电厂动力管道设计规范 [附条文说明] GB50764-2012 建标库

9.4  管道应力验算

9.4.1  管道在内压作用下的应力验算应符合下列规定:

    1  管道在工作状态下,由内压产生的折算应力不得大于钢材在设计温度下的许用应力应按下式计算:

    式中:σeq——内压折算应力(MPa);

          p——设计压力(MPa);

          Do——管子外径(mm);

          S——管子实测最小壁厚(mm);

          Y——温度对计算管子壁厚公式的修正系数,按第6.2节规定确定;

          η——许用应力的修正系数,按第6.2节规定确定;

          C——腐蚀、磨损和机械强度的附加厚度(mm);

          [σ]t——钢材在设计温度下的许用应力(MPa)。

    2  当管道在运行中有压力和/或温度波动,且超过设计压力和/或设计温度时,计算压力产生环向应力不应超过相应温度下许用应力的下列百分比值:

      1)15%,任何一次不超过8h,全年不超过800h。

      2)20%,任何一次不超过1h,全年不超过80h。

9.4.2  管道在工作状态下,由内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和,必须符合下式的规定:

    式中:p——设计压力(MPa);

          Do——管子外径(mm);

          Di——管子内径(mm);

          Ma——由于自重和其他持续外载作用在管子横截面上的合成力矩(N·mm);

          W——管子截面抗弯矩(mm3);

          [σ]t——钢材在设计温度下的许用应力(MPa);

          i——应力增加系数,按附录D选取,0.75i不得小于1;

          σ1——管道在工作状态下,由持续荷载,即内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和(MPa)。

9.4.3  管道在工作状态下由内压、自重、其他持续外载和地震等偶然荷载的作用下,所产生的应力之和应符合下式的规定:

    式中:K——系数,当任何一次偶然荷载作用时间不大于8h,全年不超过800h时,K=1.15;当任何一次偶然荷载作用时间不大于1h,全年不超过80h时,K=1.20;

          Mb——安全阀或释放阀的反作用力、管道内流量和压力的瞬时变化及地震等产生的偶然荷载作用在管子横截面上的合成力矩(N·mm);当地震设防烈度为8度及以上时,应计入地震对管道的影响。在验算时,Mb中的地震力矩只取用变化范围的一半。地震引起管道端点位移,如果已在式9.4.4-1中计及,则在式9.4.3中不再计入。

9.4.4  管道系统热胀应力范围应符合以下规定:

    1  当钢材的许用应力值按本规范确定时,管道系统热胀应力范围必须符合下式的规定:

    式中:[σ]20——钢材在20℃时的许用应力(MPa);

          Mc——按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模数计算的,热胀引起的合成力矩(N·mm);

          W——管子截面抗弯矩(mm3);

          σe——热胀应力范围(MPa);

          ƒ——应力范围的减小系数。

    2  预期电厂在运行年限内,系数ƒ与管道全温度周期性的交变次数有关,可按以下规定选取:

      1)当N≤2500时,ƒ=1。

      2)当N>2500时,ƒ=4.78N-0.2

      3)如果温度变化的幅度有变动,可按下式计算当量全温度交变次数。

    式中:Ne——计算热胀应力范围σe时,用全温度变化△Te的交变次数。

          N1,N2,…,Nn——分别为温度变化较小△T1,△T2,…,△Tn的交变次数;

          r1,r2,…,rn——分别为比值△T1/△Te,△T2/△Te,…,△Tn/△Te;交变次数N与应力范围减小系数ƒ应符合表9.4.4的规定;

      4)如果公式9.4.3中Mb未计入地震引起的端点位移,公式9.4.4-1的Mc应计入地震引起的端点位移的力矩。

9.4.5  管道系统的当量合成力矩、管子及管件的截面抗弯矩计算应符合以下规定:

    1  用公式9.4.2、9.4.3、9.4.4-1验算直管元件、弯管和弯头时,合成力矩Mj应按以下公式计算:

    式中:Mj——合成力矩(N·mm),其中注脚j相当于式9.4.2、9.4.3、9.4.4-1中的注脚a、b和c;

          Mxj、Myj、Mzj——计算节点分别沿x、y、z坐标平面的力矩。

    2  直管、弯管、弯头的截面抗弯矩,应按以下公式计算。

    式中:W——截面抗弯矩(mm3);

          Do——管子外径(mm);

          Di——管子内径(mm)。

    3  按图9.4.5验算等径三通时,应按公式9.4.5-1分别计算各分支管的合成力矩,按三通的交叉点取值,管子截面抗弯矩按公式9.4.5-2和连接管子尺寸计算。

    4  验算不等径三通时,应按下列规定分别计算主管两侧和支管的合成力矩:

      1)三通支管的合成力矩应按以下公式计算:

    式中:Ma、Mb、Mc——合成力矩(N·mm)。

      2)三通支管的当量截面抗弯矩应按以下公式计算:

    式中:W——截面抗弯矩(mm3);

          rmb——支管平均半径(mm);

          Sb3——支管当量壁厚(mm);公式9.4.4-1中取用主管公称壁厚Snh和i倍支管公称壁厚iSnb二者中的较小值。公式9.4.2、9.4.3中取用主管公称壁厚Snh和0.75iSnb

二者中的较小值,其中0.75i大于或等于1.0。

      3)主管的合成力矩应按下列公式计算:

    式中:Ma、Mb、Mc——合成力矩(N·mm)。

      4)主管的截面抗弯矩图应根据9.4.5按公式9.4.5-2计算,各合成力矩应按三通的交叉点取值。

    5  支管接管座的合成力矩应按式9.4.5-7计算:

    式中:Ma、Mb、Mc一一合成力矩(N·mm)。

    6  接管座的截面抗弯矩应按式9.4.5-8计算:

    式中:W——截面抗弯矩(mm3);

          r'mb——支管平均半径(mm);

          Sb——三通支管的实际壁厚(实测)或按采购技术条件所允许的最小壁厚(mm)。