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工業(yè)管道柔性設計
發(fā)布時(shí)間:
2024-07-31 09:00
一、工業(yè)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(gè)物理概念,表示管道通過(guò)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(huì )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(shí)受到彎曲、扭轉、剪切等。管道對約束點(diǎn)的推力也因管道中各單元的變形而發(fā)生了較大的變化。
進(jìn)行管道設計時(shí),應在保證管道具有足夠的柔性來(lái)吸收位移應變的前提下,使管道的長(cháng)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(diǎn)的附加位移。
二、工業(yè)管道柔性設計的目的
工業(yè)管道柔性設計的任務(wù)是使整個(gè)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(diǎn)的附加位移而發(fā)生下列情況:
(1)因應力過(guò)大或金屬疲勞而引起管道破壞。
(2)管道連接處產(chǎn)生泄漏。
(3)管道推力或力矩過(guò)大,使與其連接的設備產(chǎn)生過(guò)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(guò)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(diǎn)將其劃分成幾個(gè)形狀較為簡(jiǎn)單的管段,如L形、π形、Z形等管段再進(jìn)行分析計算。
(2)確定管道固定點(diǎn)位置時(shí),宜使兩固定點(diǎn)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(zhì)管道中嚴禁采用填料函式補償器。
(5)采用π形管段補償時(shí),宜將其設置在兩固定點(diǎn)中部。
(6)冷緊可降低操作時(shí)管道對連接設備或固定點(diǎn)的推力和力矩,但連接轉動(dòng)設備的管道不應采用冷緊。與轉動(dòng)設備相連接的管道應滿(mǎn)足無(wú)應力安裝的要求。管道采用冷緊時(shí),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。
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(8)當采用吊桿或彈簧吊架承受管道荷載時(shí)可不考慮摩擦力的影響。
(9)往復式壓縮機和往復泵的進(jìn)出口管道除應進(jìn)行柔性設計外,還應考慮流體壓力脈動(dòng)的影響(振動(dòng)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(jiǎn)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(lèi)型、管道操作溫度和公稱(chēng)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(jiàn)《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(dòng)載荷:
a、水力沖擊、流體流速變化和柱塞流等情形產(chǎn)生的沖擊力;
b、露天布置的管道受到的風(fēng)載荷;
c、地震載荷;
d、流體排放產(chǎn)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(gè)概念,此處的冷筋類(lèi)似于大型機泵的冷對中。
冷緊是指在安裝時(shí)(冷態(tài))使管道產(chǎn)生一個(gè)初位移和初應力的一種方法,冷緊通常是在安裝時(shí)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(cháng)(適用于操作溫度低于安裝溫度情況)的方法來(lái)完成。冷緊的目的是將管道的熱位移的一部分分配到冷態(tài),從而降低管道在熱態(tài)下的熱脹應力和對端點(diǎn)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(tài)力,故設計中時(shí)常被采用。
就鋼材的強度來(lái)說(shuō),在常溫下所能承受的荷載較之熱態(tài)下所承受的荷載要大得多,因此將管道熱變形轉移到冷態(tài)的做法是有利的,所以,不同行業(yè)的管道設計規范都規定了對管道冷緊的要求。
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