5 應力計算 5.1 管道壁厚計算 5.1.1 熱力管道

5.1．1．1管道理論壁厚計算

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

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

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

[σ]t—管道在設計溫度t下的許用應力， MPa； η—許用應力修正系數(shù)，見下表。

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

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

5.1.1.2 管道設計壁厚和名義壁厚

δS=δ+C=δ+C1+C2 mm （5.1.1-3）

δS—管道設計壁厚， mm；

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

管道名義壁厚δn指管道設計壁厚向上圓整至鋼管標準規(guī)格的壁厚。即標注在設計圖紙上的壁厚。

5.1.1.3 管道壁厚負偏差的附加值C1及管道壁厚腐蝕裕度C2

管道壁厚負偏差附加值C1的確定： （1）對于無縫鋼管按下式計算：

C1= A1δ mm （5.1.1-4） A1—管道壁厚負偏差系數(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-管道計算壁厚， mm；

根據(jù)GB8163—87規(guī)定，無縫鋼管壁厚允許偏差如表5.1.1.3-2。 無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 ±15% ＋12.5% －15% ±12.5% ±0.15mm 17

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

＞3mm

＋12% －10% ±10% （2）對于縱縫、螺旋縫焊接鋼管，當焊接鋼管產(chǎn)品技術(shù)條件中已提供壁厚負偏差百分數(shù)值時，則按計算無縫鋼管壁厚附加值的方法確定。 （3）當焊接鋼管產(chǎn)品技術(shù)條件中未提供壁厚負偏差百分數(shù)值時，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 C1=0.5mm 壁厚為6~7mm時 C1=0.6mm 壁厚為8~25mm時 C1=0.8mm

（4）在任何情況下，計算采用的管道壁厚負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）對于一般汽水管道，C2=0。

（2）對于磨損或腐蝕較嚴重的管道，如估計到管道在使用中磨損或腐蝕速度超過0.05mm/a時，則C2應為運行年限內(nèi)的總腐蝕量。

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

5.1.1.4 對于壓力不大于2.5MPa且溫度不大于250℃的無腐蝕性介質(zhì)熱力管道管道，其常用無縫鋼管的管道名義壁厚和管道規(guī)格見表4.1.1.4。按上表選擇管道時可不再進行壁厚應力計算。 5.1.2 火力發(fā)電廠汽水管道

管道理論壁厚計算詳見DT/L5054—1996〈火力發(fā)電廠汽水管道設計技術(shù)規(guī)定〉3.2“壁厚計算”（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)電廠管道靜力計算方法及程序》（電力工業(yè)部電力建設總局一九八O年十月）中的等值剛度法管道靜力計算程序來驗算管道在工作狀態(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)生的熱脹二次應力計算；管道在冷狀態(tài)及工作狀態(tài)下對固定支架的推力和力矩；工作狀態(tài)下各支吊點的荷重；根據(jù)各支吊點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算，以作為管道支吊架設計和安裝調(diào)整的一個依據(jù)。 5.2 管道支架跨距計算

5.2.1 按強度條件確定管道支架允許跨距

管道自重彎曲應力不應超過管材的許用應力，以保證管道強度安全。 對于連續(xù)敷設，均布荷載的水平直管，支架最大允許跨距按下式計算。 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)，見表5.2.1 [σ]t—鋼管熱態(tài)許用應力， MPa； q—管道單位長度計算荷載， N/m；

q=管材重+保溫重+附加重，見《動力管道手冊》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)對焊 手工無墊環(huán)對焊 手工雙面加強焊 自動雙面焊 自動單面焊 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)生的彎曲撓度不應超過支架跨距的0.005(當管道坡度i0=0.002~0.005時)，對于連續(xù)敷設均布荷載的水平直管支架最大允許跨距按式（5.2.2）計算。

Lmax=0.19(100EtJi0÷q)1/3 m （5.2.2）

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式中 q—管道單位長度計算荷載， N/m；

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

Et—在計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算應按強度和剛度兩個條件進行，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表(5.2.3-1)。 t=100℃保溫液體管道最大允許跨距見表(5.2.3-2)。 不保溫管道最大允許跨距見表(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 強度條件計算最大跨剛度條件計算最大跨距 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