培训体系管道培训材料管道应力

（培训体系）管道培训材料

管道应力

3管道应力

3.1石油化工管道应力分析常用规范、标准有哪些？

答：石油化工管道应力分析常用规范、标准有：

(1)《工业金属管道设计规范》（国标报批稿）；

(2)《石油化工企业管道柔性设计规范》（SHJ41-91）；

(3)《石油化工企业非埋地管道抗震设计通则》（SHJ39-91）；

(4)《石油化工企业管道设计器材选用通则》（SH3059-94）；

(5)《石油化工企业管道支吊架设计规范》（SH3073-95）；

(6)化工管道设计规范（HG20695-1987）；

(7)化工部设计标准《管架标准图》（HG/T21629-1991）。

3.2管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？

答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。

静力分析包括：

(1)压力荷载和持续荷载作用下的壹次应力计算—防止塑性变形破坏；

(2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算—防止疲劳破坏；

(3)管道对设备作用力的计算—防止作用力太大，保证设备正常运行；

(4)管道支吊架的受力计算—为支吊架设计提供依据；

(5)管道上法兰的受力计算—防止法兰泄漏。

动力分析包括：

(1)管道自振频率分析—防止管道系统共振；

(2)管道强迫振动响应分析—控制管道振动及应力；

(3)往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析—防止气柱共振；

(4)往复压缩机（泵）压力脉动分析—控制压力脉动值。

3.3管道上可能承受的荷载有哪些？

答：管道上可能承受的荷载有：

(1)重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；

(2)压力荷载，压力荷载包括内压力和外压力；

(3)位移荷载，位移荷载包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；

(4)风荷载；

(5)地震荷载；

(6)瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击；

(7)俩相流脉动荷载；

(8)压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；

(9)机械振动荷载，如回转设备的振动。

3.4何谓壹次应力，何谓二次应力？分别由哪些荷载产生？这俩种应力各有何特点？

答：壹次应力是指由于外加荷载，如压力或重力等的作用而产生的应力。壹次应力的特点是：它满足和外加荷载的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将产生塑性变形而破坏。

二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，它不直接和外力平衡，二次应力的特点是具有自限制性，当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降低下来。

3.5什么是蠕变，什么是应力松驰？二者有何异同？

答：蠕变是指金属于高温和应力同时作用下，应力保持不变，其非弹性变形随时间的延长而缓慢增加的现象。高温、应力和时间是蠕变发生的三要素。应力越大、温度越高，且于高温下停留时间越长，则蠕变越甚。

应力松驰是指于高温下工作的金属构件，于总变形量不变的条件下，其弹性变形随时间的延长不断转变成塑性变形，从而引起金属中应力逐步下降且趋于壹个稳定值的现象。

蠕变和应力松驰俩种现象的实质是相同的，均是高温下随时间发生的塑性变形的积累过程。所不同的是应力松驰是于总变形量壹定的特定条件下壹部分弹性变形转化为塑性变形；而蠕变则是于恒定应力长期作用下直接产生塑性变形。

3.6材料的强度理论有几种？于管道强度设计中主要采用第几强度理论？

答：材料的强度理论有四种，分别是：

(1)第壹强度理论—最大主应力理论，其当量应力强度S=δ1。它认为引起材料断裂破坏的主要因素是最大主应力。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大主应力达到材料单向拉伸断裂时的最大应力值，材料即发生断裂破坏。

(2)第二强度理论—最大主应变理论，其当量应力强度S=δ1－μ(δ2+δ3)。它认为引起材料断裂破坏的主要因素是最大主应变。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大主应变达到材料单向拉伸断裂时的最大应变值，材料即发生断裂破坏。

(3)第三强度理论—最大剪应力理论，其当量应力强度S=δ1-δ3。它认为引起材料屈服破坏的主要因素是最大剪应力。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料即发生屈服破坏。

(4)第四强度理论—变形能理论，其当量应力强度为：

S=√（δ1-δ2）2+（δ2-δ3）2+（δ3-δ1）2

√

它认为引起材料屈服破坏的主要因素是材料内的变形能。亦即不论材料处于何种应力状态，只要其内部积累的变形能达到材料单向拉伸屈服时的变形能值，材料即发生屈服破坏。

于管道强度设计中主要采用最大剪应力强度理论。

3.7如何确定金属直管的壁厚？

答：金属直管的壁厚确定方法如下：

(1)对于内压直管，根据SH3059-94《石油化工企业管道设计器材选用通则》确定其壁厚：

1）当S0

S0=

直管的选用壁厚为：

S=S0+C

式中：S0——直管理论壁厚，mm；

P——设计压力，MPa；

D0——直管外径，mm；

[δ]t——设计温度下直管材料的许用应力，MPa；

φ——焊缝系数。对无缝钢管，φ=1；

S——包括附加裕量于内的直管壁厚，mm；

C——直管壁厚的附加裕量，mm。

2）当S0≥D0/6或P/[δ]t>0.385时，直管壁厚应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等因素综合考虑确定。

（2）对于外压直管的壁厚，应根据GB150-1998《钢制压力容器》规定的方法确定。

3.8SH3059-94《石油化工企业管道设计器材选用通则》均对哪些压力管道元件的强度计算做出了规定？

答：SH3059-94《石油化工企业管道设计器材选用通则》对以下压力管道元件的强度计算做出了规定：

(1)金属直管；

(2)弯管、弯头及斜接弯头；

(3)三通；

(4)盲板和平板封头；

(5)开孔补强。

3.9管道开孔补强有哪些方法？

答：管道开孔补强有俩种方法：

(1)补强圈补强—以全熔透焊缝将内部或外部补强圈和支管、主管相焊。

(2)整体补强—增加主管厚度，或以全熔透焊缝将厚壁支管或整体补强锻件和主管相焊。

3.10采用补强圈补强时应遵守哪些规定？

答：应遵守下列规定

(1)采用的钢材标准抗拉强度δb≤540MPa；

(2)管壁名义厚度δn≤38mm；

(3)补强圈厚度应不大于1.5δn。

3.11压力管道钢材的许用应力应如何选取？

3.12法兰用螺栓的强度安全系数为什么比其它受压元件的安全系数大？

答：为了满足法兰静密封的要求，结合螺栓承载的特点，考虑了下列因素：

(1)于旋紧螺栓时，初始应力可能大于设计值；

(2)法兰和螺栓的温度差以及俩者线膨胀系数的不同会引起热应力。

3.13低温压力管道材料的许用应力应如何选取？

答：低温压力管道材料的许用应力取20℃时材料的许用应力。

目前国内外的压力管道设计规范，对低温压力管道的设计均是采用常温（20℃）抗拉强度或屈服强度所确定的许用应力来进行设计。可是于低温下，为了防止发生低应力脆断，就必须要求钢材具有壹定的韧性，而且对结构设计、制造检验均应提出必要的要求，低温压力管道的设计制造标准、规范和规定给出了这些方面的具体要求。

3.14何谓管道柔性？如何进行管道柔性设计？

答：管道柔性是反映管道变形难易程度的壹个物理概念，表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。

进行管道设计时，应于保证管道具有足够的柔性来吸收位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。于管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，仍应考虑管道端点的附加位移。设计时，壹般采用下列壹种或几种措施来增加管道的柔性：

(1)改变管道的走向；

(2)选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器；

(3)选用弹性支吊架。

3.15管道柔性设计的目的是什么？

答：管道柔性设计的目的是保证管道于设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因造成下列问题：

(1)管道应力过大引起金属疲劳和（或）管道推力过大造成支架破坏；

(2)管道连接处产生泄漏；

(3)管道推力或力矩过大，使和其相连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行。

3.16哪些管道应进行详细柔性设计？

答：下列管道应进行详细柔性设计：

(1)进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；

(2)进出汽轮机的蒸汽管道；

(3)进出离心压缩机、透平鼓风机的工艺管道；

(4)进出离心分离机的工艺管道；

(5)进出高温反应器的管道；

(6)温度超过400℃的管道；

(7)利用图表或其他简化法初步分析后，表明需要进壹步详细分析的管道。

(8)和有受力要求的其他设备相连的管道。

3.17哪些管道能够不进行详细柔性设计？

答：下列管道能够不进行详细柔性设计：

(1)和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；

(3)对具有同壹直径、同壹壁厚、无支管、俩端固定、无中间约束且能满足下式要求的非剧毒介质管道：

式中：D0——管子外径，mm；

Y——管段总位移，mm；

Y=√ΔX2+ΔY2+ΔZ2

U——管段俩固定点间的直线距离，m；

L——管段于俩固定点间的展开长度，m；

ΔX、ΔY、ΔZ——分别为管段于X、Y、Z轴方向的位移，mm。

式（17-1）不适用于下列管道：

(1)于剧烈循环条件下运行，有疲劳危险的管道；

(2)大直径薄壁管道（管件应力增强系数i≥5）；

(3)端点附加位移量占总位移量大部分的管道；

(4)L/D>2.5的不等腿U形弯管管道，或近似直线的锯齿状管道。

3.18管道柔性设计计算结果应包括哪些内容，其合格标准是什么？

答：管道柔性计算结果壹般应包括下列内容：

(1)输入数据；

(2)各节点的位移和转角；

(3)各约束点的力和力矩；

(4)各节点的应力；

(5)二次应力最大值的节点号、应力值和许用应力范围值；

(6)弹簧参数表。

管道柔性设计的合格标准为：

(1)管道上各点的二次应力值应小于许用应力范围；

(2)管道对设备管口的推力和力矩应于允许的范围内；

(3)管道的最大位移量应能满足管道布置的要求。

3.19何谓管件的柔性系数和应力增强系数，它们于管道柔性设计中有何用途？

答：柔性系数：弯管（或弯头）于承受弯矩后，管子的截面会发生椭圆化，即扁平化。这样，于应力计算中犹如弯管截面惯性矩减少了K倍，刚度下降。若以同壹弯矩值作用于弯管上比作用于直管上其位移量会大K倍。此K值称为弯管的柔性系数。

应力增强系数：以同壹弯矩值作用于管件和直管后，所产生的最大应力值之比称为应力增强系数。

柔性系数和应力增强系数是于进行管道柔性设计中考虑弯管、三通等管件柔性和应力的影响所采用的系数。管道中的弯管于弯矩作用下和直管相比较，其刚度降低柔性增大，同时应力也将增加，因此，于计算管件时就要考虑它的柔性系数和应力增强系数。而管道中的三通等管件，由于存于局部应力集中，于验算这些管件的应力时，则采用了应力增强系数。3.20壹般来说，管道上哪些点的应力比较大，为什么？

答：壹般来说，管道上三通和弯管处的应力比较大。因为，和直管相比，三通和弯管处的应力增强系数比较大。

3.21列出管道的壹次应力和二次应力的合格判断式？

答：管道壹次应力（S L）不得超过设计温度下管道材料的许用应力（S h），即：

S L≤S h

管道的二次应力（S E）不得超过许用应力范围（S a），即：

S E≤S a=f（1.25S C+0.25S h）

式中：f——于预期寿命内，考虑循环总次数影响的许用应力范围减少系数；

S C——管子材料于20℃时的许用应力，MPa；

S h——管子材料于设计温度下的许用应力，MPa；

若S h大于S L，它们之间的差值能够加到式（21-2）中，于此情况下，许用应力范围为：

S a=f[1.25(S C+S h)-S L]

S L——由内压及持续外载产生的纵向应力，MPa。

3.22常用的补偿器有几种，各有何特点，适用范围如何？

答：压力管道设计中常用的补偿器有三种：П形补偿器、波形补偿器和套管式补偿器或球形补偿器。

П形补偿器结构简单、运行可靠、投资少，于石油化工管道设计中广泛采用。

波形补偿器补偿能力大、占地小，但制造较为复杂，价格高，适用于低压大直径管道。

套管式或球形补偿器因填料容易松驰，发生泄漏，于石化企业中很少采用。于剧毒及易燃易爆介质管道中严禁采用。

3.23如何增加管道的自然补偿能力？

答：可采用下列方法增加管道的自然补偿能力：

1）改变管道的走向，以增加整个管道的柔性；

2）利用弹性支吊架放松约束；

3）改变设备布置。

3.24П形补偿器的设置有何要求？

答：П形补偿器宜设置于俩固定点中部，为防止管道横向位移过大，应于П形补偿器俩侧设置导向架。

3.25何谓冷紧和自冷紧，冷紧的目的是什么？

答：冷紧是指于安装时（冷态）使管道产生壹个初位移和初应力的壹种方法。

如果热胀产生的初应力较大时，于运行初期，初始应力超过材料的屈服强度而发生塑性

变形，或于高温持续作用下，管道上产生应力松驰或发生蠕变现象，于管道重新回到冷态时，则产生反方向的应力，这种现象称为自冷紧。

冷紧的目的是将管道的热应变壹部分集中于冷态，从而降低管道于热态下的热胀应力和对端点的推力和力矩，也可防止法兰连接处弯矩过大而发生泄漏。但冷紧不改变热胀应力范围。

3.26何谓冷紧比，应如何选取冷紧比？

答：冷紧比为冷紧值和全补偿量的比值。

对于材料于蠕变温度下工作的管道，冷紧比宜取0.7。对于材料于非蠕变温度下工作的管道，冷紧比宜取0.5。

3.27对和敏感设备相连的管道能否采用冷紧？为什么？

答：和敏感设备相连的管道不宜采用冷紧。

因为由于施工误差使得冷紧量难于控制，另壹方面，于管道安装完成后要将和敏感设备管口相连的管法兰卸开，以检查该法兰和设备法兰的同轴度和平行度，如果采用冷紧将无法进行这壹检查。

3.28选用无约束金属波纹管膨胀节时应注意什么问题？

答：应注意下列问题：

(1)俩个固定支座之间的管道中仅能布置壹个波纹管膨胀节；

(2)固定支座必须具有足够的强度，以承受内压推力的作用；

(3)对管道必须进行严格地保护，尤其是靠近波纹管膨胀节的部位应设置导向架，第壹个导向支架和膨胀节的距离应小于或等于4DN，第二个导向支架和第壹个导向支架的距离应小于或等于14DN，以防止管道有弯曲和径向偏移造成膨胀节的破坏；

(4)正确地进行预拉伸或预压缩量的计算。

3.29带约束的金属波纹管膨胀节有哪几种型式，其共同特点是什么？

答：带约束的金属波纹管膨胀节有以下几种形式：

(1)单式铰链型膨胀节，由壹个波纹管及销轴和铰链板组成，用于吸收单平面角位移；

(2)单式万向铰链型膨胀节，由壹个波纹管及万向环、销轴和铰链组成，能吸收多平面角位移；

(3)复式拉杆型膨胀节，由用中间管连接的俩个波纹管及拉杆组成，能吸收多平面横向位移和拉杆间膨胀节本身的轴向位移；

(4)复式铰链型膨胀节，由用中间管连接的俩个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收单平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；

(5)复式万向铰链型膨胀节，由用中间管连接的俩个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收互相垂直的俩个平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；

(6)弯管压力平衡型膨胀节，由壹个工作波纹管或用中间管连接的俩个工作波纹管及壹个平衡波纹管构成，工作波纹管和平衡波纹管间装有弯头或三通，平衡波纹管壹端有封头且承受管道内压，工作波纹管和平衡波纹管外端间装有拉杆。此种膨胀节能吸收轴向位移和／或横向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。常用于管道方向改变处；

(7)直管压力平衡型膨胀节，壹般由位于俩端的俩个工作波纹管及有效面积等于二倍工作

波纹管有效面积、位于中间的壹个平衡波纹管组成，俩套拉杆分别将每壹个工作波纹管和平衡波纹管相互连接起来。此种膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。

带约束的金属波纹管膨胀节的共同特点是管道的内压推力（俗称盲板力）没有作用于固定点或限位点外，而是由约束波纹膨胀节用的金属部件承受。

3.30对转动设备的允许推力应如何限制，能够参考引用的国外标准有哪些？

答：管道对转动设备的允许推力和力矩应由制造厂提出，当制造厂无数据时，可按下列规定进行核算：

(1)单列、中心线安装、俩点支承的离心泵，其允许推力和力矩应符合API610规定；

(2)尺寸较小的非冷凝式通用汽轮机，蒸汽管道对汽轮机接管法兰的最大允许推力和力矩应符合NEMASM23的规定；

(3)离心压缩机的管道对压缩机接管法兰的最大允许推力和力矩应取NEMASM23规定值的1.85倍。

3.31对高温管道，用较厚的管子代替较薄的管子时，应注意什么问题？

答：管子壁厚的增加提高了管道的刚度，增加了管壁截面积和自重，因而必须对管道的柔性进行分析，以校核固定点、设备管口和各支吊架的荷载，仍应校核弹簧支吊架的型号是否合适。简而言之，对于高温管道，用较厚的管子代替较簿的管子时，管道中壹次应力将降低、二次应力不变，管道对固定支座的推力将增加。

3.32对无中间约束、俩端固定的管道，冷紧后固定点推力的瞬时最大值应如何计算？

答：应按下列公式计算：

R m =R R a =CR 式中：R m ——于最高和最低设计温度下的瞬时最大推力（或力矩），N ·（N ·m ）； R ——按全补偿值及E a 为基础计算的推力（或力矩），N （N ·m ）；

C ——冷紧比；

E a ——安装温度下管子材料的弹性模量，MPa ；

E m ——最高或最低设计温度下管子材料的弹性模量，MPa ；

R a ——安装温度下的估计瞬时推力（或力矩），N （N ·m ）；

C 1——自冷紧比；

C 1=1―··

δE ——计算所得最大位移应力范围，MPa ；

[δ]t ——热态钢材许用应力，MPa 。

3.33分馏塔顶部管口的热膨胀量（初位移）应如何确定？

答：分馏塔顶部管口可分三类处理，即封头中心管口、封头斜插管口和上部筒体径向管口，管口的热膨胀量分别按下列方法确定：

(1)封头中心管口热膨胀量的计算

封头中心管口只有壹个方向的热膨胀，即垂直方向，考虑到从分馏塔固定点至封头中心管口之间可能存于操作温度和材质的变化，故总膨胀量按下式计算：

ΔY=L 1α1（t 1－t 0）+L 2α2（t 2－t 0）+……L i αi （t i －t 0） (32-3)

式中：ΔY——塔顶管口总的热膨胀量，cm；

L i——分馏塔固定点至封头中心管口之间因温度和材质变化的分段长度，m；

αi——线膨胀系数，由20℃至t i℃的每米温升1℃时的平均线膨胀量，cm/m·℃；

t i——各段的操作温度，℃；

t0——安装温度，壹般取20℃。

(2)封头斜插管口热膨胀量的计算

封头斜插管口有俩个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同式（33-1），水平方向的热膨胀量按下式计算：

ΔX=Lα1（t－t0）

式中：ΔX——封头斜插管口水平方向的热膨胀量，cm；

L——分馏塔中心线距封头斜插管口法兰密封面中心的水平距离，m；

α1——线膨胀系数，由20℃至t℃的每米温升1℃时的平均线膨胀量，cm/m·℃；

t——分馏塔顶部的操作温度，℃；

t0——安装温度，壹般取20℃。

(3)上部筒体径向管口热膨胀量的计算

上部筒体径向管口有俩个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同式（33-1），水平方向的热膨胀量按下式计算：

ΔX=Lα1（t－t0）

式中：ΔX——上部筒体径向管口水平方向的热膨胀量，cm；

L——分馏塔中心线距上部筒体径向管口法兰密封面的距离，m；

α1——线膨胀系数，由20℃至t℃的每米温升1℃时的平均线膨胀量，cm/m·℃；

t——分馏塔上部的操作温度，℃；

t0——安装温度，壹般取20℃。

3.34于管道柔性设计中，计算温度取正常操作温度，是否总是偏于安全？

答：于管道柔性设计中，计算温度取正常操作温度，且非总是偏于安全的。因为，于进行管道柔性设计时，不仅应考虑正常操作条件下的温度，仍应考虑开车、停车、除焦、再生等情况。

3.35于石油化工管道设计中可能遇到哪些振动？

答：于石油化工管道设计中常见的振动有：

(1)往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；

(2)俩相流管道呈柱塞流时的振动；

(3)水锤；

(4)安全阀排气系统产生的振动；

(5)风荷载、地震荷载引起的振动。

3.36往复压缩机、往复泵的管道振动分析应包括哪些内容？

答：振动分析应包括：

(1)气（液）柱固有频率分析，使其避开激振力的频率；

(2)压力脉动不均匀度分析，采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措施，将压力不均匀度控

制于允许范围内；

(3)管系结构振动固有频率、振动及各节点的振幅及动应力分析，通过设置防振支架，优化管道布置，消除过大管道振动。

3.37何谓共振，于往复式机泵管道设计中可能引发共振的因素有哪些？可采用哪些措施避免发生共振？

答：当作用于系统上的激振力频率等于或接近系统的固有频率时，振动系统的振幅会急剧增大，这种现象称为共振。

于往复机泵管道设计中可能引发共振的因素有：管道布置出现共振管长；缓冲器和管径设计不当造成流体固有频率和激振频率重叠导致气（液）柱共振；支承型式设置不当，转弯过多等造成管系机械振动固有频率和激振力频率重叠。

要避免发生共振，应使气（液）柱固有频率、管系的结构固有频率和激振力频率错开。管道设计时应进行振动分析，合理设置缓冲器，避开共振管长，尽可能减少弯头，合理设置支架。

3.38管道柔性设计和防振设计有何关系？

答：管道的柔性设计是保证管道有足够的柔性以吸收由于热胀、冷缩及端点位移产生的变形。防振设计是保证管系有壹定的刚度，以避免于干扰力作用下发生强烈振动。管道的布置及支架设置于满足柔性设计的要求同时仍要满足防振设计的要求。

3.39管道跨距如何确定，试列出计算公式？

答：壹般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度条件计算，按强度条件校核，取（L1和L2）俩者之间的小值。

(1)刚度条件：

L1=0.039（装置内）L1′=0.048（装置外）

式中：L1，L1′——装置内（外）由刚度条件决定的跨距，

E t——管材于设计温度下的弹性模数，MPa；

I——管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的断面惯性矩，mm4；

q——每米管道的质量，N/m。

(2)强度条件

L2=0.1（不考虑内压）

L2=0.071(考虑内压)

式中：[δ]t——管材的于设计温度下的许用应力，MPa；

W——管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的抗弯断面模数，mm3。

3.40支吊架的作用是什么？固定架、导向架和支托架（或单向止推架）均能限制哪些位移？

答：管道支吊架的作用有三个：第壹，承受管道的重量荷载（包括自重、介质重等）；第二，起限位作用，阻止管道发生非预期方向的位移；第三，控制振动，用来控制摆动、振动或冲击。

固定架限制了三个方向的线位移和三个方向的角位移；

导向架限制了俩个方向的线位移；

支托架（或单向止推架）限制了壹个方向的线位移。

3.41恒力弹簧支吊架、可变弹簧支吊架和刚性支吊架的刚度各如何？

答：恒力弹簧支吊架的刚度理论上为零；

刚性支吊架的刚度理论上为无穷大；

可变弹簧支吊架的刚度等于弹簧产生单位变形所需要的力。

3.42恒力弹簧支吊架和可变弹簧支吊架于应用上有何限制？

答：恒力弹簧支吊架适用于垂直位移量较大或受力要求荷刻的场合，避免冷热态受力变化太大，导致设备受力或管系应力超标。恒力弹簧的恒定度应小于或等于6%，以保证支吊点发生位移时，支承力的变化很小。

可变弹簧适用于支承点有垂直位移，用刚性支承会脱空或造成过大热胀推力的场合。和恒力弹簧相比，使用可变弹簧会造成壹定的荷载转移，为防止过大的荷载转移，可变弹簧的荷载变化率应小于或等于25%。

3.43对于具有不同磨擦幅的滑动支架，如何选取磨擦系数？

答：钢对钢滑动磨擦：μ=0.3

钢对钢滚动摩擦：μ=0.1

不锈钢对聚四氟乙烯滑动磨擦：μ=0.1

钢对混凝土滑动磨擦：μ=0.6

3.44于管道中多设弹簧支吊架更安全吗？

答：不壹定更安全，因为弹簧支吊架的刚度远低于刚性支吊架，所以过多设置弹簧支吊架会使管系各点位移方向失去控制，管系稳定性较差，易产生偏斜和振动。

3.45设计振动管道支架时应注意什么问题？

答：设计振动管道支架时，应注意下列问题：

(1)支架应采用防振管卡，不能只是简单支承；

(2)支架间距应经过振动分析后确定；

(3)支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度；

(4)宜设独立基础，尽量避免生根于厂房的梁柱上；

(5)当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析的要求；

(6)支架应尽量沿地面设置。

3.46为什么要于高耸设备布置的竖直管道上设置导向架？如何设置？

答：为了约束由风载、地震、温度变化等引起的横向位移。沿直立设备布置的立管应设

答：沿反应器布置的高温管道和反应器之间，或高温管道和框架之间有较大的位移差，所以通常要设弹簧支吊架来承受管道荷重。

3.48确定管道支吊架位置的要点是什么？

答：确定管道支吊架位置时应符合下列要求：

(1)应满足管道最大允许跨度的要求；

(2)当有集中载荷时，支架应布置于靠近集中荷载的地方，以减少偏心荷载和弯曲应力；

(3)于敏感的设备（泵、压缩机）附近，应设置支架，以防止设备嘴子承受过大的管道荷载；

(4)往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道，宜单独设置支架，（支架生根于地面的管墩或管架上），以避免将振动传递到建筑物上；

(5)除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应能满足生根件的要求。

(6)对于复杂的管道，尤其是需要作详细应力计算的管道，尚应根据应力计算结果调整其支吊架的位置；

(7)管道支吊架应设于不妨碍管道和设备的连接和检修的部位；

(8)管道支吊架应设于弯管和大直径三通式分支管附近；

(9)安全泄压装置出口管道应根据需要，考虑是否设置支架。

3.49管道固定点的设置应考虑哪些问题？

答：管道固定点的位置应满足下列要求：

(1)对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形管段、U形管

段、Z形管段等以便进行分析计算；

(2)确定管道固定点位置时，使其有利于俩固定点间管段的自然补偿；

(3)选用П形补偿器时，宜将其设置于俩固定点的中部；

(4)固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方；

(5)固定点应设置于需要承受管道振动、冲击荷载或需要限制管道多方向位移的地方。

(6)作用于管道中固定点的荷载，应考虑其俩侧各滑动支架的磨擦反力；

(7)进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道，宜于装置分界处设固定点。

3.50石油化工压力管道设计常用的管道应力分析软件有哪些？

答：目前常用管道应力分析软件主要有下列四种：

(1)等值刚度法计算程序：该程序由电力系统开发，可计算管道内压、自重、热膨胀、端点位移等荷载所产生的应力和各点位移，仍可自动选择弹簧支架。但该程序存于功能差、人机界面差、输出结果不明晰等缺点，现已被淘汰；

(2)SAP5程序：SAP5是由国外引进的大型结构线弹性计算通用程序，可用于各种结构计算。因为其中有管单元，也可用于管道的静力分析和动力分析。可计算管道由内压、自重、热膨胀、端点位移等荷载所产生的内力和位移。仍可计算管道的自振频率和对管系进行动力分析。因为该程序不是管道的专用计算程序，其输出结果只能给出结点内力，而不能给出管道的应力。于输入方法上也比较繁琐，于使用上不太方便。国内不少单位于此基础上增加了前处理和后处理，简化了输入方法，且可直接得到各结点的应力；

(3)石油化工非埋地管道抗震设计和鉴定程序（PBAA）：该程序是石化总公司北京设计院和石油天然气总公司施工技术研究所合作编制的。其计算功能和SAP5程序基本相同，数据输入比较方便，且可直接输出管道的应力、位移和内力等数据。该程序仍具有图形功能，可显示输入的管道形状，以及管道受力后的变形情况。该程序是为管道抗地震而编制的，除可进行管道的抗地震验算外，也可进行管道静力分析；

(4)CAESAR管道应力分析程序：该程序由美国COADE公司编制，石化系统有许多单位引进了这个程序。该程序是进行管道静力分析和动力分析的专用程序，功能相当齐全，且可于微机上运算。该程序除具有上述三个程序的功能外，仍可考虑管道的非线性约束，例如管道和支架之间的摩擦力，限位支架的间隙等。可计算有波形补偿器的管道，计算管道和设备连接的管嘴柔性和设备管嘴处的局部应力，可把管架和管道作为壹个整体进行应力分析和对法兰连接进行泄漏的分析验算等。目前此程序已成为石油化工压力管道应力分析的首选程序。