影响导致管道缺陷的应变方向不在同一个方向上, 但是应变方向大体上可以分为轴向和径向, 那么管道当量应变值就应该是无缺陷时管道缺陷的应变值, 此时的应变主要包括有:

(1) 对于油气输送管道而言, 其应力情况较为复杂, 为了便于计算, 需要进行一定的简化, 那么对于缺陷处的一次应力而言, 主要应该考虑由管道内压而生成的环向应力σh以及温差应力这两种应力σt, 管道倘若还受弯曲应力, 那么此时还应该考虑弯曲应变造成的影响, 所以一次应变应为。

式中, αb-由缺陷类型确定的系数。

σq指管道的二次应力, ε2为它所生成的残余应变, 经厂家所提供的残余应力数据来计算它的数值。产生残余应变的位置包括焊缝、递进边热区以及自由边热区等等, 它的方向垂直于焊缝的方向。

(3) ε3为因峰值应力而导致的应变, 源于几何形状变化而产生的集中应力。由于管道直径发生变化或者方向发生变化, 使得管道应力会发生集中, 这样的情况需要根据实际进行判断, 这里仅考虑集与管道轴向相垂直的应变。

(3) 裂纹张开位移求取

裂纹张开位移可以根据下式求取

式 (7) 为日本标准上的公式, 此式的优点在于比我国标准更加经济。

(4) 求出材料的临界裂纹张开位移δc

一般地, 临界裂纹δc的张开位移属于基本型的参数, 可通过查表及试验得到。

(5) 评定

当δ<δc合格;

当δ≥δc缺陷不能接受。

如果管道上存在穿透缺陷, 则在内压引起的环向应力作用下, 穿透裂纹尖端的位移δ为

式中, εs-裂纹屈服应变。

因此, 当材料的最小裂纹张开位移满足

时, 就可先泄漏后破坏。

2.2、管道缺陷处无缺陷临界应变值确定

管道设计时既要保证材料有足够大的裂纹尺寸, 也要保证足够的安全, 因此基于LBB准则就需要选择足够大的材料屈服强度, 因为其正比于管道承载能力。如果为基于LBB准则而设计的材料最佳性能指标组合, 那么选择材料的就应该是最大。如果为给定材料管道的屈服极限, 那么根据式 (7) 即可计算出管道缺陷处无缺陷应变的临界值, 此时韧性临界值为管道缺陷的张开位移。

由此可得, 缺陷处无缺陷时临界应变为

由管道宏观应变代替应变值, 管道裂纹处无裂纹时的极限应变值理论上可通过式 (11) 计算。跨越管道和埋地管道的临界轴向应力值均不相同, 那么此处临界应变值的甲酸模型应为

(1) 跨越管道临界应变计算模型

通常地, 与轴向应变相比, 由跨越管段的挠屈而产生的应变要相差来两个数量级, 为便于计算, 需简化跨越段的组合应变, 此时可以单单计算轴向应变以及环向应变所组合的应变数值。

国家规范SYJ15规定, 跨越管道考虑主要载荷的强度条件是

一般取其计算模型中的极限强度, 因此跨越管道轴向应变极限值为

(2) 埋地管段临界应变计算模型

要使埋地管段不发生轴向失稳, 管道轴向临界应变值为

2.3、几点建议

管道无缺陷应变的计算源于防断裂设计的简化处理, 但该应变不属于裂纹尖端应变;所以为使计算结果更接近于实际工况, 还应该考虑下述各种因素:

(1) 在管段存在弯曲应力的部分, 可能影响到裂纹的扩展, 此时应该额外考虑弯曲应力及应变的因素。譬如, 在进行跨越管段的有关计算时, 就要充分考虑弯曲应变及应力的影响因素, 因它可能是由于横向载荷所导致的。

(2) 焊接残余应变在计算属于焊接结构的油气管道时就需要考虑, 因为该应变可能是由焊接残余应力所产生。

(3) 应力增量或应变在应力集中的管段应该得到考虑, 因为诸如地下管道弯头, 泵出口接头等管段会产生因结构几何形状变化而导致的应力集中。

三、应用实例

使用管道工程参数来计算实际例子, 再结合有限元的模拟分析, 验证了模型的适用性及准确性。

3.1、实例参数

(1) 管道材料参数

某跨越管道为的焊管, 设计压力, 线膨胀系数为, 泊松比, 屈服极限。管道建成后强度试压介质为水, 试压压力。操作温度与安装温度之差, 埋地端管顶埋深1.5m。

(2) 裂纹参数

经无损探伤发现, 跨越管道某处有一纵向表面半椭圆裂纹, , 。在运行温度 (20℃) 下材料临界裂纹张开

位移。 (3) 土壤参数

土壤为亚粘土, 土壤容重, 变形模量, 泊松比, 内聚力, 内摩擦角。, 轴向反力系数。计算管道跨距为多少时既能满足运行要求又可最大限度利用材料?

3.2、韧性设计

由上节计算得到跨越管段长度23m, 此处以23m为计算长度。

(1) 裂纹尺寸当量化

其中,

对于跨越管道, 缺陷处无缺陷应变要受到弯曲应力的影响, 弯曲应力为

此时

则无量纲裂纹张开位移为

(2) 缺陷处无缺陷时的应变

(3) 求取张开位移

因为

跨越管段缺陷处容许的临界无缺陷组合应变值为

所以, 管道上所讨论的缺陷是容许的, 跨越管道能满足韧性要求。

结论

文中的管道应变设计具有很大的优势, 它能够充分利用管道材料的承载力以及应变性, 大大降低了设计上的计算量及成本, 提高了生产效率, 具有非常重要的理论意义和实际应用价值。

参考文献

[1]冯耀荣, 李鹤林, 马宝锢, 等.油气管道失效抗力指标与技术要求的探讨.石油学报, 2011, 20 (5) :62-65.

8.浅谈室内燃气管道的设计 篇八

关键词：室内燃气管道；设计

随着人民生活水平的提高，房地产业发展迅速，越来越多的家庭开始注重居室的美观与实用性。不仅要求户型设计人性化，也要求配套设施简洁集中，易于装修。新型住宅重视厨卫综合设计，实行整体厨卫是发展方向。《小康型住宅厨房卫生间设计通则》以及正在制定中的《家用厨房设备》标准规定：将各类管道统一协调布置、统一接口尺寸。因此，室内燃气管道的设计应充分考虑居民的装修需求和安全需求。

一、室内燃气管道的设计

（一）室内燃气管道的暗设

《城镇燃气设计规范》GB50028-2006的10.2.31条规定了暗设室内燃气管道的要求。《城镇燃气技术规范》GB50494-20096.4.2条规定暗埋的用户燃气管道的设计使用年限不应小于50年，管道的最高运行压力不应大于0.01兆帕。在符合规范要求的前提下，室内燃气管道可以暗设。

从设计及应用来看，室内暗设管道主要采用无缝钢管、塑铝管、铝塑复合管、铜管，后两种应用比较普遍，铜管应用历史最长。不锈钢波纹管的应用刚刚开始，建设部正在制定《燃气用不锈钢波纹软管》。CJJ 94—2003《城镇燃气室内工程施工及验收规范》对室内暗设燃气管道的安装和验收做出了具体规定。铝塑复合管、铜管和不锈钢波纹管都具有耐腐蚀、耐压、耐高温、阻燃、内表面光滑、柔性抗震、安装方便的特点，但也有在外力冲击下易破损(铝塑复合管最严重)、费用高的缺点。根据有关资料，室内暗设管道设计主要注意以下几点：

1.管材管件的质量一定要符合规范要求。竣工图上必须标明管道的位置及标高，燃气公司、用户须各留一份备查。

2.应整管铺设(中间不得有接头)在专用沟槽(不得在承重墙、柱和梁上)或套管内，管槽宽度为管外径加20毫米，深度应保证覆盖层厚度大于10毫米，覆盖层上涂有黄色安全色标(色浆)。槽顶应装有钢制保护盖，盖上也应有“燃气管道，注意安全”的标志，将来应考虑制造成型的专用沟槽。

3.穿越处、沟槽出入口处设套管，注意有一定的弯曲半径；铺设在管道井内时，应有明显的标志并靠近外层；与其他管道特别是电线保持100毫米以上的间距，保证绝缘。

4.管道布置原则上应置于天花吊顶、地板或墙体内。暗设于墙体时管道高度宜在0.2米以上或2．2米以下，以及墙角等不易钉钉子的地方，并做到横平竖直，卫生间地板下不宜敷设管道。燃气灶及热水器前留阀门，外露墙外，灶前阀位于灶具侧面，距灶台面垂直间距100毫米以上，水平间距150～500 毫米，热水器前阀位置在热水器下方150～300毫米处。

二、室内燃具的排烟设计

随着室内燃具增多，燃具排出烟气量增大，应采取专用烟道排烟。燃气灶的烟气通过排油烟机进入一般烟道排烟，热水器和供暖锅炉的烟气通过烟管进入专用烟道排烟。特别是高层住宅，专用烟道必不可少。CJJ12规定了适用于密闭式自然给排气燃具的公用排气烟道(U形和倒T形)，安全性大大提高，应该大力推广。连接燃具和烟道的烟管最好是整条无接头的管道，坡向燃具，长度不超过3米。

当不采用建筑烟道排烟时，为增强排烟效果，增加进气抽力，也为了及时排出室内泄漏的燃气，建议在天花板下100毫米处，安装一台排风扇。严禁排油烟机烟管与热水器烟管连接。排烟的同时也要保证进气。建议直接从外墙开一个面积不小于0．02平方米的进气孔，不单依靠从厨房门缝进气。进气孔位于厨房外墙立面0．1～0．3米之间，开口位置避免直吹入，宜呈扁平状，加百叶窗和沙窗防鼠防蚊。

三、室内燃气管道的安全设计

室内燃气事故主要有2类：①燃气燃烧产生的烟气向室外排放不畅导致中毒；②燃气泄漏导致中毒或爆炸。前者主要由于排烟设计不完善，后者则是由于施工、管材、燃具本身或用户违章改动等原因造成的。预防事故一方面要完善排烟设计，另一方面要加强施工管理，同时加强管道和燃具安全设计。在加强管道安全设计方面，重庆主要采取增加灶前球阀，商业和工业加设电磁阀或排风扇联动的燃气报警器。为了更好得到预防安全事故的发生应该把灶前球阀换为保安阀，保安阀是指当燃气软管意外脱落或老化龟裂发生泄漏时，阀内浮球动作，立即阻断燃气继续外泄，达到安全保护作用。重庆地区已开始试用保安阀，而山东等地已强制推行安装燃气报警器，取得了较好的效果。《燃气燃烧器具安全技术通则》规定了在燃具安装处设置燃气报警器。

四、结束语

随着房地产业的迅速发展，对室内燃气管道的设计提出了许多新要求。应树立以用户需求为中心、以人为本的设计理念。考虑到燃气设计和住宅设计的相互影响，应将二者作为一个整体考虑。借鉴国外室内燃气管道设计的先进技术和新材料，结合重庆的情况，改进室内燃气管道的设计，让其更加规范、科学、美观、安全。

参考文献：

[1]GB50494—2009，城镇燃气技术规范[S].

[2]GB50028—2006,城镇燃气设计规范[S].

[3]GBJ16—87,建筑设计防火规范[S].

[4]CJJ94—2003,城镇燃气室内工程施工及验收规范[S].

[5]CJJ12,家用燃气燃烧器具安装及验收规程[S].