1、質 量 管 理 體 系 文 件設計規定管道應力分析設計規定版號： 0受控號：2003年月 日發布2003年 月日實施管道應力分析設計規定版 號制校 核核批 準批準日期0主 部室：管道室參 部室：參 人 ：參校人 ：會 部室 署會 部室 署會 部室 署 明：1 文件版號 a、b、c. 。2 每版號中局部修改版次 1/a 、2/a， 1/b 、2/b， 1/c、2/c。本 定（）自 2003年 月 施。目錄1. 總則 . .12.應力分析管線的分類及應力分析方法23.管道應力分析設計輸入和設計輸出64.管道應力分析條件的確定95.管道應力分析評定準則11附件 1管線應力分析分類表.14附件 2設備

2、管口承載能力表.15附件 3柔性系數 k 和應力增強系數 i . .16附件 4 api 610 一般煉廠用離心泵( 摘錄 ).17附件 5 nema sm23 (摘錄 )22附件 6 api 661一般廠用空冷器( 摘錄 ).231. 總則適用范圍本規定適用于石油化工生產裝置及輔助設施中的碳鋼、合金鋼及不銹鋼管道的應力分析設計工作。本規定所列內容為管道應力分析設計工作的最低要求。管道應力分析設計應保證管道在設計和工作條件下，具有足夠的強度和合適的剛度，防止管道因熱脹冷縮、支承或端點的附加位移及其它的荷載（如 壓力、自重、風、地震、雪等）造成下列問題：1) 管道的應力過大或金屬疲勞引起管道或支

3、架破壞。2) 管道連接處泄漏。3) 管道作用在與其相聯的設備上的載荷過大，或在設備上產生大的變形或應力，而影響了設備的正常運行。4) 管架因強度或剛度不夠而造成管架破壞。5) 管道的位移量過大而引起的管道自身或其它管道的非正常運行或破壞。6) 機械振動、聲頻振動、流體錘、壓力脈動、安全閥泄放等動荷載造成的管道振動及破壞。應力分析設計工作相關的標準、規范：1)gb150-1999鋼制壓力容器2)gb50316-2000工業金屬管道設計規范3)hg/t20645-1998化工裝置管道機械設計規定4) jb/ 95可變彈簧支吊架5) jb/ 95恒力彈簧支吊架6) 簡化柔性計算的規定7)asme/a

4、nsiprocess piping8)asme/ansipower piping9)asme/ansiliquid transmission and distribution pipingsystems10)asme/ansi gas transmission and distribution piping systems11)api 610 centrifugal pumps for general refinery services12) api 617 liquid transportation system for hydrocarbone, liquid ,petroleum gve

5、, anhydrone ammonis , and alcohols13) nema sm-23 steam turbine14) api 661 air-cooled heat exchangers for general refinery service15) 管道配管設計規定16)管架設計工程規定17)石油化工企業管道柔性設計規范18)gb 50316-2000工業金屬管道設計規范2. 應力分析管線的分類及應力分析方法應力分析管線的分類原則上，所有的管線均應做應力分析，并根據管線的類別（溫度、壓力、口徑、壁厚、所連接的設備的荷載要求等）確定應力分析的方法和詳細程度。如果項目中沒有具體規定

6、，可按以下方法對應力分析管線進行分類。類管線（見附錄 1）此類管線采用目測檢驗或簡化分析方法。類管線（見附錄 1）此類管線要求進行分析，并可采用公認的簡化計算方法（或圖表）進行分析計算。（詳見附錄 1）此種分析計算應有分析計算報告，分析報告適用于：1) 高壓管線2) 鍋爐水管線3) 工藝管線4) 天然氣及液化天然氣管線類管線（見附錄 1）此類管線應嚴格進行計算機輔助計算分析，下列管線均屬于此類管線范疇：與具有對載荷敏感的轉動機械相連的管線，它包括以下幾類：1) 與泵相連的管線 , 由于泵口載荷校核依據操作工況下的載荷進 行，故當管線操作條件為以下條件時，應做詳細應力分析。a) 溫度 150c

7、（或 -140 c）， 公稱直徑大于或等于dn100(4” ) 的管線；b) 溫度 120c （或 -90 c）， 公稱直徑大于或等于dn300(12”) 的管線；c) 溫度 150c（或 -140 c），且管線公稱直徑大于管口公稱直徑的管線。2) 與往復式、離心式壓縮機、透平相連接的管線，由于設備管口載荷校核依據操作工況下的載荷進行，故當管線操作溫度高于120c，公稱直徑大于或等于dn80(3”) 的管線，應做詳細應力分析。3) 與空冷器相連的管線，當其管徑大于或等于 dn150(6”) 或設計溫度大于或等于120 c時，應做詳細應力分析。與對應力敏感的設備相連的管道，應進行應力分析。它包含

8、以下幾類：1) 與按照 asme第卷第二章部分設計的設備相連的管道；2) 與加熱器相連的管道；3) 與鋁制設備相連的管道；4) 進出加熱爐及蒸汽發生器的工藝管道，以及再生及除焦管道；5) 進出汽輪機的蒸汽管道；6) 與襯里設備相連的管道。2.1.3.3夾套管道。2.1.3.4附錄 1中所有的類管道。2.1.3.5其它的用圖表法或公式法分析后，屬于應力、柔性不能滿足要求的管道。2.1.4類管線（見附件 1）應力分析工程師對此類管線應特別注意，應采用特別的應力分析方法 , 因為在得到設備和結構的布置之前去做這些管線的分析是沒用的。這類管線有下列幾類：1) 管線的設計溫度和壓力高于 asme/ans

9、i中的定義的 2500磅等級；2) 在下列溫度值下長期工作的管道國內材料國外材料碳鋼380c375c合金鋼450c482c不銹鋼520c538c3) 大直徑管線（ dn1200即48”及以上）；4) 薄壁管線（ t/d t: 壁厚 d ：管徑）；5) 管線的設計循環次數高于 22000次；6) 根據應力分析工程師的意見，上述第類管線中要求做其它附加的應力分析的管線。應力分析的方法通常在設計中根據以下條件確定應力分析方法：1) 介質的危險性（有毒、易燃、易爆等）；2) 管線操作工況（溫度、壓力、脈動、工作循環強度等）；3) 地震烈度；4) 工廠類型（化工、石油、電力、核工業等）。目測方法根據以往

10、的經驗或與已分析過的管線的比較相類似，則采用目測的方法已經足夠，不需要進行更詳細的應力分析。此時，需目測者具有相當的工程經驗。簡單分析（圖表法、公式法）簡單分析將確保管線有足夠的柔性，以吸收位移（熱膨脹）。盡管簡單分析不能提供準確的載荷和應力，但這種分析簡單而快速，甚至可以由非專職應力分析工程師來完成。下面給出兩種簡單分析方法：第一種方法是采用公司標準簡化柔性計算的規定（）的快速管道應力分析方法。它基于一種簡單的（可靠的）計算方法，更多的是考慮管線的位移在允許的范圍內即管線有足夠的柔性，能夠吸收管線由于受熱荷載等產生的位移。需要注意的是，此種方法不適合于下列管線：1) dn600 （24”）；

11、2) 設計溫度超出 -20 c350c范圍；3)薄壁管（ t/d t:壁厚d ：管徑）；4) 需準確知道約束（端點）反力的管線；5) 夾套管；6) 非金屬管 。第二種簡單計算方法依據asme/ansi標準，它包含一個標準的計算過程；它要求管線具有同一直徑，兩端固定，無中間約束。d ? y(lu ) 2 208.3式中： d管子外徑， mmy管子吸收的總位移，mml兩固定點間管子總長度，mu兩固定點間的直線距離，m需注意的是，此種分析方法不適用于下列管線1) 管線的約束多于兩個；2) 需準確知道約束反力的管線；3) 夾套管；4) 管線的工作循環次數大于 7000次；5) 兩固定點間的管徑或壁厚有

12、改變；6) 非金屬管道；7) 大直徑薄壁管（ t/d ）；8) 端點附加位移量占總位移量大部分管道；9) l/u 的不等腿 u型管道或近似直線的鋸齒狀管道。計算機輔助應力分析使用專門的管道應力分析軟件（caesar）對管道進行詳細的應力計算和結果分析。計算并分析評定管道各分支點的應力、約束點和端點（設備管口）的力和力矩等。管道應力分析分為靜力分析和動力分析。對一般管道，通常只做靜力分析即可。但對一些特殊工況的管線則應做動力分析（如往復泵、往復式壓縮機的進出口管線）。靜力分析包括：1) 管道在持續外載（壓力、自重、集中力等）作用下的一次應力計算及評定；2) 管道在溫度荷載及端點附加位移載荷作用下

13、的二次應力計算及評定；3) 管道對設備管口的作用力計算；4) 管道支吊架的受力計算；5) 管道上的法蘭和分支點受力計算。動力分析包括：1) 管道固有頻率分析；2) 管道強迫振動響應分析；3) 往復式壓縮機（泵）氣柱頻率分析；4) 往復式壓縮機（泵）壓力脈動分析。3. 管道應力分析設計輸入和設計輸出設計輸入管道應力分析設計輸入包括以下條件：1) 工藝流程圖（ p id）2) 工藝管線表3) 設備數據表4) 結構圖5) 建筑圖6) 總圖7) 機泵條件8) 設備總裝配圖9) 設備布置圖10) 配管圖（平、立面）11) 管道軸測圖（如果需要）12) 管道等級規定設計輸出1) 應力分析工程規定2) 臨界

14、管線表3) 應力分析報告（包括首頁、計算內容頁、應力分析軸測圖、輸入數據、各工況下的位移、應力、約束反力、彈簧架表、有許用載荷要求的動設備管口校核報告等）4) 設備管口荷載條件5) 設備預焊件條件6) 結構荷載條件7) 柔性件數據表8) 彈簧架數據表典型的管道應力分析輸出報告見附件 3 應力分析報告標準格式應力分析報告的標準格式參見標準管機專業入庫文件標準格式及規定(xxx-xx)。計算機輔助應力分析工作程序圖管道計算機輔助應力分析工作程序如下圖所示。接收有關條件按需分析的管道重要性排計劃分批計算的計劃交配管人員目測法提出不合理配管的部位返不可圖表、公式法回配管人員協商解決判斷調整管架確認被計

15、算條件或與配管人員專業人員協商編節點號準備有關數據修改走向上機分析結果分析位no移荷載合 格找出原因yes交管架打印結果交配管人員人員設備管口荷載條件交設備室結束3.4管道應力分析適用的軟件美國coade公司的 caesar。3.5管道應力分析的校審依據壓力管道設計文件校審與簽暑制度及校審細則的規定執行。4. 管道應力分析條件的確定計算壓力管道計算壓力應根據工藝管線表中設計壓力確定。管道計算壓力應不低于正常操作中預計的最高壓力或在最苛刻溫度下同時發生的內壓或外壓，取其最危險工況。對工藝有特殊要求的工況（指溫度與壓力的耦合）也應予以考慮。計算溫度管道計算溫度應根據工藝管線表中的設計溫度確定。管道

16、計算溫度應不低于正常操作中預計的最高溫度或在其它工況下的最苛刻溫度，取其最高值，或二者均應考慮計算。對工藝有特殊要求的工況（指溫度與壓力的耦合）也應予以考慮。蒸汽伴熱管道、蒸汽夾套管道和需蒸汽吹掃的管道，取介質設計溫度和蒸汽溫度的高者為計算溫度。帶內襯里的管道應利用計算值或經驗數據并根據工藝管線表確定計算溫度。安全閥排泄管道，應取排放時可能出現的最高或最低溫度作為計算溫度，同時，還應考慮正常操作時，排出管線處于常溫下的工況。進行管道應力分析時，不僅要考慮正常操作條件下的溫度，還要考慮短時超溫工況（如開車、停車、除焦、再生等）。當管道的操作工況復雜，難以確定計算工況時，可選幾種工況進行分析比較。

17、管道安裝溫度管道應力分析的安裝溫度，應依據建設項目所在地的氣象環境和安裝時間及業主的特殊要求來確定。如無特殊規定，則管道安裝溫度取21 c。摩擦系數的確定除非另有規定，在進行管道應力分析時，摩擦系數按下表確定。鋼對鋼不銹剛對聚四氟乙烯聚四氟乙烯對聚四氟乙烯鋼對混凝土腐蝕裕量腐蝕裕量依據管道等級規定確定。通常，碳鋼及合金鋼的腐蝕裕量一般為1.5mm，不銹鋼一般不考慮腐蝕裕量。附加載荷除上述，所定義的溫度、壓力載荷外，尚應考慮以下載荷：地震載荷取 0.08g 作為地震時的水平加速度，此時應作為偶然載荷工況來計算，同時將相應的許用應力提高 1/3 。風載荷按基本風壓值乘以管線的迎風面積再乘以管線的形

18、狀系數為作用力，即fqa式中：f 為力（單位 n）q 為基本風壓（單位 n/ mm2 ）a為迎風面積（單位形狀系數，對管子為mm2 ）此時，計算的工況為偶然載荷工況，同時將相應的許用應力提高1/3 。安全閥泄放載荷依據 asme/ansi和api rp520標準來計算泄放載荷。把此載荷作為靜荷載加入到被計算的管系中。（需考慮此載荷引起的系統振動時，則應做動力分析），此時計算的工況為偶然載荷工況， 同時將許用應力提高 1/3 。有效冷緊通常不建議采用冷緊，特別是與轉動設備相連的管線，不允許使用冷緊的方法。有效冷緊是指冷緊量的有效值，通常取冷緊量的2/3 。在應力分析中，對于在非蠕變溫度下工作的管

19、線，其冷緊量（如果需要），取全補償量的 50%。對于在蠕變溫度下工作的管線，即碳鋼：370 c (375 c)合金鋼： 450 c (482 c)不銹鋼： 520 c (538 c)其冷緊量（如果需要），取全補償量的 70%。( 注：括號內的溫度是針對國外材料。 )5. 管道應力分析評定準則應力評定所有被分析的管系的應力評定準則依據 asme/ansi（工藝管道）， asme/ansi ( 動力管道 ) ， asme/ansi和asme/ansi（長輸管道），以及 gb50316-2000等標準執行。許用應力許用應力的取值依據設計所采用的規范的不同，而分別依據asme , asme ,asme

20、 , asme和gb50316-2000。柔性系數和應力增強系數管件的柔性系數和應力增強系數的計算方法見附件 4，對于不同于附件 4中的管件，應參照 gb50316-2000規范采用相應的方法計算。位移評定各種載荷在管系中各點產生位移應控制在“ gb50316-2000”規范允許的范圍內，且應滿足工藝、安裝、操作等諸方面要求。5.3設備管口載荷評定泵與泵相連的管線，除其應力需滿足相關規范的要求外，泵口所承受的載荷應滿足制造商和 api610( 針對離心泵 ) 標準的要求，且對于往復泵應做動力分析。 api 610一般煉廠用離心泵管口許用載荷見附件 4。壓縮機與壓縮機相連的管線，除其應力需滿足相關規范的要求外，壓縮機管口所承受的載荷應滿足制造商和 api617（針對離心式壓縮機）標準的要求，且對于往復式壓縮機應做動力分析。對于離心式壓縮機，其管口處承受的載荷應不大于 nema sm23規范中規定值的倍，或依據 api617第節進行計算，計算的限定值由供貨商提供。蒸汽透平和汽輪機與蒸汽透平或汽輪機相連的管線，除其應力需滿足相關規范的要求外，透平和汽輪機管口所承受的載荷應滿足制造商和 nema sm23標準的要求。 nemasm23標準的管口許用載荷見附件 5。空冷器與空冷器相連的管線，除其應力需滿足相關