5 應(yīng)力計(jì)算 5.1 管道壁厚計(jì)算 5.1.1 熱力管道

5.1．1．1管道理論壁厚計(jì)算

對(duì)于Dw/Dn≤1.7承受內(nèi)壓的熱力和氣體管道按下式計(jì)算理論壁厚 （1）按管道外徑確定時(shí)

δ=P Dw／（2[σ]tη＋P） mm （5.1.1-1） （2）按管道內(nèi)徑確定時(shí)

δ=P Dn／（2[σ]tη－P） mm （5.1.1-2） 上兩式中 δ—管道計(jì)算壁厚， mm； P—設(shè)計(jì)壓力 MPa； Dw—管道外徑 mm； Dn—管道內(nèi)徑 mm；

[σ]t—管道在設(shè)計(jì)溫度t下的許用應(yīng)力， MPa； η—許用應(yīng)力修正系數(shù)，見(jiàn)下表。

許用應(yīng)力修正系數(shù)η 表5.1.1.1 1 2 3 4 5 6 7 8

無(wú)縫鋼管 對(duì)于單面焊接的螺旋縫焊接鋼管（按有關(guān)制造技術(shù)條件檢驗(yàn)合格者） 對(duì)于縱縫焊接鋼管（按有關(guān)制造技術(shù)條件檢驗(yàn)合格者） A， 手工電焊或氣焊 1.00 0.60 1.00 0.90 0.75 1.00 0.85 0.80 雙面焊接有坡口對(duì)接焊縫，100%無(wú)損探傷 有氬弧焊打底的單面焊接有坡口對(duì)接焊縫 無(wú)氬弧焊打底的單面焊接有坡口對(duì)接焊縫 B，熔劑層下的自動(dòng)焊 雙面焊接對(duì)接焊縫，100%無(wú)損探傷 單面焊接有坡口對(duì)接焊縫 單面焊接無(wú)坡口對(duì)接焊縫 16

5.1.1.2 管道設(shè)計(jì)壁厚和名義壁厚

δS=δ+C=δ+C1+C2 mm （5.1.1-3）

δS—管道設(shè)計(jì)壁厚， mm；

C—管道壁厚附加值， mm； C1—管道壁厚負(fù)偏差的附加值， mm； C2—管道壁厚腐蝕裕度， mm； δ—同前。

管道名義壁厚δn指管道設(shè)計(jì)壁厚向上圓整至鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的壁厚。即標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖紙上的壁厚。

5.1.1.3 管道壁厚負(fù)偏差的附加值C1及管道壁厚腐蝕裕度C2

管道壁厚負(fù)偏差附加值C1的確定： （1）對(duì)于無(wú)縫鋼管按下式計(jì)算：

C1= A1δ mm （5.1.1-4） A1—管道壁厚負(fù)偏差系數(shù)，根據(jù)管道壁厚允許偏差按表5.1.1.3-1取用。 管道壁厚負(fù)偏差系數(shù) 表5.1.1.3-1 管道壁厚允許偏差% A1 0 －5 －8 －9 －10 －11 －12.5 －15 0.050 0.105 0.141 0.154 0.167 0.180 0.200 0.235 δ-管道計(jì)算壁厚， mm；

根據(jù)GB8163—87規(guī)定，無(wú)縫鋼管壁厚允許偏差如表5.1.1.3-2。 無(wú)縫鋼管壁厚允許偏差 表5.1.1.3-2 鋼管種類 壁 厚 外徑≤57mm的各種壁厚 熱 軋 3~20mm ＞20mm 冷 軋

精 確 度 普 通 級(jí) ±15% ＋12.5% －15% ±12.5% ±0.15mm 17

高 級(jí) — ±12.5% ±10.0% ±0.12mm ＜1mm ＞1~3mm ＋15% －10% ＋12% －10%

＞3mm

＋12% －10% ±10% （2）對(duì)于縱縫、螺旋縫焊接鋼管，當(dāng)焊接鋼管產(chǎn)品技術(shù)條件中已提供壁厚負(fù)偏差百分?jǐn)?shù)值時(shí)，則按計(jì)算無(wú)縫鋼管壁厚附加值的方法確定。 （3）當(dāng)焊接鋼管產(chǎn)品技術(shù)條件中未提供壁厚負(fù)偏差百分?jǐn)?shù)值時(shí)，壁厚附加值一般按下列數(shù)據(jù)取用：

壁厚為5.5mm及以下時(shí) C1=0.5mm 壁厚為6~7mm時(shí) C1=0.6mm 壁厚為8~25mm時(shí) C1=0.8mm

（4）在任何情況下，計(jì)算采用的管道壁厚負(fù)偏差的附加值不得小于0.5mm。

管道壁厚腐蝕裕度C2值的確定： （1）對(duì)于一般汽水管道，C2=0。

（2）對(duì)于磨損或腐蝕較嚴(yán)重的管道，如估計(jì)到管道在使用中磨損或腐蝕速度超過(guò)0.05mm/a時(shí)，則C2應(yīng)為運(yùn)行年限內(nèi)的總腐蝕量。

(3) 對(duì)煤氣、氧氣、鍋爐給水、鍋爐排污、工業(yè)水、給水再循環(huán)和腐蝕嚴(yán)重的凝結(jié)水等管道，還可適當(dāng)增加壁厚。

5.1.1.4 對(duì)于壓力不大于2.5MPa且溫度不大于250℃的無(wú)腐蝕性介質(zhì)熱力管道管道，其常用無(wú)縫鋼管的管道名義壁厚和管道規(guī)格見(jiàn)表4.1.1.4。按上表選擇管道時(shí)可不再進(jìn)行壁厚應(yīng)力計(jì)算。 5.1.2 火力發(fā)電廠汽水管道

管道理論壁厚計(jì)算詳見(jiàn)DT/L5054—1996〈火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定〉3.2“壁厚計(jì)算”（P.14）。其小型熱電站常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金鋼無(wú)縫鋼管規(guī)格與名義壁厚如表4.1.2.3所示。

根據(jù)選用的無(wú)縫鋼管規(guī)格與名義壁厚作為輸入數(shù)據(jù)的一部分，以《火力發(fā)電廠管道靜力計(jì)算方法及程序》（電力工業(yè)部電力建設(shè)總局一九八O年十月）中的等值剛度法管道靜力計(jì)算程序來(lái)驗(yàn)算管道在工作狀態(tài)下，，由內(nèi)壓和持續(xù)外載（包括自重）作用產(chǎn)生的一次應(yīng)力；管道由熱脹、冷縮和其它位移

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受約束而產(chǎn)生的熱脹二次應(yīng)力計(jì)算；管道在冷狀態(tài)及工作狀態(tài)下對(duì)固定支架的推力和力矩；工作狀態(tài)下各支吊點(diǎn)的荷重；根據(jù)各支吊點(diǎn)的熱位移和工作荷重，選擇彈簧并給出彈簧予壓縮值；管道由冷緊和彈簧附加力作用的位移值計(jì)算，以作為管道支吊架設(shè)計(jì)和安裝調(diào)整的一個(gè)依據(jù)。 5.2 管道支架跨距計(jì)算

5.2.1 按強(qiáng)度條件確定管道支架允許跨距

管道自重彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)管材的許用應(yīng)力，以保證管道強(qiáng)度安全。 對(duì)于連續(xù)敷設(shè)，均布荷載的水平直管，支架最大允許跨距按下式計(jì)算。 Lmax=2.24√ Wφ[σ]t÷q m （5.2.1） 式中 Lmax—管道支架最大允許跨距， m； W—管道斷面抗彎矩， cm3 φ—管道橫向焊縫系數(shù)，見(jiàn)表5.2.1 [σ]t—鋼管熱態(tài)許用應(yīng)力， MPa； q—管道單位長(zhǎng)度計(jì)算荷載， N/m；

q=管材重+保溫重+附加重，見(jiàn)《動(dòng)力管道手冊(cè)》第六章P.424,表6-1和表6-2。

管道橫向焊縫系數(shù) 表5.2.1

焊 接 情 況 手工有墊環(huán)對(duì)焊 手工無(wú)墊環(huán)對(duì)焊 手工雙面加強(qiáng)焊 自動(dòng)雙面焊 自動(dòng)單面焊 φ值 0.9 0.7 0.95 1.0 0.8 5.2.2 按剛度條件確定管道支架允許跨距

管道在一定跨距下總有一定的撓度，由管道自重產(chǎn)生的彎曲撓度不應(yīng)超過(guò)支架跨距的0.005(當(dāng)管道坡度i0=0.002~0.005時(shí))，對(duì)于連續(xù)敷設(shè)均布荷載的水平直管支架最大允許跨距按式（5.2.2）計(jì)算。

Lmax=0.19(100EtJi0÷q)1/3 m （5.2.2）

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式中 q—管道單位長(zhǎng)度計(jì)算荷載， N/m；

q=管材重+保溫重+附加重，見(jiàn)《動(dòng)力管道手冊(cè)》第六章P.424,表6-1和表6-2。

Et—在計(jì)算溫度下鋼材彈性模數(shù)， MPa； J—管道斷面慣性矩， cm4； i0—管道坡度，i0=0.002~0.005。

5.2.3 管道支架允許跨距的計(jì)算應(yīng)按強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件進(jìn)行，取兩者中較小值作為推薦的最大允許跨距。

P=1.3MPa t=200℃保溫蒸汽管道最大允許跨距見(jiàn)表(5.2.3-1)。 t=100℃保溫液體管道最大允許跨距見(jiàn)表(5.2.3-2)。 不保溫管道最大允許跨距見(jiàn)表(5.2.3-3)。

保溫蒸汽管道最大允許跨距(P=1.3MPa t=200℃) 表5.2.3-1 公稱通徑mm 外徑×壁厚mm 22×3 28×3 32×3 38×3 45×3 強(qiáng)度條件計(jì)算最大跨剛度條件計(jì)算最大跨距 m 保溫結(jié)構(gòu)容重kg/m 3最大允許跨距推薦值 m 距 m 保溫結(jié)構(gòu)容重kg/m 3保溫結(jié)構(gòu)容重kg/m3 150 250 350 150 250 350 150 250 350 15 2.83 2.41 1.71 1.84 1.66 1.32 1.8 1.6 1.3 20 3.47 3.0 1.98 2.30 2.09 1.58 2.3 2.1 1.5 25 3.85 3.05 2.27 2.55 2.18 1.79 2.5 2.2 1.8 32 4.08 3.51 2.63 2.81 2.54 2.09 2.8 2.5 2.1 40

4.62 4.01 2.82 3.23 2.94 2.32 3.2 2.9 2.3 20