5压力降校核1
工业管道试验压力周向应力校核分析--王雨-安全版
[4]GB50316—2000，工业金属管道设计规范（2008版）[S].
[5]SH/T 3059—2012，石油化工管道设计器材选用规范[S].
管道压力试验是检验施工质量，检查管道系统强度和严密性的手段之一，同时可以降低或消除某些部位的峰值应力，且短时超压可钝化裂纹，使其产生闭合效应，其目的是保障管道系统长期、稳定、安全的运行。确定管道的试验压力通常分为两部分：即先计算试验压力，再校核试验条件下的应力是否满足材料强度的要求。国内大部分的设计单位，由于专业分工的原因，往往对试验条件下的应力校核缺乏足够的重视，本文将就试验压力下周向应力校核方面做进一步的分析。
(1)
式中： —试验压力（表压）（MPa）；
—设计压力（表压）（MPa）；
—试验温度下，管材的许用应力（MPa）；
—设计温度下，管材的许用应力（MPa）；
当试验温度下管材的许用应力与设计温度下管材的许用应力的比值大于6.5时，应取6.5。
管道的周向应力计算与校核在GB50316《工业金属管道设计规范》中有如下规定[4]：
(5)
(6)
(7)
式中 —直管计算厚度(mm)；
—系数；
—直管设计厚度(mm)；
—厚度减薄附加量，包括加工、开槽和螺纹深度及材料厚度负偏差(mm)；
—腐蚀或磨蚀附加量(mm)；其他参数与前述相同。
由(2)式，周向应力是通过试验压力、管子外径和壁厚计算得到的，而通过(5)式可以看出，壁厚是通过设计压力、管子外径和设计温度下的许用应力等参数计算得到的，那么他们之间是否有一些内在的关系可循呢？下面就上述公式间的关系做如下推导。
另外，上述关系式推导是建立在直管设计厚度等于名义厚度，且直管计算厚度 小于管子外径 的1/6的基础上。取设计厚度等于名义厚度为壁厚最小的情况，即设计壁厚恰好不需要圆整的特殊情况，以此保证足够的安全性。当直管计算厚度 大于或等于管子外径 的1/6时，直管厚度的计算，需按断裂理论、疲劳和热应力的因素予以特别考虑[4]。
化工设备设计基础第8章内压薄壁圆筒与封头的强度设计
Sc pcDi
2[]t- pc
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
Sd 2[p]ctD-i pc C2
设计壁厚公式
设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定 选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导 1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
内径为基准 外径为基准
内径为基准 外径为基准
一、强度计算公式
3.球形容器厚度计算及校核计算公式
3.1厚度计算公式
Sc
pcDi
4[]t -
p
计算壁厚
Sd 4[p]ctD i-pc C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pcDi Se[]t
4S e
[pw]
4[]tSe
Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压 力
常温容器 中温容器 高温容器
[]
minnss
，b
nb
[]t
minnsst
，bt
nb
[]t
minnsst
， D t ， nt
nD nn
二、设计参数的确定
3.许用应力和安全系数
3.2安全系数
安全系数的影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度； ②材料的质量和制造的技术水平； ③ 容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。
当
0
n
[]
二、强度理论及其相应的强度条件
复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题： 一是根据应力状态确定主应力； 二是确定材料的许用应力。
内压薄壁容器的主应力：
套管强度校核全解
体外径
4-1/2”, 5”, 51/2”, 65/8”, 7”, 7-5/8”, 8-5/8”, 9-5/8”, 10-3/4”, 11-3/4”, 16”, 28-5/8”, 20”, 30”....
二、套管强度
目 前 国 内外所生产 的套管尺寸 及钻头及尺 寸已标准系 列化。套管 与其相应井 眼的尺寸配 合基本确定 或在较小范 围内变化。
第一节
套管及套管柱强度设计
序言
套管柱的主要功 对套管的要求 圆度 能 壁厚均匀性 抗挤 抗腐蚀 最小的流动阻力 抗拉 良好的上扣性能及重复互 抗内压 换性能 耐磨（硬度指标） 密封
序言
套管柱的组成 由不同强度的套管段组成 原因： 套管受到各种类型外力作用，须具有一定强度。 外载大小、类型不同，所需的强度要求也不同， 须有一系列不同尺寸、不同强度的套管。即套管 系列。
一、套管外载分析与计算
（2）支撑内压力
对于技术套管非全掏空的情况，支撑内压力
的计算式为
Pib 0
P n ( H H L ) ib 0.0098
（ 0≤ H ≤ H L ） （ H L＜ H ≤ H B）
1.外挤压力
一、套管外载分析与计算
（3）有效外压力
对于表层套管、油层套管这种可能全掏空的情况，需
以关于套管内压力的计算有多种方法，常用方法是：
Pi Ps 0.0098n H
2.内压力
一、套管外载分析与计算
（1）内压力
确定井口内压力的三种方法是：
1）井口防喷装置（防喷器及压井管线等）许用最高压力。 2）套管鞋处附近地层破裂压力所决定的许用井口压力。
Ps 0.0098 ( f n ) H B
塑料齿轮强度校核方法1
塑料齿轮强度校核方法马瑞伍，余毅，张光彦（深圳市创晶辉精密塑胶模具有限公司，广东省深圳市518000）【摘要】随着动力传递型塑料齿轮应用领域的不断拓展，如何评估或校核塑料齿轮的强度成为设计者不得不考虑的难题。
由于塑料材料种类繁多，且不同种类的塑料性能指标差异很大，所以迄今为止有关塑料齿轮的强度算法还未形成统一的标准。
目前，具有代表性的塑料齿轮强度算法主要四种：①尼曼&温特尔法；②VDI2545标准法；③KISSsoft软件基于VDI2545标准修正法；④宝理“Duracon”法。
由于第②种算法已经废止，第③种算法主要以软件形式发布，因此本文将主大于，直径已超过①节中做了②未考虑温度对塑料强度的影响。
③KISSsoft软件基于VDI2545标准修正法：该算法是KISSsoft公司基于VDI2545标准而提出的塑料齿轮强度的一种修正算法。
该方法主要是修正VDI2545标准中强度受温度变化的影响关系。
同时，该公司与各大主流塑料材料供应商合作，提供了POM、PA12、PA66、PEEK四种主要塑齿材料的性能数据，并采用软件形式发布，为塑料齿轮设计者评估塑料齿轮的强度提供了软件工具。
④宝理“Duracon”法：该算法是日本宝理公司发布的一种针对共聚聚甲醛（POM）材料的塑料齿轮强度评估算法。
鉴于第②种算法已经废止，第③种算法主要以软件形式发布，因此本文将主要介绍第①、④两种算法。
尼曼&温特尔法尼曼&温特尔在其名着《机械零件》一书中指出：塑料齿轮可能出现和钢齿轮相同的破坏形式：点蚀、磨损、轮齿折断。
当塑料齿轮与钢齿轮配对时，只须验算塑料齿轮的承载能力。
在热塑性塑料中还须注意其它的一些限制：① 齿形可能因软化而破坏。
② 轮齿温度是一个重要的影响参数。
③ 因弹性模量E 比较低，必须检验变形。
④ 在静载时有发生蠕变的危险。
用系数K 和U 可对应力作出初步的暂时性估计：式中，① F ——圆周力，单位：N 。
阻火器的选用
5、阻火器主要是根据介质的化学性质、温度、压力来选用合适的阻火器。
一般介质，使用压力小于等于1.0MPa，温度小于80℃时均采用碳钢镀锌铁丝网阻火器。特殊的介质如乙炔气管道，特别是压力大于0.15MPa的高压乙炔气管道上，采用特殊的阻火器。
3、火炬排放气进入火炬头前应设置阻火器或阻火装置。
4、其它应设置管道阻火器的场合。
4阻火器的选用
4.1阻火器的选用步骤
1、根据使用场所决定采用放空阻火器还是管道阻火器。
2、确定采用阻爆燃型阻火器还是阻爆轰型阻火器。
火焰波在管道内的传播速度不仅与介质种类、所在管道的温度、压力有关外，还与阻火器与点火源之间的距离、安装位置、阻火器与点火源间的管道形状有关。因此选用的阻火器阻火元件的通道直径要能阻止这种情况下的火焰蔓延，这就需要确定是采用阻爆燃型还是阻爆轰型阻火器，通常由试验或根据经验来确定。
表1两种MESG分类标准
NEC
IEC
MESG/ mm
测试气体
A
IIC
0. 25
乙炔
B
IIC
0. 28
氢气
C
IIB
0. 65
乙烯
D
IIA
0. 90
丙烯
G M
I
1. 12
甲烷
国标《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB 3836.1－83中，对爆炸性气体混合物按最大试验安全间隙（MESG）分成不同的技术安全等级，见表2。
阻火器的选用
1阻火器的作用及工作原理
1.1阻火器的作用
阻火器是用来阻止易燃气体、液体的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全装置。通常装在输送或排放易燃易爆气体的储罐和管线上。作用是防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延。阻火器是应用火焰通过热导体的狭小孔隙时,由于热量损失而熄灭的原理设计制造。阻火器的阻火层结构有砾石型、金属丝网型或波纹型。
管道阻力降的计算
➢ 道； 往高位输送或长距离输送的液体
➢ 管道；
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➢ 要求流量均匀分配的管道； 液封管道(须校核 ➢ 液封足否会被冲掉或吸入)； 提升管道； ➢ 两相流管道； 压缩机吸 ➢ 入或排出管道； 塔的回 ➢ 流管道；
➢
➢ 安全阀的入口和出口管道(控制安全阀人口管道的压 降不超过其定压的3％，出口管道须校核安全阀的背压对 安全阀定压的影响)； ➢ 热虹吸再沸器工艺物料的进出口管道； 有调节 ➢ 阀的管道（确定合适的调节阀压降）等。
4.1.1 不可压缩流体
➢ 液体
➢ 管道进出口压差小于进口压力10%的气体管道
4.1.2 管道阻力降 流体在管道中的压力降可分为直
管阻力降与局部压 力降，局部阻力降指的是管件、阀门、流量元件等产生 的局部阻力。局部阻力降通常上采用当量长度法,局部 阻力元件产生的阻力降与相同管径的直管段产生的阻力 降相同，则此直管长度为此局部阻力元件的当量长度， 当量长度通过实验测定。
➢ 水平管道 水平管道流型判断通常采用伯克流 型图(Baker)
➢ 垂直管道
垂直管道流型判断通常采用格里菲思流型图 (Griffith-Wallis)
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1)水平管道流型判断，伯克流型图(Baker)
式中： By、Bx：
Baker参数；
Wg ：气相质量流量，kg/h； Wl：液相质量流量，kg/h；
速一般不超过其临界速度的85 ％，真空下最大不超过 100 m/s；含有固体物质的流体，其流速不应过低，以免 固体沉积在管内而堵塞管道，但也不宜太高，以免加速 管道的磨损或冲蚀。
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2.4 高速流体管道 当流体突然改变方向（例如在弯
说明书(过热器)
物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CH3OH→CO↑+2H2↑CO+H2O→CO2↑+ H2CH3OH分解为CO转化率99%,反应温度280℃,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol).2、投料计算量代入转化率数据,式(1-3)和式(1-4)变为:CH3OH→0.99CO↑+1.98H2↑+0.01 CH3OHCO+0.99H2O→0.99CO2↑+ 1.99H2+0.01CO合并式(1-5),式(1-6)得到:CH3OH+0.981 H2O→0.981 CO2↑+0.961 H2↑+0.01 CH3OH+0.0099 CO↑氢气产量为: 2100m3/h=93.750 kmol/h甲醇投料量为: 93.750/2.9601ⅹ32=1013.479 kg/h水投料量为: 1013.222/32ⅹ1.5ⅹ18=855.123 kg/h3、原料液储槽(V0101)进: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h出: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h4、换热器 (E0101),汽化塔(T0101),过热器(E0103)没有物流变化.5、转化器 (R0101)进 : 甲醇 1013.479kg/h , 水 855.123 kg/h , 总计1868.802kg/h出 : 生成CO21013.479/32ⅹ0.9801ⅹ44 =1365.720kg/hH21013.479/32ⅹ2.9601ⅹ2 =187.500 kg/hCO 1013.479/32ⅹ0.0099ⅹ28 =8.779 kg/h剩余甲醇 1013.479/32ⅹ0.01ⅹ32 =10.135kg/h剩余水 855.123-1013.479/32ⅹ0.9801ⅹ18=296.386总计 1868.6026、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1．5MPa,其中CO2的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温(25℃). 此时,每m3吸收液可溶解CO211.77 m3.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表1—2。
压力容器耐压试验和泄漏试验
压力容器耐压试验和泄漏试验1.1制造完工的容器应按设计文件规定进行耐压试验和泄漏试验。
1.2耐压试验和泄漏试验时，如采用压力表测量试验压力，则应使用两个量程相同的、并经检定合格的压力表。
压力表的量程应为1.5~3倍的试验压力，宜为试验压力的2倍。
压力表的精度不得低于 1.6级，表盘直径不得小于100 mm 。
1.3容器的开孔补强圈应在试验前以0.4 MPa ~0.5 MPa 的压缩空气检查焊接接头质量。
1.4耐压试验1.4.1耐压试验分为液压试验、气压试验以及气液组合压力试验，应按设计文件规定的方法进行耐压试验。
1.4.2耐压试验的试验压力和必要时的强度校核按GB 150.1的规定。
1.4.3耐压试验前，容器各连接部位的紧固件应装配齐全，并紧固妥当；为进行耐压试验而装配的临时受压元件，应采取适当的措施，保证其安全性。
1.4.4试验用压力表应安装在被试验容器安放位置的顶部。
1.4.5耐压试验保压期间不得采用连续加压以维持试验压力不变，试验过程中不得带压拧紧紧固件或对受压元件施加外力。
1.5液压试验1.5.1试验液体一般采用水，试验合格后应立即将水排净吹干；无法完全排净吹干时，对奥氏锈钢制容器，应控制水的氯离子含量不超过25 mg / L 。
1.5.2当试验容器器壁金属温度与液体温度接近时，方可缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后继续升压至规定的试验压力，保压时间一般不少于30 min ；然后降至设计压力，保压足够时间进行检查，检查期间压力应保持不变。
1.5.3液压试验的合格标准:试验过程中，容器无渗漏，无可见的变形和异常声响。
1.5.4液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。
1.6泄漏试验1.6.1容器需经耐压试验合格后方可进行泄漏试验。
1.6.2泄漏试验包括气密性试验、氨检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验，应按设计文件规定的方法和要求进行。
调保计算（附件5）
调保计算（附件5）调保计算⼀、调节保证计算的任务（⼀）⽔击的危害(1)压强升⾼过⼤→⽔管强度不够⽽破裂；(2)尾⽔管中负压过⼤→尾⽔管汽蚀，⽔泵运⾏时产⽣振动；(3)压强波动→机组运⾏稳定性和供电质量下降。
（⼆）调节保证计算⽔击和机组转速变化的计算，⼀般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引⽔系统的最⼤和最⼩内⽔压⼒。
最⼤内⽔压⼒作为设计或校核压⼒管道、蜗壳和⽔泵强度的依据；最⼩内永压⼒作为压⼒管道线路布置，防⽌压⼒管道中产⽣负压和校核尾⽔管内真空度的依据；(2)计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3)选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压⼒和转速变化不超过规定的允许值。
(4)研究减⼩⽔击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的⽬的正确合理地解决导叶启闭时间、⽔击压⼒盒机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和⽅式，使⽔击压⼒和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
⼆、⽔击现象1．定义在⽔站运⾏过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，⽽突然启闭⽔泵导叶时，由于⽔流具有较⼤的惯性，进⼊⽔泵的流量迅速改变，流速的突然变化使压⼒⽔管、蜗壳及尾⽔管中的压⼒随之变化，这种变化是交替升降的⼀种波动，如同锤击作⽤于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为⽔击。
2．⽔击特性(1)⽔击压⼒实际上是由于⽔流速度变化⽽产⽣的惯性⼒。
当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因⽽⽔击压⼒往往较⼤，⽽且整个变化过程是较快的。
(2)由于管壁具有弹性和⽔体的压缩性，⽔击压⼒将以弹性波的形式沿管道传播。
注:⽔击波在管中传播⼀个来回的时间 tr=2L/a，两个相为⼀个周期2tr=T(3)⽔击波同其它弹性波⼀样，在波的传播过程中，在外部条件发⽣变化处（即边界处）均要发⽣波的反射。
其反射特性（指反射波的数值及⽅向）决定于边界处的物理特性。
三、⽔击波的传播速度⽔击波速与管壁材料、厚度、管径、管道的⽀承⽅式以及⽔的弹性模量等有关，其计算公式为：式中K—⽔的体积弹性模量，⼀般为2.06×l03MPa;E—管壁材料的纵向弹性模数（钢村E=2.06×l03MPa，铸铁E=0.98×l05MPa，混凝⼟E=2.06×l04MPa)；为声波在⽔中的传播速度，随温度和压⼒的升⾼⽽加⼤，⼀般取1435m/s。
注塑模与注塑机需作以下三方面的校核
注塑模与注塑机需作以下三方面的校核：A、工艺参数的校核，包括：1、最大注塑量2、最大注塑压力3、最大锁模力4、最大成型面积5、塑化能力B、安装尺寸的校核，包括：1、最大模厚与最小模厚2、模具外形尺寸的校核3、模板安装模具的螺钉、钉孔（或T形槽）的位置和尺寸4、注塑机喷嘴孔直径和喷嘴球头半径值C、开模行程的校核现介绍如下：一、工艺参数的校核一、最大注塑量的校核注塑重量是选择注塑机的最常用的一个参数，以安土（1安土=克）或克表示。
这个参数虽然简单明了，但亦容易被误解。
因为国产注塑机常用理论注塑容积来表示机器的最大注塑能力，需经换算才能得知最大注塑量，而实际注塑重量是测量出来的。
具体测量如下：物料采用纯PS，把料筒加热到正常工艺温度，一般喷嘴温度比料筒温度的设定高出6℃，预塑时将喷嘴闭锁成无流延状态，并在额定注射压力下以最高注射速度和最大注射行程，连续对空注射三次，取其重量的平均值，作为实际注射重的测量值，测量结果一般不得小于理论注塑量的95%。
（1）由于注塑机最大注塑量是实测对空注塑量，在注入模具时，由于流动阻力增加，加大了沿螺杆方向的逆流量，再考虑安全系数，实际量M1应取机器最大注塑能力的85%。
M1=85%MPSO对于其它非PS之非结晶料，其最大注塑量：M0=MPSOP/PPS式中P——常温下某塑料的密度，g/Cm3PPS——常温下PS的密度，g/Cm3对于非结晶塑料可以为从常温状态到熔融状态，其密度变化倍率与PS变化陪率差不多，故可用常温下密度代入计算。
而结晶形塑料由于从固态到熔态密度变化较PS变化更大。
因此结晶塑料还要乘以一核正系数：M0=PPS同理，其实际最大注射量M1=85%M0例如：1）UPVC制品与浇道塑料共重4安土，物料为非结晶性料，密度为CM3，请问需要注塑重量多大的注塑机？即M1=4zon，求MPSO？MPSO = PPS * M O/ PPVC = POS / PPVC * M1 / = / * 4 / = （安土）2）PA制件与浇道料共重4安土，物料为结晶性塑料，密度为Cm3, 请问需要注塑重量多大的注塑机? 即M1=4zon，求Mpso？MPSO = PPS / / PPAB * M1 / = / / * 4 / = （安土）（2）国产注塑机常用理论注塑容积VC表示机器的最大注塑能力，该体积是指在最大注塑行程时注塑螺杆所经过的最大体积，它与PS表示的最大注塑量的关系是：MSO=VC * AS * PS式中：P——为常温下塑料的密度A——注塑系数，一般与塑料加温后体积膨胀系数及螺杆逆流漏料有关一般结晶料的体积膨胀系数为非结晶料的体积膨胀系数为考虑到螺杆逆流漏料，结晶型塑料取A=～非结晶型塑料(含PS)取A=～（3）为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑料质量（塑件和流道凝料质量之和）应在公称注塑量的30%～85%范围内。
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1
5 压力降校核
5.1 管程压力降iP
查参考文献[2],
SnSptrli
NPNNFPPP)(
式中 lP——流体流过直管等因摩擦阻力引起的压力降，Pa；
rP——流体流过回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa；
nP——流体流经管箱进出口的压力降，Pa；
tF——结构校正因素，无因次，对于mm5.225的管子，取为1.4；
pN——管程数；
sN——串联的壳程数。
顾毓珍等公式，适用范围为：63103~103Re，管内卤水的雷洛数
20001007.1Re5
。
38.0Re500.00056.0
38.05)1009.1(500.00056.0
0117.0
)2(2iiiiludlP
式中 iu——管内流速，m/s；
id——管内径，m；
l——管长，m；
i——摩擦系数。
∴ 2598.0118602.090117.02P
Pa5.1116
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2
)2(5.12iinuP
Pa1.3182598.011865.12
又 ∵ 1,2,4.1,0sptrNNFP
∴ 11.318124.1)05.1116(iP
Pa3.3444
已知换热器管程允许压力降为8000Pa，
PaPaP80003.3444 符合要求
5.2 壳程压力降
参照参考文献[2]，使用埃索法，
)('2'1PPPo
式中 '1P——流体横过管束的压力降，Pa；
'2P——流体通过折流板缺口的压力降，Pa；
sF——壳程压力降的结垢修正系数，无因次，对 气体可取1.0。
2
)1(2'1obcouNnFfP
2)25.3(2'2oibbuD
l
NP
式中 F——管子排列方法对压力降的修正系数，对于三角形取F=0.5；
of——壳程流体摩擦系数；
cu——横过管束中心的管子数，对于三角形排列tcNN1.1；
bN——折流板数；
ou——按壳程流通截面积oA计算的流速，m/s；而)(ocibodnDlA，其中
od是换热管外径，b
l
是折流板间距。
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3
2429541.11.1tcNN
)(ocibodnDlA
26.0)025.0242.1(6.0m
smAquomo/276.01795.092.211
5268103.21795.027025.0Re5du
根据Re=5268，查参考文献[2]，查得25.0of，
∵ 2)1(2'1obcouNnFfP
Pa29442271795.0)114(2425.05.02
2)25.3(''2oibbuDlNP
Pa22902271795.0)2.16.025.3(142
∴ ssoNFPPP)('2'1
Pa523410.1)22902944(
已知换热器壳程允许压力降为8000Pa；
PaPaPo80005234， 符合要求
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4