汽水管道基础知识

第三章汽水管道的基础知识——张都清

第一节汽水管道设计的基本原则

一、管道设备设计原则

二、系统图和原始图纸

第二节汽水管道的支吊架

一、基本概念

二、弹簧支吊架

三、恒力吊架

四、限位支吊架

五、减振器

六、支吊架的维护和检查

第三节汽水管道应力计算

一、原始参数

二、计算参数

三、钢材的许用应力

四、内压产生的应力及壁厚计算

五、应力验算

六、管道对设备的推力和力矩的计算

第四节管道附件

第五章在役汽水管道的检验（1万字）——张都清

第一节概述

第二节管道检验内容

第三节汽水管道的安全性评定

第三章汽水管道的基础知识——张都清

第一节汽水管道设计的基本原则

一、管道设备设计原则

管道装置的设计，一般由几名设计人员同时完成，为使设计技术风格一致，大家须遵守统一的设计原则：

（1）管道应成组、成排的布置，主要是为了强调美观和保证管道支吊架的经济性。

（2）管道设备的连接，应尽可能的短而直，尤其是合金钢管道。同时，又要有一定的柔性，以减少由热胀和位移所产生的力和力矩。

管道改变标高或走向时，应避免管道形成集聚气体或液体的死角；如不可避免时应在高点设置气阀、低点设置液阀。

（3）由于管法兰处易泄露，对于高温、高压管道除必须是用法兰连接外，其它应避免使用法兰连接。焊接连接的管道是保证管道无泄漏的最佳、最经济的方法。

（4）管道穿越楼板、平台及墙壁时要加套管保护，套管直径应不妨碍管道的热胀，并大于保温后的管道直径。

（5）管系中要尽量减少异型管件。管道设计时应最大限度的降低管道、弯管、阀门附件等异型管件的数量及与之相连的加工量，并可降低管道焊接、安装、质量检验费用。异型管件的减少，不但可以降低管道设备投资，更重要的是减少了焊口的数量，提高了管系的安全性。

（6）管道压力降的损失要求在允许的范围之内。

二、系统图和设计资料

管道设计是以确定最佳的热力系统图为基础，应有管道的平面布置图和立体图，图中应包括管道的下列的数据：

1.管道编号、设计压力、运行压力；

2.设计温度和运行温度；

3.阀门的编号；

4.管道的钢号、规格、理论计算壁厚、壁厚偏差；

5.设计采用的持久强度、弹性模量、线膨胀系数；

6.支吊架位置、类型；

7.监察端位置；

8.管道的冷紧口位置及冷紧值；

9.管道对设备的推力、力矩；

10. 管道的最大值及其位置；

11. 支吊架的安装载荷、工作载荷、支吊架的热位移等。

第二节汽水管道的支吊架

一、基本概念

1.支吊架的作用和分类

汽水管道是火电厂中重要的部件，必修确保它的安全运行，为此，设计单位进行了精心设计，如正确的选用钢材，合理的布置管线及支吊架，严格准确地进行应力计算。除此之外，还需安装单位进行正确的安装和调整，否则合理设计的支吊架也不能保证管道的安全运行；在运行过程中还要合理地启停及检修（包括支吊架的运行及调整），才能防止管道过早的出现损坏；试验人员还需要定期对管道进行检验和研究，及时发现不安全隐患。由此可见，要保证管道的安全运行，需要多方面工作的配合。

随着高参数大容量机组的增加，由于经济上和技术上的原因，工作应力水平和计算精度的提高，强度富裕量很小；由于管道直径与壁厚的增加，管道对设备的推力及力矩可能很大。管道破坏造成的危害更大。因此，为保证管道的安全运行就更显得重要，做到这一点的关键是管道日常的维护和检验，尤其是管道支吊架的维护和调整。

管道支吊架是管道系统的重要组成部分，它的功能可概括为：承受管道载荷、限制管道位移和控制管道振动三个方面。其中承受管道载荷是管道支吊架的最主要、最普遍的功能。

支吊架按其作用分为承重支吊架、限位支吊架装置和振动控制装置三大类，有的支吊架兼有其中两个或三个功能。见表3－1和图3－1［1］。

（1）承重支吊架

按其在管道垂直位移时载荷的变化情况可分为恒力支吊架、变力支吊架和刚性支吊架。

（2）限位支吊装置：是用以限制和约束因热胀引起管系自由位移为目的的装置。

按其是否承受管系载荷可分为限位支吊架和限位装置两类。在限制管道位移的同时也承受管系重量的装置，称为限位支吊架。单纯限制管道位移而不承受管系重量的装置，称为限位装置。

按其限位特性可分为限位装置、导向支架和固定支架三种。

（3）振动控制装置：专门用来控制管道摆动、振动或冲击的装置统称为控制振动装置。

控制不承受管系的重量，在正常情况下，不约束或较小约束管道自由地热位移。

表3－1 管道支吊架的类型

图3-1 管道支吊架装置的类型

（图中管道装置类型编号与表1-1相同）

2、管道支吊架的构成

（1）管部结构

直接安装在管子上的部件称为管部，它是管道支吊装置中唯一不可缺少的部件。管部结构按其对管道的支承方式可分为：悬吊式、支承式和拉撑式三类，按其同管道的连接方式可分为：焊接式(一般用于介质参数不高的管道)和夹持式(推荐普遍采用的型式)两种；按其所连接管道的形状位置可分为：水平管道、垂直管道（立管）和弯头(管)三种。

（2）功能件

用于实现管道支吊装置主要功能的核心部件称为功能件。承重支吊架中的恒力弹簧组件、变力弹簧组件；限位支吊装置中的拉撑杆；振动控制装置中的减振器、阻尼器等都属于

功能件。

（3）根部结构

将管道支吊装置固定到承载结构上的部件称为根部。通常情况下，尽量将管道支吊装置直接固定(生根)在承载结构上。这种生根部件也可看作根部结构的一部分，但通常将其归在中间连接件中，这样对于此类支吊装置就没有独立的根部结构。在多数情况下，尤其是混凝土建筑结构，管道支吊点偏离承载结构，需要添加辅助钢结构，才能实现支吊装置的生根固定。这种辅助钢结构就是支吊装置的根部结构。

辅助钢结构有梁、立柱和构架三类，其中最常用的有悬臂粱、简支梁和三角架三种。

（4）连接件

用于连接管部结构与功能件；连接功能件与根部结构或连接管部结构与根部结构的部件均称为连接件。连接件大部分介于上述各类部件之问，故又称为中间连接件。这些连接件又都是刚性结构，也可称为刚性连接件。

中间连接件按其连接方式可分为夹持式、焊接式、螺纹连接式、销(轴)孔连接式、埋(嵌)入式、滚滑式等类型。

3.支吊架的载荷

支吊架的载荷是指作用在支吊架的力和力矩，管道在工作过程中，有以下几种载荷作用于支吊架：

管子重量；阀门、法兰和三通等管件的重量；保温层的重量；管内介质的重量（一般只考虑液体的重量，气体的重量忽略不计）；弹簧支吊架作用于弹簧的附加力；弹簧支吊架的转移载荷；滑动支架的摩擦力；管道的热胀冷缩、冷紧或连接设备的热位移产生的力和力矩；介质产生的作用力，如排气管和安全阀产生的排放反力等。前四项为管道的自重。

通常把支吊架的载荷分为三类：工作载荷、安装载荷和结构载荷。

工作载荷：管道正常工作时（热态），按支吊架布置情况，分配给该支吊架的管道自重，称为该支吊架的工作载荷。对于不承受附加力和力矩的支吊架（如恒力吊架），工作载荷就是该支吊架的工作时的实际载荷。工作载荷是支吊架弹簧和恒力吊架选用时的载荷依据，也是计算支吊架其它载荷的基础。

安装载荷：管道处于安装状态时（冷态），支吊架承受的管道自重称为安装载荷。它与工作载荷的差别在于，管道在热态和冷态时的自重载荷的转移变化。例如，对于向下热位移的弹簧支吊架，安装载荷小于工作载荷；对于向上热位移的弹簧支吊架，安装载荷大于工作载荷；而恒力吊架的安装载荷和工作载荷等。安装载荷是确定弹簧支吊架的安装弹簧压缩值