压力管道设计技术统一规定patr1

5 应力计算 5.1 管道壁厚计算 5.1.1 热力管道

5.1．1．1管道理论壁厚计算

对于Dw/Dn≤1.7承受内压的热力和气体管道按下式计算理论壁厚 （1）按管道外径确定时

δ=P Dw／（2[σ]tη＋P） mm （5.1.1-1） （2）按管道内径确定时

δ=P Dn／（2[σ]tη－P） mm （5.1.1-2） 上两式中 δ—管道计算壁厚， mm； P—设计压力 MPa； Dw—管道外径 mm； Dn—管道内径 mm；

[σ]t—管道在设计温度t下的许用应力， MPa； η—许用应力修正系数，见下表。

许用应力修正系数η 表5.1.1.1 1 2 3 4 5 6 7 8

无缝钢管 对于单面焊接的螺旋缝焊接钢管（按有关制造技术条件检验合格者） 对于纵缝焊接钢管（按有关制造技术条件检验合格者） A， 手工电焊或气焊 1.00 0.60 1.00 0.90 0.75 1.00 0.85 0.80 双面焊接有坡口对接焊缝，100%无损探伤 有氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝 无氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝 B，熔剂层下的自动焊 双面焊接对接焊缝，100%无损探伤 单面焊接有坡口对接焊缝 单面焊接无坡口对接焊缝 16

5.1.1.2 管道设计壁厚和名义壁厚

δS=δ+C=δ+C1+C2 mm （5.1.1-3）

δS—管道设计壁厚， mm；

C—管道壁厚附加值， mm； C1—管道壁厚负偏差的附加值， mm； C2—管道壁厚腐蚀裕度， mm； δ—同前。

管道名义壁厚δn指管道设计壁厚向上圆整至钢管标准规格的壁厚。即标注在设计图纸上的壁厚。

5.1.1.3 管道壁厚负偏差的附加值C1及管道壁厚腐蚀裕度C2

管道壁厚负偏差附加值C1的确定： （1）对于无缝钢管按下式计算：

C1= A1δ mm （5.1.1-4） A1—管道壁厚负偏差系数，根据管道壁厚允许偏差按表5.1.1.3-1取用。 管道壁厚负偏差系数 表5.1.1.3-1 管道壁厚允许偏差% 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-管道计算壁厚， mm；

根据GB8163—87规定，无缝钢管壁厚允许偏差如表5.1.1.3-2。 无缝钢管壁厚允许偏差 表5.1.1.3-2 钢管种类 壁 厚 外径≤57mm的各种壁厚 热 轧 3~20mm ＞20mm 冷 轧

精 确 度 普 通 级 ±15% ＋12.5% －15% ±12.5% ±0.15mm 17

高 级 — ±12.5% ±10.0% ±0.12mm ＜1mm ＞1~3mm ＋15% －10% ＋12% －10%

＞3mm

＋12% －10% ±10% （2）对于纵缝、螺旋缝焊接钢管，当焊接钢管产品技术条件中已提供壁厚负偏差百分数值时，则按计算无缝钢管壁厚附加值的方法确定。 （3）当焊接钢管产品技术条件中未提供壁厚负偏差百分数值时，壁厚附加值一般按下列数据取用：

壁厚为5.5mm及以下时 C1=0.5mm 壁厚为6~7mm时 C1=0.6mm 壁厚为8~25mm时 C1=0.8mm

（4）在任何情况下，计算采用的管道壁厚负偏差的附加值不得小于0.5mm。

管道壁厚腐蚀裕度C2值的确定： （1）对于一般汽水管道，C2=0。

（2）对于磨损或腐蚀较严重的管道，如估计到管道在使用中磨损或腐蚀速度超过0.05mm/a时，则C2应为运行年限内的总腐蚀量。

(3) 对煤气、氧气、锅炉给水、锅炉排污、工业水、给水再循环和腐蚀严重的凝结水等管道，还可适当增加壁厚。

5.1.1.4 对于压力不大于2.5MPa且温度不大于250℃的无腐蚀性介质热力管道管道，其常用无缝钢管的管道名义壁厚和管道规格见表4.1.1.4。按上表选择管道时可不再进行壁厚应力计算。 5.1.2 火力发电厂汽水管道

管道理论壁厚计算详见DT/L5054—1996〈火力发电厂汽水管道设计技术规定〉3.2“壁厚计算”（P.14）。其小型热电站常用优质碳素结构钢与合金钢无缝钢管规格与名义壁厚如表4.1.2.3所示。

根据选用的无缝钢管规格与名义壁厚作为输入数据的一部分，以《火力发电厂管道静力计算方法及程序》（电力工业部电力建设总局一九八O年十月）中的等值刚度法管道静力计算程序来验算管道在工作状态下，，由内压和持续外载（包括自重）作用产生的一次应力；管道由热胀、冷缩和其它位移

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受约束而产生的热胀二次应力计算；管道在冷状态及工作状态下对固定支架的推力和力矩；工作状态下各支吊点的荷重；根据各支吊点的热位移和工作荷重，选择弹簧并给出弹簧予压缩值；管道由冷紧和弹簧附加力作用的位移值计算，以作为管道支吊架设计和安装调整的一个依据。 5.2 管道支架跨距计算

5.2.1 按强度条件确定管道支架允许跨距

管道自重弯曲应力不应超过管材的许用应力，以保证管道强度安全。 对于连续敷设，均布荷载的水平直管，支架最大允许跨距按下式计算。 Lmax=2.24√ Wφ[σ]t÷q m （5.2.1） 式中 Lmax—管道支架最大允许跨距， m； W—管道断面抗弯矩， cm3 φ—管道横向焊缝系数，见表5.2.1 [σ]t—钢管热态许用应力， MPa； q—管道单位长度计算荷载， N/m；

q=管材重+保温重+附加重，见《动力管道手册》第六章P.424,表6-1和表6-2。

管道横向焊缝系数 表5.2.1

焊 接 情 况 手工有垫环对焊 手工无垫环对焊 手工双面加强焊 自动双面焊 自动单面焊 φ值 0.9 0.7 0.95 1.0 0.8 5.2.2 按刚度条件确定管道支架允许跨距

管道在一定跨距下总有一定的挠度，由管道自重产生的弯曲挠度不应超过支架跨距的0.005(当管道坡度i0=0.002~0.005时)，对于连续敷设均布荷载的水平直管支架最大允许跨距按式（5.2.2）计算。

Lmax=0.19(100EtJi0÷q)1/3 m （5.2.2）

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式中 q—管道单位长度计算荷载， N/m；

q=管材重+保温重+附加重，见《动力管道手册》第六章P.424,表6-1和表6-2。

Et—在计算温度下钢材弹性模数， MPa； J—管道断面惯性矩， cm4； i0—管道坡度，i0=0.002~0.005。

5.2.3 管道支架允许跨距的计算应按强度和刚度两个条件进行，取两者中较小值作为推荐的最大允许跨距。

P=1.3MPa t=200℃保温蒸汽管道最大允许跨距见表(5.2.3-1)。 t=100℃保温液体管道最大允许跨距见表(5.2.3-2)。 不保温管道最大允许跨距见表(5.2.3-3)。

保温蒸汽管道最大允许跨距(P=1.3MPa t=200℃) 表5.2.3-1 公称通径mm 外径×壁厚mm 22×3 28×3 32×3 38×3 45×3 强度条件计算最大跨刚度条件计算最大跨距 m 保温结构容重kg/m 3最大允许跨距推荐值 m 距 m 保温结构容重kg/m 3保温结构容重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