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SESA0001 管道应力设计规定

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设计标准

管道应力设计规定
中国石化工程建设公司

SESA 0001 - 2002
实施日期 2002 年 10 月 18 日 共 7 页

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目   次

1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

总则 目的 范围 引用标准 设计规定 一般要求 设计条件 荷载 冷紧 摩擦力 应力计算 力与力矩计算 校核标准 柔性分析方法

1

总则

1.1

目的 为规范公司管道应力分析,保证并提高设计质量,特编制本标准。

1.2 1.2.1 1.2.2

范围 本标准对管道应力分析设计条件、评定标准以及分析方法进行了规定。 本标准适用于设计压力不大于 42 MPa ,设计温度不超过材料允许使用温度,

非直接埋地且无衬里的低碳素钢、合金钢或不锈钢管道。

SESA 0001 - 2002 1.3 引用标准 使用本标准时,应使用下列标准的最新版本。 GB 50316 GBJ 9 SH 3039 《工业金属管道设计规范》

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《建筑结构荷载规范》 《石油化工企业非埋地管道抗震设计通则》

API 610  《石油、化工和气体工业用离心泵》 API 617  《石油、化工和气体工业用离心式压缩机》 NEMA SM23  《机械驱动用汽轮机》

2

设计规定

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3

一般要求 应兼顾管道热补偿及防振要求。 应兼顾管道及设备安全,应避免管道对相关设备造成危害。 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。采用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。 2.1.4 可采取冷紧措施 减小管 道对设备、法兰以及固定架的作用力,但不可 以应 用

在敏感转动设备的管道上。 2.1.5 2.1.6 2.2 2.2.1 2.2.2 存在明显振源的管道应优先考虑防止其振动。 往复式压缩机管道应按照与制造商签定的合同要求进行防振计算。 设计条件 计算基础数据应由相关各专业提供。 计算工况应涵盖最不利工况,如烘炉、催化剂再生、烧焦、吹扫等特殊工况。

2.2.3

另有规定除外, 热态计 算温度按最高操作温度状态确定。对于有外隔 热层 管

道,计算温度取介质温度;对于无外隔热层管道,计算温度可取 95 % 介质温度;对 于有内隔热层管道,计算温度应根据热传导计算确定。 2.2.4 2.2.5 2.2.6 另有规定除外,安装温度取 20 ℃。 另有规定除外,冷态计算温度取安装温度。 另有规定除外,计算压力取最高操作压力。

SESA 0001 - 2002 2.2.7 2.2.8 2.2.9 2.3 2.3.1 2.3.2 金属管道的许用应力按 GB 50316 附录 A 取值。 柔性系数及应力加强系数按 GB 50316 附录 E 计算。 金属弹性模量及膨胀系数按 GB 50316 附录 B 取值。 荷载

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另有规定除外,仅需考虑管道重力和介质压力及温度变化因素。 另有规定除外, 仅需考 虑热位移荷载,即沿管道轴线发生的热胀冷缩 以及 与

温度有关的设备附加位移,不考虑沉陷位移。 2.3.3 2.3.4 如需要考虑风荷载,则其计算按 GBJ 9 进行。 另有规定除外,九级以下地震不需要进行地震验算,但应按 SH 3039 采取防

震措施。 2.3.5 2.3.6 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.5.1 a) b) 2.5.2 a) b) c) 2.5.3 2.5.4 2.6 2.6.1 不需要考虑风和地震同时发生的情况。 对于冲击荷载,动力放大系数取 2 。 冷紧 力与力矩的计算中应计入冷紧因素。 在应力校核中应不考虑冷紧效应。 摩擦力 下列管道不得忽略摩擦力的不利影响: 公称直径大于或等于 600 mm 的管道; 敏感转动设备管道。 滑动摩擦系数按下列取值: 滑动面为钢对钢时,取 0.3 ; 滑动面为钢对混凝土时,取 0.6 ; 滑动面为不锈钢对聚四氟乙烯时,取 0.1 。 滚动摩擦按不锈钢对聚四氟乙烯滑动摩擦考虑。 仅需要考虑载重支承面上摩擦效应。 应力计算 计算由持续荷载 引起的 管道纵向应力时,计算壁厚中应剔除腐蚀裕量 ;计 算

热应力变化范围时,计算壁厚取管道名义厚度。 2.6.2 2.6.3 按常温下管材弹性模量计算热应力变化范围。 引入应力增大系 数计算 管件应力。计算持续荷载引起的管件应力时, 应力 增

大系数取 0.75 i ,但不得小于 1 ;计算管件热应力变化范围时,应力增大系数取 i 。

SESA 0001 - 2002 i 值按 GB 50316 的附录 E 计算。 2.7 2.7.1 2.7.2 2.8 2.8.1 2.8.1.1 力与力矩计算 按管道名义厚度计算力与力矩。

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按操作温度下弹性模量计算管道在操作状态下对设备的作用力。 校核标准 管道应力 由重力、压力等持 续荷载 引起的管 道纵 向应 力之和 不得超过材料 在最 高 操

作温度下的许用应力。 2.8.1.2 由风或地震等偶然 荷载与 重力、压 力等 持续 荷载共 同引起的管道 纵向 应 力

不得超过 1.33 倍材料在最高操作温度下的许用应力。 2.8.1.3 由热位移荷载引起的应力变化范围不得超出许用范围,该许用范围按式

( 2.8.1.3 )计算。

s E = f {1.25([s ] + [s ]t ) - s L }
式中: s E ——应力许用范围, MPa ; [ s ] ——管材在冷态的许用应力, MPa ; [ s ] t ——管材在热态下的许用应力, MPa ;

(2.8.1.3)

s L ——由于重力、压力等持续荷载引起的管道纵向应力之和, MPa ; f ——管道应力许用范围减小系数,按 GB 50316 取值。 2.8.2 作用于法兰的力与力矩

管道施加到法兰上的力与力矩应满足式( 2.8.2 - 1 )和式( 2.8.2 - 2 ) ,若不满足, 应减小力与力矩,或提高法兰压力等级。 Peq + Pp ? Pf

( 2.8.2 - 1 )

Peq =
式中: P eq ——当量压力, MPa ;

16 M 4F + 3 2 pDG pDG

( 2.8.2 - 2 )

P p ——计算温度下管道介质压力, MPa ; P f ——计算温度下法兰允许使用压力, MPa ;

SESA 0001 - 2002 M ——作用于法兰的外加弯矩, N ? mm ; F ——作用于法兰的外加拉力, N ; D G ——垫片作用中心圆直径, mm 。 2.8.3 2.8.3.1 作用于设备的力与力矩

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对于转动设备,管 道在工 作状态下 作用 于机 器管口 的力与力矩应 符合 机 器

制造厂提出的限制性条件或取得机器制造厂的书面认可, 在机器制造厂没有提出要求 情况下,应符合以下标准的相关规定: a) b) c) 对于离心泵,应遵守 API 610 ; 对于离心压缩机,应遵守 API 617 ; 对于汽轮机,应遵守 NEMA SM23 。

管道在安装状态下作用于机器管口的力与力矩应接*于零值。 2.8.3.2 对于静设备,管道 作用于 设备管口 的力 与力 矩应符 合设备专业提 出的 要 求

或取得设备专业认可。 2.9 2.9.1 柔性分析方法 进行柔性分析可 以采取 多种方法,如对比分析法、经验公式判断法和 数值 解

析法。应根据具体情况选择采用。 2.9.2 对比分析法

符合下列条件之一的管道,可认为满足柔性要求: a) b) 2.9.3 与实际运行良好的管道相同; 与经过详细柔性分析并合格的管道相比,没有实质变化。 经验公式判断法

具 有同 一直径 、同一壁厚、无 分支 管、 两端固 定、中间无支承 约束 的非剧 毒 管 道若不存在下列情况则可以按式( 2.9.3 )进行判断: a) b) c) d) e) 存在剧烈冷热循环变化的管道; 大直径薄壁管; 不等腿的管路展开长度大于端点连线长度 2.5 倍的 U 形管道; 不在端点连线方向上的端点附加位移占总位移量的大部分; *似直线的“锯齿”形状的管道。 Dod ? 208.4 ( L - U )2

(2.9.3)

式中:

SESA 0001 - 2002 D o ——管道外直径, mm ; L ——管道的伸展长度, m ;

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***

U ——固定点之间的连线长度, m ;
d ——作用于管道的总热位移荷载, mm ,由管端处管道自由热胀冷缩位移以及

设备热胀冷缩位移叠加构成,前者在热胀条件下取正值,在冷缩条件下取

负值,后者以造成端点相向移动取正值,相背移动取负值。 2.9.4 数值解析法

符合下列条件之一的管道,应采取数值解析分析方法: a) b) c) d) e) f) g) h) i)
160 149 140

进、出加热炉的工艺管道; 进、出高温反应器的工艺管道; 进、出蒸汽发生器的管道; 进、出汽轮机的蒸汽管道; 进、出离心式压缩机、鼓风机的工艺管道; 进、出往复式压缩机、往复泵的工艺管道; 符合图 2.9.4 - 1 规定的泵管道; 有特别要求的管道; 其它直径及温度符合图 2.9.4 - 2 及图 2.9.4 - 3 的管道。

图 2.9.4 - 1
137 126

泵管道柔性分析方法划分

120

115 104

数值解析
93

管道温度 (C)

100

80

60

40

38

20 80 100 150 200 250 300 350 400 450 管 道 公 称 直 径 (mm) 500 550 600 650 700 750

SESA 0001 - 2002

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SESA 0001 - 2002

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400 350 300 250 管道温度(C) 200 150 100 50 0 -50 -100 80 100 150 200 250 300 350 400 450 公称直径(mm) 500 550 600 650 700 750

数值解析

经验目测或简单计算

图 2.9.4 - 2

低碳钢及低合金钢管道柔性分析方法划分

350 300 250

数值解析
200 管道温度(C) 150 100 50 0 -50 -100 80 100 150 200 250 300 350 400 公称直径(mm) 450 500 550 600 650 700 750

经验目测或简单计算

图 2.9.4 - 3

不锈钢管道柔性分析方法划分




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