压力管道设计常见问题及难点

第一章任务与职责

1. 道柔性设计的任务

压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、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) 管道接头处泄漏；

3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道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破坏；

2. 压力管道柔性设计常用标准和规范

1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》

2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》

3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》

4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》

5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》

6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》

7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》

8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》

9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》

10)GB 150-2004《钢制压力容器》

3. 专业职责

1) 应力分析(静力分析动力分析）

2) 对重要管线的壁厚进行计算

3) 对动设备管口受力进行校核计算

4) 特殊管架设计

4. 工作程序

1) 工程规定

2) 管道的基本情况

3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿

4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计

5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析

6) 立体管系可采用公式法进行应力分析

7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道

8) 采用CAESAR II 进行应力分析

9) 调整设备布置和管道布置

10) 设置、调整支吊架

11) 设置、调整补偿器

12) 评定管道应力

13) 评定设备接口受力

14) 编制设计文件

15) 施工现场技术服务

5. 工程规定

1) 适用范围

2) 概述

3) 设计采用的标准、规范及版本

4) 温度、压力等计算条件的确定

5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法

6) 应用的计算软件

7) 需要进行详细应力分析的管道类别

8) 管道应力的安全评定条件

9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）

10)防止法兰泄漏的条件

11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求

12)业主的特殊要求

13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）

14)不同专业间的接口关系

15)环境设计荷载

16)其它要求

第二章压力管道柔性设计

1. 管道的基础条件

包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。

2. 管道的计算温度确定

管道的计算温度应根据工艺设计条件及下列要求确定：

1) 对于无隔热层管道：介质温度低于65℃时，取介质温度为计算温度；介质温度等于或高于65℃时，取介质温度的95%为计算温度；

2) 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；

3) 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；

4) 对于外伴热管道应根据具体条件确定计算温度；

5) 对于衬里管道应根据计算或经验数据确定计算温度；

6) 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；

7) 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。

3. 管道安装温度宜取20℃（除另有规定外）。

4. 管道计算压力应取计算温度下对应的操作压力。

5. 管道钢材参数按《石油化工管道柔性设计规范》SH/T3041－2002执行

1) 钢材平均线膨胀系数可参照附录A选取。

2) 钢材弹性模量可参照附录B选取。

3) 计算二次应力范围时，管材的弹性模量应取安装温度下钢材的弹性模量。

6. 管道壁厚计算

1) 内压金属直管的壁厚

根据SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定：

当S0< Do /6时，直管的计算壁厚为：

S0 = P D0/(2[ζ]tΦ+2PY)

直管的选用壁厚为：S = S0 + C

式中S0――直管的计算壁厚，mm；

P――设计压力，MPa；

D0――直管外径，mm；

[ζ]t――设计温度下直管材料的许用应力，MPa；

Φ――焊缝系数，对无缝钢管，Φ＝1；

S――包括附加裕量在内的直管壁厚，mm；

C――直管壁厚的附加裕量，mm；

Y――温度修正系数，按下表选取。

温度修整系数表

当S0≥D0/6或P/[ζ]t > 0.385时，直管壁厚应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等因素综合考虑确定。

2）对于外压直管的壁厚

应根据GB 150-1998《钢制压力容器》规定的方法确定。

7. 管道上的荷载

管道上可能承受的荷载有：

1）重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；

2) 压力荷载，压力荷载包括内压力和外压力；