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压力管道设计技术统一规定patr1

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压力 管道 设计 技术 统一 规定 patr1
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11 贯彻劳动 部颁 布的《压力管道安全管理与监察规定》( 劳部发[1996]140号), 《压力容器压力管道设计许可规则》(1001及有关国家标准,加强我公司压力管道设计的管理,确保设计质量,特制订本规定。本规定所包含的压力管道为:1 饱和蒸汽管道 P<  过热蒸汽管道 P< t≥400℃或 t<400℃ 。3 余压凝结水管道 P< t<400℃。4 高温热水管道 P< t<150℃。5 低温热水管道 P< t≤95℃。6 注:以上 P 为设计压 力,t 为设计温度。本规定不适用下列情况:1 设备本体管道。2 输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体,其管道公称直径小于 150 高工作压力小于 管道。3 入户(居民楼、庭院)前的最后一道阀门之后的热力点(不含热力点)之后的热力管道。压力管道设计时应遵循下列设计规范和国家标准、行业标准及有关手册:1 0041—2008《锅炉房设计规范》第十三章:汽水管道。第十八章:室外热力管道。附录 A:室外热力管道、管沟与建筑物、构筑物、道路、铁路和其他管线之间的净距。2  5054—1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》3  5366力发电厂汽水管道应力计算技术规定》4 4—2010《城 镇供热管网设计规范》5  81城镇直埋供热管道工程技术规程》04城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》7  1047道元件 称尺寸)的定义和选用》8  1048道元件 称压力)的定义和选用》9 0235—2010《工业金属管道工程施工规范》10  5汽锅炉安全技术监 察规程》(1996)11  6水锅炉安全技术监 察规程》(1991)12  12力工业锅炉压力容器监察规程》13  438力发电厂金属技术监督规程》14  031力建设施工及验收技术规范》(管道篇)15  438力发电厂焊接技术规程》16  821制承压管道对接焊接接头射线检验技术规范》17  700素结构钢》18  8163—2008《输送流体用无缝钢管》19  008《高压锅炉用无缝钢管》20  008《低中压锅炉用无缝钢管》21  3091—2008《低压流体输送用焊接钢管》22  5038—1992(1991)《普通流体输送管道用螺旋缝高频焊钢管》23  5037—2000《低压流体输送钢管用螺旋缝埋弧焊钢管》24  14976—2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》25  5117—1995《碳钢焊条》26  5118—1995《低合金钢焊条》27  动力管道手册。 《动力管道设计手册》编写组编,机械工业出版社 压力管道的使用场所分类:城市或乡镇范围内用于公用事业的的蒸汽管道及热水管道。2 压力管道管径的 选择应根据可资利用的 压力降、经济流速及安全流速确定,当流速为确定管径的主要约束条件时,可通过查 规定的有关图表确定管径,不再进行管道水力计算。站房内压力管道1 当该介质的生产设备以单元制连接时,其设备间连接管道直径一般为设备本体管道的接口直径。2 当该介质的生产设备以母管连接时,其母管的直径应根据运行中可能出现的最大流量来计算。根据上述的压力管道 负荷量和站房供出介 质参数,并在满足用户对介质参数要求的前提下,按常用流速和允许压力降来选择管径。用工作介质的流速见下表。常用工作介质的流速 表 介 质 管 道 种 类 介质流速( m/s)过 热 蒸 汽000000录 小型热电站(12000下)常用优质碳素结构钢与合金钢无缝钢管规格与公称直径见下表。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公称直径表 N<10 0 号钢 12壁厚外径×壁厚外径×壁厚公称通径厚((((((0 — — 14×0 16×8×3 18×3 18×3 20 28×320 25×3 25×3 25×3 (32) 42×2×2×2×0 48×8×8×8×45) 60×0) 45×5×5×0 76×650 57×7×7×5 89×7(65) 73×3×3×80) 108×880 89×4 89×4 89×00 133×10100 108×4 108×4 108×125) 168×12125 133×4 133×4 133×6 150 194×19150 159×59×59×7 175 219×75) 194×5 194×94×8 (200) 245×18200 219×6 219×6 219×9 225 273×20(225) 245×7 245×7 245×10 250 325×25250 273×7 273×8 273×11 300 377×28300 325×8 325×9 325×13 350 426×30(350) 377×9 377×11 377×15400 426×9 426×12 426×17(450) 480×9 — —500 530×9 — —600 630×11 — —热力管道室外采暖计算温度小于-5℃的地区,架空敷设管道上,均不应装设灰铸铁的阀门和附件。室外采暖计算温度小于或等于-30℃的地区,架空敷设的管道上,应装 设钢制阀门和附件。法兰组件对于设计温度 300℃及以下且 管道, 应选用平焊法兰;对于设计温度大于 300℃或 管道,应选用对焊 法兰。 选配法兰宜遵照国家标准。弯管及弯头50 的管道可采用冷弯弯管;管道上宜使用纵缝热成型焊接弯头,其弯曲半径为 0于大容量机组再热蒸汽管道大直径弯 头 ,也可采用高质量纵缝热成型焊接弯头;管道宜采用热成型的弯头;对于 管道, 应采用中频加热弯管。异径管钢板焊制异径管宜用在 管道上,管道上。弯管、弯头、异径管、三通、封 头与堵头的材料应与管材的材料一致。法兰组件的材料,应根据管道的设计参数按下表选用。管道附件的 选择其它内容详见 5054—1996〈火力发电厂汽水管道设计技术规定〉第 。法兰组件材料 表 )时采用的钢材零件名称公称压力(0~200 300 350 425 450 510 540~555≤0 号钢,25 号钢 —4,0,20 20 号钢,25 号钢12法兰和法兰 盖 压力不限 — 1227525号钢,35号钢300 35 号钢,40 号钢3020 30505螺栓螺母压力不限—25235—钢,30 号钢35 号钢,45 号钢 —4,0 25 号钢,35 号钢 —20 35 号钢,45 号钢35 号钢,40 号钢30压力不限—250 235—235,20 号钢,35 号钢 —垫 圈压力不限 —120 金属石墨缠绕垫片(或石棉橡胶板)软垫片 压力不限 .1 管道理论壁厚计算对于 n≤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 2[σ] ) (2)按管道内径确定时δ=P 2[σ] ) (两式中 δ—管道计算壁厚, —设计压 力 w—管道外径 n—管道内径 σ]t—管道在设计温度 t 下的许用应力, —许用应力修正系数,见下表。许用应力修正系数 η 表 缝钢管 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) 有关制造技术条件检验合格者)A 手工电焊或气焊3 双面焊接有坡口 对接焊缝,100%无损探伤 氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝 氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝 剂层下的自动焊6 双面 焊接对接焊缝,100%无损探伤 面焊接有坡口对接焊缝 面焊接无坡口对接焊缝 管道设计壁厚和名义壁厚δS=δ+C=δ+2 (S—管道 设计壁厚, —管道壁厚附加值, 1—管道壁厚负偏差的附加值, 2—管道壁厚腐蚀裕度, —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。管道壁厚负偏差的附加值 管道壁厚腐蚀裕度 1 的确定:(1)对于无缝钢管按下式计算: (1—管道壁厚负偏差系数,根据管道壁厚允 许偏差按表 用。管道壁厚负偏差系数 表 0 -5 -8 -9 -10 -11 -15 据 7 规定,无缝钢管壁厚允许偏差如表 缝钢管壁厚允许偏差 表 确 度钢管种类 壁 厚普  通  级 高   级外径≤57各种壁厚 ±15% —3~20 -15% ±  轧>20±10.0%1~315%  - 10% +12% -10%冷  轧> 312% -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 以下 时 ~7 ~25 )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 道壁厚腐蚀裕度 1)对于一般汽水管道,C 2=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 a 时, 则 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。对 于压力不大于 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 上表选择管道时可不再进行壁厚应力计算。火力发电厂汽水管道管道理论壁厚计算详见 5054—1996〈火力发电厂汽水管道设计技术规定〉厚计 算” (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 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,括自重)作用产生的一次应力;管道由热胀、冷缩和其它位移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。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。]t÷q m (中 道支架最大允许跨距, m;W—管道断面抗弯矩, 道横向焊缝系数,见表 ]t—钢管热态许用应力, 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 6道横向焊缝系数 表 情 况 φ 值手工有垫环对焊 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 管道坡度 ),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(算。 00q)1/3 m (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 6t—在计算温度下钢材弹性模数, —管道断面惯性矩, 道坡度,i 0= 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=t=200℃保温蒸汽管道最大允许跨距见表(t=100℃保温液体管道最大允许跨距见表(不保温管道最大允许跨距见表(保温蒸汽管道最大允许跨距(P= t=200℃) 表 kg/温结构容重 kg/温结构容重 kg/厚50 250 350 150 250 350 150 250 35015 22×3 8×3 2×3 8×3 5×3 7×3×4 9×4 08×4 33×4 8 19×6 73×7 25×8 77×9 26×9 78×9 29×9 30 1注:1. 管道横向焊缝系数 φ=. 管材许用应力[σ] t=1010 号钢)。3. 钢材弹性模数 05. 管道坡度 温液体管道最大允许跨距(t=100℃) 表 容重 kg/温结 构容重 kg/温结构容重 kg/厚50 350 150 250 350 150 250 35015 22×3 8×3 2×3 8×3 5×3 7×3×4 9×4 08×4 33×4 59×19× 73×7 25×8 77×9 26×9 78×9 29×9 30×11 . 管道横向焊缝系数 φ=. 管材许用应力[σ] t=111235—A)。3. 钢材弹性模数 05. 管道坡度 保温管道最大允许跨距 表 m 液体管最大允许跨距 厚2×3 8×3 2×3 8×3 5×3 7×3×4 9×4 08×4 33×4 59×19×6 73×7 25×8 77×9 26×9 78×9 29×9 30×11 =] t=1110 号钢)。t=05 火力发电厂汽水管道支吊架允许跨距的 计算应按 5054—1996>(支吊架 间距)要求进行。水平 90°弯管两支架间的管道展开长度,不应大于水平直管段上支架最大允许跨距的 。管道应力验算热力管道应力验算任务是:验算管道在内压、持续外载(包括自重和支吊架反力等)作用下产生的一次应力和由于热胀冷缩及其位移受约束产生的二次应力(即热胀当量应力)以判明所计算的管道是否安全、经济、合理。管道内压、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计算温度下的基本许用应力。即 σσ]t (中 [σ]t—管道在设计温度 t 下的许用应力, 压产生的折算应力,由式( 算而得, [δn—C)]÷[2η(δn—C)] ( P—设计压 力, w—管道外径, n—管道名义壁厚, —许用应力修正系数,见表 —管道壁厚附加值, 于无缝钢管和在产品技术条件中提供有壁厚负偏差百分数值的焊接钢管,C 按式 算:C=δn 1+ (1—管道壁厚负偏差系数,按表 用。对于壁厚符合 规定的管子,可不进行内压折算应力的验算。当已知验算点的最小壁厚,进行校核验算时,应以最小壁厚作(δ n—C)代入公式(行计算。管道在工作状 态下,由内 压和持续外载产生的一次应力不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力。P(n)÷(4δn)+σw≤[σ]t (中 σ续外载轴向应力,由式(算而得:σ100f) (续 外载轴向力, N;f—管道断面积, w—持续外载当量应力,由式(计算而得:σw= (W—持续外载当量力矩, N·m;W—管道断面抗弯矩, m—应力加强系数,见式(m=λ)2/3 (—尺寸系数,其 计算方法见 24 条;φ—环向焊缝系数,按下列取用: 力建设施工及验收技术规范(火力发电厂承压管道焊接篇)》检验合格的环向焊缝,焊缝系数按下列取用:对于碳素钢和低合金钢 φ=1,当 应 力验算在直管上 时,宜将 焊缝系数计算在内。持续外载产生的轴向应力和当量应力,是由自重(管子及附件重量、保温结构重量,对于水管道还应包括水重)和支吊架反力产生的应力。由管道自重和支吊架摩擦力所产生的持续外载轴向应力及由管道自重所产生的持续外载弯曲应力的近似计算方法详见 录四。管道由热胀冷缩和其它位移受约束而产生的热胀二次应力(即热胀当量应力)不得大于按下式计算的许用应力范围。即 σf≤]20+] t (中 [σ]20—管道在 20℃时的许用应力, σ]t—管道在设计温度 t 下的许用应力, f—热胀当量应力,取计算管系上危险断面的应力值,f= (中 M—热胀当量力矩,按全补偿值 和钢材在 20℃时的弹性模数计算,N·m;W—管道断面抗弯矩, =π((32 (w—管道外径, n—管道内径, cm;力加强系数,见式(φ—环向焊缝系数, (见第 )。若所 计算的热胀 当量应力不能满足公式(的要求,但内压和持续外载产生的一次应力低于[σ] 许将未用足的这部分许用应力加在热胀二次应力验算的许用应力范围内。此时,应准确计算由内压和持续外载产生的应力。由内压、持 续外载和热胀产生的最大合成应力,不得大于钢管在 20℃时与计算温度下许用应力之和的 。即 σσ]20+[σ] t) (中 σ压、持续外载和热胀产生的合成应力, P(n)÷(4δn)+σw+σf (余符号与第 、第 、第 相同。公式(的各项,应取同一断面的应 力值。对于 P>t >200℃ 的热力管道,考 虑到手工计算的繁琐、复杂且精确度差,故应以《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计算管道应力,管道对设备的推力和力矩。该程序的计算内容与计算原则如下:(1) 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验算,并 给出工作状态下各支吊点的荷重。(2) 管道由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的热胀二次应力计算,按计算管道沿座标轴的全补偿值和钢材在 20℃时的弹性模数计算,并考虑弹簧附加力的影响。(3) 管道在工作状态下对设备(或端点)的推力和力矩 计算。考 虑热胀、端点附加位移、有效冷紧和自重按钢材在计算温度下的弹性模数计算。(4) 管道在冷状态下对设备(或端点)的推力和力矩 计算。考 虑冷紧、自重和弹簧附加力,按钢材在 20℃时的弹性模数计算。并须比较运行初期冷状态下的力和力矩同应变自均衡后的自拉力和力矩,取其大者(绝对值)作为管道在冷状态下对设备(或端点)的推力和力矩值。(5) 管道由冷状态到工作状态的热位移的计算。0℃时的弹性模数计算,并考虑弹簧附加力的影响。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。(6) 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。按冷紧值、自重和钢材在 20℃时的弹性模数计算,并考虑冷紧口位置和弹簧附加力的影响。对于 P≤t≤200℃热力管道,当 50,且管道形状复杂,则应以《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计算管道应力,管道 对固定支架的推力和力矩。对于 P≤t≤200℃的热力管道,当 00 时应尽量采用图表或简化公式来计算管道应力、管道对固定支架的推力和力矩。图表法来计算管道应力和推力:1 对于 L 形和 Z 形的平面管道2 N (y=2 N (x 、定点处管道沿 X 轴方向及 Y 轴方向推力, N;式中 L—两固定点间距, m;J—管道断面惯性矩, 〈动力管道手册〉表 8—温度纵合系数, 见〈动力管道手册〉图 8x、形系数, 见〈动力管道手册〉表 8表 8b= (b—管道弯曲应力,道外径, b—管形系数, 见〈动力管道手册 〉表 8表 8 对于立体管道)=510 N (y(ω)=510 N (z(θ)=510 N (
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