管道常用计算公式

油气管线安装工专业知识第一章管道常用计算知识书中初、中、高级工中，管道常用计算知识已基本概括，为了系统与连贯，我把这些常用计算统编在一起，起到承前启后，复习熟练各种常用计算的计算内容，以便更好地理解工作中遇到的相关知识。第一节管子质量的计算一、管子质量的计算理论计算公式：（上册171页）G=πL（D-δ）δρ单位：千kg式中G—管子质量，千kg；L—管长，m；D—管外径，m；δ—壁厚，m；ρ—管材密度，钢管ρ=7.85×103kg/m3铸铁ρ=7.24×103kg/m3若把所有长度单位用dm（分米）表示，ρ用kg/dm3,则G的单位就是kg。二、经验公式G=0.2466（D-δ）.δ.Lkg式中G、δ、D、L含义同上；D、δ的单位用习惯表示的mm，L的单位用习惯表示的m，则G的单位是kg。若全部单位（长度）都用dm，系数改用24.66，则G的单位也是kg。本公式只适用于钢管。若是铸铁管系数为0.02275，铜管改为0.02796，铝管改为0.00848，……。所谓经验公式只不过是把密度和π的积算出来，再把长度单位改成与kg相适的dm或习惯表示法。（这类公式不提倡）。例：求φ219×10无缝钢管20m的质量。解：已知L=10mδ=0.01mγ=7.85千kg/m3D=0.219m将已知条件代入公式理论公式：G=20×3.14×（0.219-0.01）×0.01×7.85=1.03033=1.03千kg经验公式：G=200×0.02466×（2.19-0.1）×0.1=1.03千kg答：所求钢管的质量为1.03千kg。若把系数改为24.66，则G的单位亦为kg，上边例题答案1030kg。三、查表计算：有关手册和所有管工教材附表都有钢管规格表，各种规格每米质量（原称重量）都在表中列出。G=L.每米质量L—管长，m。例如1000m公称直径40mm的加厚管的质量是多少？查表知该规格管壁厚4.25、每米4.58kg，那么总质量为：4.58×1000=4580kg=4.58吨。（未计接头焊道高处质量）第二节管内流量计算一、体积流量Q=V.Am3/s（平均流速v,m/s，过流断面面积A，m2）二、质量流量(上册171页）Q=ρ.v.A.tkg/s或千kg/s（ρ为流体密度千kg/m3，有时用kg/dm3，v和A同上。）注意：在Q用kg/s时，一定采用dm计v和A，这样不易出错，一般情况采用103kg/s（千kg/s），即所有长度单位取m。关于两种流量的使用，多使用体积流量，因为管道尺寸固定，比较容易与尺寸相联系。在化工计算时多采用质量流量。除了冷水在计算流量时两种数值一样，其他流体都不一致。因为水的密度是1。管径计算公式：（上册171页）例：设某管线每天输油量为6190t，输送油的密度为流速为1.5/s，求该管线内径？D====0.26m=260mm答：根据内径260可选φ273×6.5的无缝钢管。d——管道内径m；Q——输油量；p——管内介质密度，Kg/mV——管内流速，m/st4G864009.05.114.361904t4G333m/Kg109.0第四节管子热膨胀计算由于管线的安装温度多数不一致，若温差较大，则因温度变化引起的胀缩量会导致其他变形和内应力，还会涉及支承和安全问题，因此如何准确的计算胀缩量、去考虑支承形式问题、选择补偿方式和补偿条件等是管工应掌握的基础知识。膨胀量计算公式（上册172页）ΔL=α.L.Δt式中ΔL—膨胀量，m；α—管子材料的线膨胀系数，，或直接取1/℃。钢1.2×10-5，（0.012mm即每度1道）铜1.65×10-5，铝2.4×10-5。Δt—工作温度与安装温度之差，℃。例4．某段2Km供暖管线，施工温度20℃。最高工作温度60℃，试求热膨胀量。解：已知t2=60℃t1=20℃Δt=60-20=70℃L=2000m，供热管一般为钢管α=1.2×10-5/℃把数据带入ΔL=α.L.Δt=1.2×10-5×2000×（60-20）=0.96（m）答：这段管的总膨胀量为0.96m.第五节线自然补偿（L型）的计算在管道安装时，必须考虑热应力过高带来的危害。如果限制因温差导致的变形量，则管子本身会产生巨大的内应力，这种应第五节线自然补偿（L型）的计算力称热应力，它会与内部流体压力一起联合作用加大管子的破坏和支承的破坏。因此必须采取应对措施，这些措施包括采用活动管托，管夹、采用热补偿。热补偿又分自然补偿和补偿器补偿。所谓自然补偿就是利用管线某一弯曲管段的弹性变形，来吸收另一管段的变形量的方法。其弯曲部位就称自然补偿器。利用自然补偿器补偿管线长短变化，称线自然补偿。常见的自然补偿器有L型、Z型、U型及混合型，但其基本型是L型。（见图一）。所以我们先掌握好L型线自然补偿的计算。M、计算公式：m（上册172页）式中L1—短臂长，m；ΔL—长臂L2的伸长量=α.L2.ΔtmmD—管子外径，mm。例5．如图所示(下篇）管线，L2长500m，施工温度20℃，工作温度80℃，求L1的长度。解：已知L2=500mD=60mmΔt=80-20=60℃，ΔL=500×1.2×10-5×60=0.36m=360mm将已知条件代入公式:M答：管段L1取长9.5~10m较合适。（一般不得小于计算值）300DL1.1L1技师专业知识φ60×3.5无缝钢管第六节管道强度计算管道强度计算就是对已知管道进行强度校核或根据给定材料确定管子的壁厚。管道强度计算分别计算环向应力、温度应力、轴向应力和综合应力。一、管道环向应力。环向应力是因管内流体压力使管壁周向引起的应力σn。σn=式中p—流体压力，MPa；（上173、下42页d—管子内径，mm；δ—管子壁厚，mm；2pd例6．某管线管子规格为φ377×7，设计压力为4.8MPa，求环向应力。解：已知p=4.8MPad=377-2×7=363mmδ=7mm把已知条件代入公式σn==124.46MPa答：所求管线的环向应力为124.46MPa。723638.4管线轴向应力的计算管线轴向应力计算公式：——管线的轴向应力（正值为拉应力，负值为压应力），MPa;E——钢材的弹性模量：a——钢材的线性膨胀系数：，℃——管线安装温度，℃——管线工作温度，℃——管线环向应力，MPa;——泊松比，取0.3.n10a)tEa(t;MPa1006.25，5102.10t1tann温度应力计算二、温度应力σt。温度应力就是因热胀冷缩，而管又固定死不能伸缩，使管子内部产生的压或拉应力σt,单位MPa。σt=α.E.Δt式中：α—管材的线膨胀系数。钢取1.2×10-5/℃；E—管材的弹性系数，钢的E为2.06×105MPa；Δt—工作温度t2与施工温度t1之差，℃。例7．某油罐出油管为φ159×4.5，材料Q235，操作温度68℃，施工温度18℃，当管线在罐前Δ1处被固定时，求管线的温度应力及对罐的推力。解：已知t2=68℃，t1=18℃，D外=159mm，d内=150mm，E=2.06×105MPa；将已知条件代入公式：Δt=68-18=50℃A==2180mm2σt=α.E.Δt=1.2×10-5×2.06×105×50=123.6MPa对罐的推力F=σt.A=123.6×2180=269448N=269.45KN答：管的温度应力为123.6MPa，管对罐的推力F为269.45KN。)(4π22dD三、管的轴向应力σa（下册43页）。管的轴向应力是管的温度应力和环向应力对轴向应力的影响之和，（对研究对象，拉为正，压为负。）温度应力是热胀为负（压），冷缩为正（拉），环向应力影响是正（拉），因为流体压力使管外胀，管有变短的倾向。σa=α.E.Δt+μ.αn式中μ—泊松比（横向变形系数）取0.3Δt必须取t1-t2。说明：Δt是施工温度减工作温度，保留差的正负号。以定前项是拉还是压。即前项正，轴向力的温度应力为拉应力，也就是工作温度低于施工温度。四、管道应力核算由于管子受力情况复杂，其主要破坏应力为环向应力和轴向应力，其破坏机理，对于塑性材料来讲，属于第三强度理论解决。根据第三强度理论的公式σⅢ=σ1-σ3相当于管子应力σn-σa.（下册43页）所以核算公式（强度条件）为：σ=σn-σa≤[σ]式中σ—核算应力MPa，σn和σa分别是环向应力和轴向应力。[σ]—管子的许用应力=0.9σs。σs为材料的屈服强度极限。注意：不管什么正应力，拉都为正，压都为负。例8．某管线需用φ60×4的管子，施工时的温度为12℃，工作温度70℃，工作压力16MPa，试问选用Q235AF材质管能否满足强度。（Q235AF的σs=235MPa）解：已知t2=70℃t1=12℃P=16MPad=60-2×4=5.2cmδ=4cm先求σn===104MPa再求σa=Eα（t1-t2）+μσn=2.06×105×1.2×10-5×（12-70）+104×0.3=-143.4+31.2=-112.2MPa代入计算公式σ=σn-σa=104-（-112.2）=216.2MPa因[σ]=0.9σs=235×0.9=211.5MPa即σ＞[σ]答该管从理论上不能满足强度。2pd425216五、管道壁厚的计算求管壁厚，考虑到各种受力情况，通过比较简化的实用计算式进行计算。mm式中P—工作压力MPa；D—管子外径，mm；[σ]—管子的许用应力=F.σs.φF—为设计常数：野外取0.72；站厂内取0.6，输气管线站厂外取0.6，厂站内取0.5，φ—为焊缝系数：无缝管取1.0，一般螺旋管取0.9。C—为腐蚀余量。对腐蚀性介质一般取0.5~0.9。CPD2例9．现有一批Q235管材，规格为φ273×6.5的螺旋焊接管，试计算。看能否用在工作压力为6.4MPa的输油管线和输气管线上？解：根据题给条件，先求许用应力[σ]=F.σs.φ，假设在站外F油=0.72，F气=0.6[σ]油=0.72×235×0.9=152.3MPa[σ]气=0.6×235×0.9=126.9MPa同取C为0.5则δ油==6.2mm，δ气==7.4mm，所求δ油=6.2mm＜管子的壁厚6.5mm，能用。3.15222734.69.12622734.6δ气=7.4mm＞管子的壁厚6.5mm，不能用。答：这批Q235φ273×6.5的焊管能用在压力为6.4MPa的输油管线上，但不能用在6.4MPa的输气管线上。第七节管线允许跨度的计算管线的固定和支承，不管是跨沟过路，还是架空布线都涉及管线的跨度问题。所谓跨度计算，就是在考虑1管重、2介质重、3管外防腐保温材料重以及4雨雪影响，甚至维护时的5人、6物重量、7风力、8抗震影响等因素,计算出两支承点的最大允许距离L。公式L0=(下册44页）式中L0—管线允许跨度，m；[σ]—管材的许用应力MPa；（N/mm2）W—管子的抗弯截面系数cm3，W=0.098D—管子外径cm。d—管子内径cm。K0—弯距系数，（支墩少于3个取0.125；支墩大于7个取0.106；4个支墩取0.1；5个支墩取0.107；6个支墩取0.105.）q—单位长度管线的重量=管子重量+介质重量+防腐保温材料重量+其他力等，N/m。（即单位载荷）运用公式时注意单位：[σ]用MPa，D，d用cm得W的单位cm3，q用N/m，正好得L0的单位为m。若全部长度单位用m，则[σ]用106Pa也行，但在求q时应全部用m。qkwσ0DdD44例10．φ114×4的输油管线，需跨过8m宽的路，两个支墩位于路两边外，间距共12m，问管线跨过这12m间距，强度够否？（已知管内介质密度860kg，三防结构材料为30N/