管道应力分析专业设计统一规定

内蒙古京能锡林煤化有限责任公司中国五环工程有限公司基础工程设计0B版11051-PE04-MC-04第1页第16页锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目管道应力分析专业设计统一规定0B0A版次根据审查意见修改基础工程设计说明费珂费珂编制阳东升阳东升校核蔡晓峰蔡晓峰审核2014.12013.10日期内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第2页共16页专业设计统一规定1目的为统一内蒙古京能锡林煤化有限责任公司锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目工程设计中管道应力分析专业工程技术要求，指导工程项目技术工作，特编制本规定。2适用范围2.1本规定给出了管道应力分析的适用标准、规范，设计原则，设计方法及文档要求。本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。2.2专利设备或成套设施，其设备的操作、维修、管道布置还应满足设备制造厂的特殊要求及标准。2.3本规定适用于设计压力不大于42MPa，设计温度不超过材料允许使用温度的管道。3标准规范下列标准规范中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款。凡注日期的引用文件，如在工程项目开始前有更新版本发表，应按最新版本执行。GB/T20801GB50316GB150HG/T20645SH/T3041SH3039JB/T8130.1JB/T8130.2GB/T12777GB50009ASMEB31.3ASMEB31.1API610API674NEMASM23API617压力管道规范-工业管道工业金属管道设计规范钢制压力容器化工装置管道机械设计规定石油化工管道柔性设计规范石油化工非埋地管道抗震设计通则恒力弹簧支吊架可变弹簧支吊架金属波纹管膨胀节通用技术条件建筑结构荷载规范ProcessPipingPowerPipingCentrifugalPumpsforPetroleum,HeavyDutyChemical,andGasIndustryServicesPositiveDisplacementPumps-ReciprocatingSteamTurbinesforMechanicalDriveServicesCentrifugalCompressorsforPetroleum,Chemical,andGasServiceIndustries内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第3页共16页专业设计统一规定API618API619API560API661API686APIRP520WRC107WRC297WRC329EJMA4设计原则4.1一般要求ReciprocatingCompressorsforPetroleum,Chemical,andGasIndustryServicesRotarytypepositivedisplacementcompressorsforpetrolumChemicalgasindustryservicesFiredHeatersforGeneralRefineryServicesAir-CooledHeatExchangersforGeneralRefineryServiceRecommendedPracticeforMachineryInstallationandInstallationDesignSizing,Selection,andInstallationOfPressure-RelievingDevicesinRefineriesLocalStressesinSphericalandCylindricalShellsduetoExternalLoadingsLocalStressescalculatinginCylindricalShellsduetoExternalLoadingsAccuracyofStressIntensificationFactorsforBranchConnectionsStandardoftheExpansionJointManufacturersAssociation4.1.1管道设计应使管道具有必要柔性，以满足下列要求:（1）能够避免管道因温度循环变化和端点位移导致管道疲劳破坏；（2）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；（3）管道对法兰的力与力矩应不会导致介质泄漏；（4）避免管架因强度或刚度不够而造成管架破坏；（5）避免管道的位移过大而引起管道自身或其他管道的非正常运行或破坏。4.1.2在考虑管道柔性同时，管道设计还应满足下列要求（1）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；（2）管道应能够承受当地的地震、风以及冲击载荷的作用；（3）管道应可以避免因机械振动、声频振动、介质压力脉动、流体锤以及安全阀内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第4页共16页专业设计统一规定泄放载荷而出现过大振动。4.1.3应优先采取自然补偿方法解决管道柔性问题，安装空间狭小而不具备自然补偿条4.2管道应力分析条件的确定计算基础数据应由相关各专业提供。计算工况应涵盖最不利工况。4.2.1计算压力(P)(1)管道计算压力应根据工艺管线表中设计压力确定。(2)管道计算压力应不低于正常操作中预计的最高压力或在最苛刻温度下同时发生的内压或外压，取其最危险工况。对工艺有特殊要求的工况（指温度与压力的耦合）也应予以考虑。4.2.2计算温度(T)(1)管道计算温度应根据工艺管线表中的温度确定。设计温度和推断最恶劣状态主要被用于校核应力的计算。(2)操作温度用于对动设备管口受力状况的校核，以及约束点受力条件的确定。并联设备应考虑各种开备情况下的操作温度状况。(3)管道计算温度应不低于正常操作中预计的最高温度或在其它工况下的最苛刻温度，取其最高值，或二者均应考虑计算。对工艺有特殊要求的工况（指温度与压力的耦合）也应予以考虑。(4)蒸汽伴热管道、蒸汽夹套管道和需蒸汽吹扫的管道，取介质设计温度和蒸汽温度的高者为计算温度。(5)带衬里的管道应利用计算值或经验数据并根据工艺管线表确定计算温度。(6)安全阀排泄管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度，同时，还应考虑正常操作时，排出管线处于常温下的工况。(7)进行管道应力分析时，操作温度不仅要指正常操作条件下的温度，还要考虑可能存在的短时超温工况（如开车、停车、除焦、再生等）。(8)对于存在开备工况的离心泵，管线温度按下述取值,A,备用管线温度取值从阀处分界，如图T取操作温度和环境温度之和的1/2，Ts取环境温度。B,伴热管线依据伴热管温度取值。内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第5页共16页专业设计统一规定4.2.3弓形效应对于管道截面上下有温差的管道，需要可虑弓形效应可能产生。通常对于口径大于等于300mm且容易产生汽化的低温管道必须考虑弓形效应。4.2.3管道环境温度管道应力分析的环境温度，应依据建设项目所在地的气象、地质环境及业主的特殊要求来确定。本项目应力计算的环境温度，对于热管取年最冷月平均温度；对于冷管取年最热月的平均最高温度。4.2.4摩擦系数(μ)(1)在进行管道应力分析时，摩擦系数按下表确定。滑动面接触形式钢对混凝土钢对钢不锈钢对聚四氟乙烯聚四氟乙烯对聚四氟乙烯不锈钢对不锈钢（抛光）滚动摩擦(2)下列管道不得忽略摩擦力的不利影响：公称直径大于或等于600mm的管道；敏感转动设备管道。(3)仅需要考虑载重支承面上摩擦效应。摩擦系数(μ)0.60.30.10.10.10.1内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第6页共16页专业设计统一规定4.2.5腐蚀裕量(cor.)腐蚀裕量依据项目的管道等级规定确定。4.2.6冷态荷载(sus.)(1)冷态自重(W)自重包括管道本身重量、流体重量和保温重量。它们作为均匀分布于整个管道系统的载荷，来自于自身密度与体积的合成。其它如法兰、阀门等的重量只集中分布在该管件单元长度上。(2)水压试验荷载(WW)当管线表中指出需要对管道作水压试验时，应力分析应附加试验时的工况。水压试验工况的计算温度取环境温度，计算压力取试验压力，载荷仅考虑管道净重与试压介质重量，不考虑保温与腐蚀余量。4.2.7附加载荷(F.)除上述所定义的温度、压力载荷外，尚应考虑以下载荷：(1)地震载荷(U)同时满足以下条件时，应涉及地震载荷：A,抗震设防烈度大于等于8度，且设计基本地震加速度大于等于为0.30gB，GC1类管道、介质毒性为高度危害或介质为可燃的GC2类管道。本项目按抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g考虑。此时可不考虑地震载荷作为偶然载荷工况来计算。(2)风载荷(WIN)风载荷的分析计算在静态荷载工况下进行，为偶然荷载工况，且不与其它偶然荷载进行组合，同时许用应力提高1/3。风压计算参数参照建筑结构荷载规范，地面以上10米高度取基本风压值。(3)安全阀泄放载荷依据APIRP520标准来计算泄放载荷。把此载荷的2倍作为静荷载加入到被计算的管系中。此时计算的工况为偶然载荷工况，同时将许用应力提高1/3。可能的情况下，要求对安全阀进出口管线在靠近安全阀的地方加约束。不考虑此载荷引起的系统振动，故不对其做动力分析。(4)有效冷紧载荷内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第7页共16页专业设计统一规定冷紧可降低操作时管道对连接设备或固定点的推力和力矩。在应力分析中，对于在非蠕变温度下工作的管线，其冷紧量，取全补偿量的50%。对于在蠕变温度下工作的管线，取全补偿量的70%。（注：蠕变温度，碳钢：375℃；合金钢：482℃；不锈钢：538℃）有效冷紧是指冷紧量的有效值。考虑到在实际管道安装过程中理论冷紧值难以实现，管道采用冷紧时，通常冷紧有效系数取2/3。本项目中除管廊上管道外不建议采用冷紧，特别是与转动设备等敏感设备相连的管线，不允许使用冷紧方法。(5)物料冲击载荷除两相流和水锤的管线外，一般不将此载荷引入分析计算。但应考虑约束的位置，形式和布置，保证管架具有足够的强度和刚度，以抵抗冲击载荷。同时需妥善妥善做好防振设计。对于冲击荷载，动力放大系数取2。4.3管道应力评定4.3.1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。4.3.2温度变化和端点位移引起的管道位移应力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：σA=f{1.25([σ]+[σ]t)-σL}式中σA——许用的位移应力范围，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——由于压力、重力等持续荷载引起的管道纵向应力之和，MPa；f——管道许用位移应力范围减小系数，按下表取值。循环次数（N）系数（f）7000以下1.07000~140000.914000~220000.822000~450000.745000~1000000.6100000~2000000.5200000~7000000.4700000~20000000.34.3.3对于GB50316-2000所划定的A1类之外的管道，即非剧毒流体管道，在工作状内蒙古京能锡林煤化有限责任公司基础工程设计中国五环工程有限公司0B版锡林郭勒盟东乌旗褐煤提质项目11051-PE04-MC-04第8页共16页专业设计统一规定态下，管道中由于压力、重力和其他持续荷载与地震或风载荷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许用应力的1.