管道跨距设计技术规定

1 范围

本标准规定了管道允许跨距和导向间距的确定原则和方法，并给出了十六种典型管段的管架配置方案。

本标准适用于一般石油化装置内外输送介质温度不超过400℃的液体的气体管道。

本标准主要根据管系静态一次应力条件制定，对需考虑热应力和振动间题的管道，应按设计标准另作相应的热应力和动态分析核算，并根据分析结果调整管架位置。

2 管道跨距和支吊架的设置

2.1 配管设计中，可先根据管道的设计条件按本标准的计算方法或图表，求出基本跨距，然后按各管段的配置形式和载荷条件确定其相应的允许跨导向间距，以虎作为配置管架的基本条件。

2.2 配置管架除应满足本标准允许距距和导向间距外，还需注意以下问题：

2.2.1 管架应尽量设置在直管段部分，避免在小半径弯头、支管连接点等局部应力较高的部位设置支承点，以防管系中局部应力过载；

2.2.2 刚性支吊架应设在沿支承方向上管道位移为零的位置上；

2.2.3 支吊架应尽可靠近阀门、法兰及重管件，但不应以它们作直接支承，以免因局部荷载作用引起连接面泄漏，或阀体因受力变形导致阀瓣卡住、关闭不严等不良后果；

2.2.4 导向架不宜过份靠近弯头和支管连接部位，否则可能额外地增加管系应力和支承统的荷载；

2.2.5 对因清理、维修等要求而需经常拆卸的管段，不宜设置永久性管架。

3 管道基本跨距的确定

基本跨距是用以确定管段允许跨距的基准数据。本规定根据三跨简支梁承受均布荷载时的强度条件和刚度条件别以计算法和图表法规定如下：

3.1 计算法

3.1.1 刚度条件

根据管段不应在轻微外界扰力作用下发生明显振动的要求，规定装置内管段的自振频率不低于4次/秒，装置外管段的自振频率不低于2.55次/秒，由此规定的跨距计算如下。相应管道允许扰度，装置内为 1.6mm ，装置外为3.8cm.

L 01=0.2124

qo

I

E t (1-a) L 01*=0.2654

qo

I

E t (1-b) 式中： L 01一装置内管道由刚度条件决定的跨距，m; L 01*一装置外管道由刚度要件决定的跨距， m; I 一管子扣除腐蚀裕量后的惯性矩(见表1)， cm 4；

E t 一管材在设计温度下的弹模量(见40B201－1997《工艺管道应力分析技术规定》附录二)，MPa ；

qo 一每米管道的质量(包括管子 、隔热层、物料质量及其他垂直均布持续荷载)，kg/m 。 3.1.2 强度条件

根据不降低管道承受内压能力的原则，规定装置内外的管道一律取由管道质量荷载(包括其他垂直持续荷载)在管壁中引起的一次轴向应力不起过额定许用应力的二分之一。 L 02=(L 02*)=0.626

[]qo

t

W σ (2) 式中：L 02 L 02*一由强度条件决定的装置内及装置外的管道跨距，m; W 一管子扣除腐蚀裕量后的断面模量(见表1),cm 3；

[σ]t 一管材在设计温度下的的许用应力(按40B201一1997《工艺管道应力分析技术规定》附录六取值)，MPa ；

qo 一每米管道的质量(包括管子、隔热层、物料质量及其他垂直均布持续荷载)，kg/m 。

3.1.3 在刚度和强度条件计算的跨距值中，取较小者为该管道之基本跨距(Lo 或LO*)。

3.2 图表法

根据本标准基本跨距所需要满足的最低刚度条件和强度条件，对计算公式作必要的工程简化处理，绘制成用于各种隔热和不隔热管道的基本跨距曲线。这些曲线对常用管道规格(t/D≤0.1)的基本跨距值，误差不超过±10％。

3.2.1 装置内及装置外的不隔热管道

不隔热管道的基本跨距一般均受刚度条件控制，对设计温度≤350℃的碳钢、低合金钢及不锈钢管道按图1查取基本跨距值。图中曲线按装置外的气体管道和液体管道及装置内的气体管道和液体管道分别绘出。基本跨距按管子公称厚确定，若由于管壁需考虑较大的腐蚀裕量或其他减薄量时，可按图中的壁厚修正，但壁厚变化对不隔管道的基本跨距值影响不大，故一般情况下(减薄量不超过壁厚度的30％)可不作壁厚修正。

例题：一装置外气体不隔热管道，公称管径为DN100(φ114×6)，设计温度00℃，管壁腐蚀裕量取1.5mm(0.15cm)，试确定其基本跨距。

a) 由图1中的装置外气体管道线查出不考虑管壁减薄影响基本跨距为L o*=11.7m；

b) 计算腐蚀裕量的壁修正系数

C1=4()()=

4

/t

t0.931

6.0

c

-

=

.0

-6.0/

15

c) 壁厚修正后的基本跨距为

L o=C1L o*=0.931×11.7=10.9m

3.2.2 装置内及装置外的隔热管道

隔热(保温和保冷)管道的基本跨距随管道及其隔热层的长件不同，可分别受强度或刚度条件的控制。针对工程上各种管道设计条件变化很大、隔热材料及厚度亦各不相同的情况，本标准按装置内和装置外的管道分三个温度等级(≤150≤℃，151-300℃，301-400℃)

绘制成六张曲线图(图2－图7)，供确定隔管道的基本跨距使用。

对装置外的管道：

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图2一管道设计温度T≤150℃;

图3一管道设计温度T=151-300℃;

图4一管道设计温度T=301-400℃；

对装置内的管道：

图5一管道设计温度T≤150℃；

图6一管道设计温度T=151-300℃；

图7一管道设计温度T=301-400℃;

图中所用的t′/qo 为隔热管道的特性数值，其中t′为管子计算壁厚或扣除腐蚀裕量及其他减薄量后的管壁厚度(cm)；qo为每米管道的质量(包括管子、隔热层、物料质量及其他垂直均布持续荷载)(kg/m)，一般管道可按图8、表1和表2 计算qo值。

例题：一装置内液体隔管道，公称管径为DN100(φ114X6)，材料为碳钢设计温度345℃，管壁腐蚀量取1.5mm(0.15cm)，隔热层材料为岩棉预制管壳，厚度为150mm，试确定其基本跨距。

a) 求每米管道的质量

查表1知φ114X6管质量为15.973kg/m；

查图8中曲线GW得等内充水质量为8kg/m；

查图8中曲线δ＝150,得每米管道的隔热层基准质量为：120kg/m；

查表2岩棉预制管壳的相对密度为0.2

每米管道总质量为：

qo=15.973+8+0.2X120=48kg/m

b) 计算隔热管道的特性数值t′/qo

管壁计算厚度t′=0.6-0.15=0.45cm；

t′/qo=0.45/48=0.0094

c) 查图7得基本跨距为：L o=6.4m

4 管道允许跨距的确定

实际配管中，一根管道常常包括各种形式和不同荷载条件的管段。由于它们承受质量荷载的能力各不相同。需在基基本跨距基础上分情况确定各自的允许跨距值。具体规定如下：

4.1 五种基本管段的允许跨距

4.1.1 连续敷设的水平直管段按图9确定。

4.1.2 水平弯管的允许外伸尺寸按图10确定。

4.1.3 水平Ⅱ形管段的允许悬伸尺寸按图11确定。

4.1.4 带垂直段Z形管段，其允许外伸及垂直段尺寸按图12确定。

4.1.5 受集中荷载的水平直管段按图13确定。

4.2 由强度条件控制的带三通或其他分支连接管段，其允许跨距应按三通的应力强化系数作必要的调整，即：

L′＝L/ i(3)

式中： L一考虑应力强化影响的允许跨距， m;

L一不考虑应强化影响的允许跨距，m;

I一三通的应力强化系数，按表3选用。

4.3 对直接支际于管架构件的大直径薄壁管道(一般指大于DN400管道)需按下式对管壁支承点作局部应力核算：

fA≤0.5[σ]t (4)σatt=1.76't

R/

't

式中：σatt一支承点管壁的局部应力， MPa:

R一管子外半径， cm；

t′一管子扣除腐蚀裕量后的壁厚，cm；

fA一支承反力作用于管壁的线荷载， N/cm；

fA=9.81XqoL/B

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L一管道跨距， m;

qo一每米管道的质量， kg/m；

B一管壁及管架构件的支承线长度，cm ;

[σ]t 一管材在设计温度下的额定许用应力， MPa;

若不能满足式(4) 条件应在支承部位设置加强板或采取其他局部加强措施，否则就要缩小管道的跨距来减小支承点荷载。

5 管道允许导向间距的确定

当管道需考虑约束由风载、地震、温度变形等引起的横向位移，或要避免因不平衡内压、热胀推力及支承点摩擦力造成管段员向失稳时，应配置必要的导向架并限制最大导向间距。由于水平管段和垂直管段的支承条件及受力状况不同，配置导向架时应满足不同的允许导向间距要求。本标准按一般应用条件作如下推荐；

5.1 垂直管段的推荐允许导向间距见表4。

5.2 水平管段的推荐允许导向间距见表5。

6 典型管段的管架配置方案及其允许跨距

本标准列举十六种典型管架配置及其允许跨距方案(见图14- 1，图14－2，图14－3)，供配管设计参考，参照这些典型配置方案尚可举一反三演变出更多的实用配置方案。

表1 常用钢管参数表

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表2 隔热材料相对密度（d）表

摘自《绝热工程应用技术》上册——国家建筑材料工业局标准化研究所。

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表4 垂直管段的推荐允许导向间距

表5 水平管段的推荐允许导向间距

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