MC06 管道应力专业设计规定2A版.doc

中国五环工程
有限公司
河南龙宇煤化工有限公司
详细工程设计
2A
版
龙宇40万吨/年醋酸及配套工程
09058-00000-MC06
管道应力设计规定
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管道应力设计规定

2A
详细工程设计

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中国五环工程
有限公司
河南龙宇煤化工有限公司
详细工程设计
2A
版
龙宇40万吨/年醋酸及配套工程
09058-00000-MC06
管道应力设计规定
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1 目的
为统一河南龙宇煤化工有限公司龙宇40万吨/年醋酸及配套工程管道应力分析专业工程技术要求，指导工程项目技术工作，特编制本规定。

2 适用范围
本规定适用于河南龙宇煤化工有限公司龙宇40万吨/年醋酸及配套工程项目中基础设计和详细工程设计阶段管道应力分析工作，规定了管道应力分析的适用标准、规范，设计要求及文档要求。本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。
3 标准规范
下列标准规范中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款。凡注日期的引用文件，如在工程项目开始前有更新版本发表，应按最新版本执行。

标准号

标准名称
GB 50316-2000
工业金属管道设计规范
GB 150-1998（2002）
钢制压力容器（第1号修改单）
SH/T 3041-2002
石油化工管道柔性设计规范
SH3039-2003
石油化工非埋地管道抗震设计通则
JB/T8130.1-1999
恒力弹簧支吊架
JB/T8130.2-1999
可变弹簧支吊架
HG/T20645-1998
化工装置管道机械设计规定
ASME/ANSI B31.3
Process Piping
ASME/ANSI B31.1
Power Piping
API 610
Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical, and Gas Industry Services
API 617
Centrifugal Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas Service Industries
API 618
Reciprocating Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas Industry Services

4 设计原则
4.1 一般要求
4.1.1 管道设计应使管道具有必要柔性，以满足下列要求:
（1）能够避免管道因温度循环变化和端点位移导致管道疲劳破坏；
（2）管道对相接设备的力与力矩应不会对设备产生实质性损害；
（3）管道对法兰的力与力矩应不会导致介质泄漏；
（4）避免管架因强度或刚度不够而造成管架破坏；
（5）避免管道的位移过大而引起管道自身或其他管道的非正常运行或 破坏。
4.1.2 在考虑管道柔性同时，管道设计还应满足下列要求
（1）管道应能够承受管道上各种重量，包括管道组成件、隔热材料重量以及工作状态下被输送流体重量和水压试验过程中水的重量；
（2）管道应能够承受当地的地震、风以及冲击载荷的作用；
（3）管道应可以避免因机械振动、声频振动、介质压力脉动、流体锤、风以及安全阀泄放载荷而出现过大振动。
4.1.3 应优先采取自然补偿方法解决管道柔性问题，安装空间狭小而不具备自然补偿条件时方考虑采用金属膨胀节。

4.2 管道应力校核条件
4.2.1 任何预计工况下，管道中由于压力、重力和其他持续荷载所引起的纵向应力之和均不应超过
管道材料在当时工况下的许用应力。
4.2.2 温度变化和端点位移引起的管道位移应力变化范围不应超过许用的位移应力范围，该许用的
位移应力范围为：

σA=f{1.25([σ]+ [σ]t)-σL }
式中 σA——许用的位移应力范围，MPa；
[σ]——管材在冷态的许用应力，MPa；
[σ]t——管材在热态下的许用应力，MPa；
σL——由于压力、重力等持续荷载引起的管道纵向应力之和，MPa；
f——管道许用位移应力范围减小系数，按GB 50316-2000取值。
4.2.3 对于GB 50316-2000所划定的A1类之外的管道，即非剧毒流体管道，在工作状态下，管道中由于压力、重力和其他持续荷载与地震或风载荷共同影响所产生的纵向应力不应超过管道材料在工作温度下许用应力的1.33倍；对于GB 50316-2000所划定的A1类的管道，即剧毒流体管道，按GB 50316-2000的相关规定执行。
4.2.4 管道抗震设计按照SH3039-2003执行。
4.2.5 安全阀泄放载荷
4.2.6 依据ASME/ANSI B31.1和API RP520标准来计算泄放载荷。把此载荷作为静荷载加入到被计算的管系中。（需考虑此载荷引起的系统振动时，则应做动力分析）
4.3 设备管口允许外力与外力矩
4.3.1 管道作用于转动机器管口的允许外力与外力矩数值应符合机器制造商提出的限制性条件或取得机器制造厂的书面认可。若没有明确的限制性要求，则应符合下列标准。
（1）对于离心泵，应符合API 610许用值的2倍；
（2）对于离心压缩机，应符合API 617许用值的2倍；
（3）对于汽轮机，应符合NEMA SM23许用值的2倍。
4.3.2若没有明确的限制性要求，管道作用于静设备管口的外力与外力矩应符合附表-1的值控制，并将最终计算值提交设备专业确认。
4.3.3 加热炉接管的允许推力和力矩应由加热炉设计单位确定或确认。
4.3.4 其它专有设备的管口允许受力则应由承包商与设备制造商协商确定。
5 应力分析
5.1 应力分析范围
5.1.1 原则上所有的管道均应考虑应力问题。

5.2 适用方法
5.2.1 可根据具体情况选择采用经验目测、简单公式判断、图表法或详细计算的方法。

5.3 应力分析管道的分类
5.3.1 Ⅰ类管线（见附表－2）
此类管线采用目测检验或简化分析方法。
1) 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道；
2) 和已分析的管道比较，确认有足够柔性的管道。
5.3.2 Ⅱ类管线（见附表－2）
此类管线要求进行分析，并可采用公认的简化计算方法（或图表）进行分析计算。
（见附表－2）
此种分析计算应有分析计算报告，它适用于：
1) 高压管线
2) 锅炉水管线
3) 工艺管线
4) 天然气及液化天然气管线
5.3.3 Ⅲ类管线（见附表－2）
此类管线应严格进行详细计算应力分析，下列管线均属于此类管线范畴：
5.3.3.1 具有对载荷敏感的转动机械相连的管线，它包括以下几类：
1) 与泵相连的管线,泵口载荷校核依据操作工况下的载荷进行，当管线操作条件为以下条件时，应做详细应力分析。
a) 温度≥150°C （或≤-140°C）， 公称直径大于或等于 DN100(4”)的管线；
b) 温度≥120°C （或≤-90°C）， 公称直径大于或等于DN150(6”) 的管线；
c) 温度≥150°C（或≤-140°C），且管线公称直径大于管口公称直径的管线。
2) 与往复式、离心式压缩机、鼓风机、透平，往复泵相连接的管线，设备管口载荷校核依据操作工况下的载荷进行。
3) 与空冷器相连的管线，当其管径大于或等于DN150(6”)或设计温度大于或等于120°C时，应做详细应力分析。
5.3.3.2 与对应力敏感的设备相连的管道，应进行详细应力分析。它包含以下几类：
1) 与按照ASME第Ⅷ卷第二章部分设计的设备相连的管道；
2) 与加热器相连的管道；
3) 与铝制设备相连的管道；
4) 进出加热炉及蒸汽发生器的工艺管道，以及再生及除焦管道；
5) 进出汽轮机的蒸汽管道；
6) 与衬里设备相连的管道；
7）进出高温反应器的工艺管道；
8）其它特别要求的管道。
5.3.3.3 夹套管道。
5.3.3.4 附表－2中所有的Ⅲ类管道。
5.3.3.5 其它的用图表法或公式法分析后，属于应力、柔性不能满足要求的管道。
5.3.3.6 对无法经验目测或简单计算不合格的管道，应采用详细计算的方法核算。
5.3.4 Ⅳ类管线（见表－2）
应力分析工程师对此类管线应特别注意，应采用特别的应力分析方法,因为在得到设备和结构的布置之前去做这些管线的分析是没用的。这类管线有下列几类：
1) 管线的设计温度和压力高于ASME/ANSI B16.5中的定义的2500磅等级；
2) 在下列温度值下长期工作的管道
碳 钢
375°C
合金钢
482°C
不锈钢
538°C
3) 大直径管线（DN1200即48”及以上）；
4) 薄壁管线（t/D≤0.02 t:壁厚 D：管径）；
5) 管线的设计循环次数高于22000次；
6) 根据实际情况，上述第Ⅲ类管线中要求做其它附加的应力分析的管线。

5.4 管道静力及动力分析内容
5.4.1 对一般管道只做静力分析即可，对于往复压缩机、往复泵管道还应做动力分析。
5.4.2 管道静力分析包括以下内容：
(1) 管道在压力、重力和其他持续荷载作用下的一次应力计算及评定；
(2) 管道在温度荷载及端点附加位移作用下的二次应力计算及评定；
(3) 管道对设备管口的作用力计算；
(4) 管道支吊架的受力计算。
5.4.3 管道动力分析包括以下内容：
(1) 管道固有频率分析；
(2) 管道强迫振动响应分析；
(3) 往复式压缩机（泵）气柱固有频率分析；
(4) 往复式压缩机（泵）压力脉动分析。
5.4.4 详细计算应采用应力分析软件CAESAR II完成。

5.5 应力分析条件的确定
5.5.1 计算基础数据应由相关各专业提供。
5.5.2 计算工况应涵盖最不利工况。
5.5.3 另有规定除外，热态计算温度按操作温度确定。
5.5.4 另有规定除外，安装温度取20 ℃。
5.5.5 另有规定除外，冷态计算温度取安装温度。
5.5.6 另有规定除外，计算压力取最高操作压力。
5.5.7 摩擦系数的取值如下：
(1) 钢对钢滑动摩擦，取0.3；
(2) 钢对混凝土滑动摩擦，取0.6；
(3) 不锈钢对聚四氟乙烯滑动摩擦，不锈钢对不锈钢滑动摩擦取0.1；
(4) 滚动摩擦，取0.1。
5.5.8 仅需要考虑载重支承面上摩擦效应
5.5.9 冷紧可降低操作时管道对连接设备或固定点的推力和力矩，但连接转动设备的管道不应采用冷紧。在应力校核中应不考虑冷紧效应。管道采用冷紧时，热态冷紧有效系数取2/3，冷态取1。
5.5.10 应优先采取自然补偿方法解决管道柔性问题，安装空间狭小而不具备自然补偿条件时方考虑采用金属波纹管膨胀节。采用金属波纹管膨胀节应考虑满足工艺条件及防腐要求，不得采用填函式伸缩节和球形补偿器。
5.5.11 采用金属波纹管膨胀节应考虑变形及内压推力对结构的作用，而且，波纹补偿器的各向变形应满足以下要求

6 计算文档
6.1 内容与格式
6.1.1 详细计算应有正式结果报告书，应力报告文件编号及内容见附件3。
6.1.2 计算结果报告书中应附计算所用的管道空间等视图，图中除注明管道尺寸外，还应列出所有计算需要的其它基础数据和工况说明，并清楚标注出经计算确定的支承的位置、类型、作用方向和限位间隙以及膨胀节的相关信息，管道空视图管架的表示方法见附件4的。
6.1.3 计算结果报告书的主体部分至少包括下列内容。
(1) 管道最大应力所在位置、数值，对应允许值及二者百分比值；
(2) 支承点、弯头、管口等关键部的冷、热态位移；
(3) 设备管口、支承点的冷、热态荷载；
(4) 计算确定的弹簧支承数据表，其中应含支承点位移及荷载。

附表-1 静设备管口允许受力表

以上力和力矩为管口单方向允许受力。

附表-2 管线应力分析分类表

附表-3 应力计算报告内容模板
文 件 索 引
页 码
内 容
版 本
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2D
2E
2F
2G

三维模型图

空视图

应力计算报告

弹簧数据表（如有）

膨胀节基本参数表（如有）

特殊管架图（如有）

设备管口受力条件（如有）

应力报告文件编号
管线号
09058-03000-MC02-001
CPA-03403A-1800-AG2
LS-03402A/B/C-700-BB1
SC-03404A/B/C-40-BB1

应力报告满足一下要求：
ü 厂区正北方向标识在相关文件中
ü 应力计算要求遵循09058-00000-MC06规定

2A

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附表-4 应力空视图管架表示方法