第二章地上管.pptVIP

跨度设计公式 跨长 许用外载综合应力 均布载荷 截面系数 焊缝系数 焊缝系数 焊 接 情 况 焊缝系数η 手工电弧焊 0.70 有垫环对焊焊接 0.90 无垫环对焊焊接 0.70 手动双面加强焊接 0.95 自动双面焊接 1.00 自动单面焊接 0.80 二、按刚度条件确定管道跨度 管道在一定的跨度下总有一定的挠度，根据对挠度的限制所确定的管道允许跨度，叫做按刚度条件确定的管道跨度 两种情况 不允许反坡 允许一定程度反坡 油气管道要求管道的坡度和挠度限制在一定范围内就可以，并不限制反坡。 如输送特别粘稠介质的管道或要求介质在管内能完全自流放空的管道，不允许出现反坡。 允许反坡——限制管道的挠度Δmax≤0.1Dg 中跨 近端直跨 不允许反坡 对于输油和输气管道，通常只需要按强度条件决定跨度即可。 对于蒸汽管道或其它对挠度有特殊限制要求的管道，应同时按强度条件和刚度条件计算跨度，最后选用两者中数值较小者。 2-4 管道热应力计算 地面敷设管道受到来自管架、连接设备等的约束，因此，当温度变化时，管道必然发生变形，管壁上由此产生热应力。 例2-1：设油罐进出油管线为φ159×4.5钢管，管材的弹性模量为197.5GPa，热胀系数为1.22×10-51/℃，操作温度为100℃，若安装温度为0℃，当管线在1点处固定时，求管线的热应力和对油罐的推力。 解：管子截面积为 温差：△T=100℃-0℃=100℃ 横截面上的温度应力： σ=1.22×10-5×197.5×109×100=240.95（MPa） 管子对油罐的推力：P= σ A=522.86（KN） A=2.17×10-3m2 将进出油管在罐前的固定点由1点改至2点 角形平面管道； 管系有大的变形能力； 管道的热应力和对油罐的推力大为降低。 平面管系热应力的计算 弹性中心法（力法）——分析法 图解法——查设计手册 计算程序法 计算机程序或商用有限元软件 简化计算方法 不要求对热应力的大小作详细计算，只要求判断管道有无足够的补偿能力 弹性中心法 弹性中心法采用下列几点假设： 固定点是无位移无转动的绝对刚性质点； 中间活动支架的摩擦力在计算中不予考虑； 管系是按一根无重量的弹性线计算。 计算热应力（弹性力）的步骤： 根据管系的条件，确定各有关数据（D, t, △T, α, E, I,W）； 温度变化引起的各方向伸长量（ △ x, △ y）； 计算管系的线静矩、线惯性矩、线惯性积； 确定管系的形心位置； 计算x、y方向的反力； 计算各点的弯矩，求出管系最大弯矩Mmax； 计算最大弯曲应力σmax= Mmax/W，并与许用应力比较。 线性矩： 线惯性矩： 线惯性积： 管系形心： x、y方向的反力： 管系上任意点A0（x0,y0）的弯矩： 例2-2：设油罐进出油管线为φ159×4.5钢管，管材的弹性模量为197.5GPa，热胀系数为1.22×10-51/℃，操作温度为100℃，若安装温度为0℃，当管线在2点处固定时，且已知ab管长5m，bc管长10m，求管系的最大热应力。 例2-3：将前例中的角形管道在转角处采用曲率半径R=3.5D≈0.5m的弯管，其余条件不变，求管系的最大热应力。 2-5 管道热应力的补偿 在温度较高的管道系统中，一般设置一些可伸缩的装置或弯曲的管段，以增加管道的弹性，减小热胀应力。 这种能减小热应力的装置称为补偿器。 弯曲管段 伸缩器 弯曲管段：L形、Z形、Π形和Ω形补偿器 Ω形补偿器用于小口径管道。 Π形补偿器应布置在补偿段的中间位置，以使两臂伸缩均衡，管线不会弯曲，充分发挥补偿器的补偿能力。若地形限制，应在补偿器两端对称布置导向支座。 伸缩装置 波纹管式和填料函式 利用金属本身的弹性伸缩来减少管道的热应力，每个波纹可吸收膨胀值5-15mm。 优点：体积小、结构紧凑 缺点：易发生纵向弯曲，波纹总数一般不超过6个，补偿能力有限。 优点：体积小、补偿能力大 缺点：易泄漏、易卡 只有弯曲管段不能满足要求时，才采用伸缩装置。 补偿器的设计计算方法 弹性中心法（力法）——分析法（p74-p76） 图解法——查设计手册 计算程序法 计算机程序或商用有限元软件 简化计算方法 不要求对热应力的大小作详细计算，只要求判断管道有无足够的补偿能力 ASME B31.1判别式 管子的公称直径，m 管道在温度变化时的自由位移，等于两个固定支座间的直线热伸长量，mm 两个固定支座间管道的实际总长度，m 两个固定支座间的直线长度，m 例2-4：在相距60m的固定支座的管道中，设计膨胀弯的尺寸h。假定直径D=406mm，管道的安装温度为15℃，而运行温度为80℃，管道材质的弹性模量E=210GPa，α=1.12