石油化工装置管道跨距设计技术规定.doc

1、中国石化集团 公司标准 石油化工装置管道跨距设计 技术规定 40B2261997 代替: 40B22690 第1 页共 25 页 谢林章李苏秦萧风芝张彬文1997-06-301997-07-15 编制校审标准化审核审定发布日期实施日期 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

2、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

3、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 第 2 页 共 25 页04B226 1997 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 3.8

4、cm. L01=0.2124 qo IEt (1-a) L01*=0.2654 qo IEt (1-b) 式中： L01一装置内管道由刚度条件决定的跨距，m; L01*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)， cm4； Et一管材在设计温度下的弹模量(见 40B2011997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

5、向应力不起过额定许用应力的二分之一。 L02=(L02*)=0.626 qo tW (2) 式中：L02L02*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),cm3； 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

6、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/D0.1)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， 40B2261997第 3 页共 25 页 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

7、。 例题：一装置外气体不隔热管道，公称管径为 DN100(1146)，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 Lo*=11.7m； b)计算腐蚀裕量的壁修正系数 C1=46 . 0/15. 06 . 04/tct0.931 c)壁厚修正后的基本跨距为 Lo=C1Lo*=0.93111.7=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

8、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： 图 2 一管道设计温度 T150; 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 T150 ； 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

9、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(114X6)，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114X6 管质量为 15.973kg/m； 查图 8 中曲线 GW 得等内充水质量为 8kg/m； 第 4 页 共 25 页04B226 1997 查图 8 中曲线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

10、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：Lo=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

11、平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： LL/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： att=1.76 tR/ t fA 0.5t(4) 式中

12、： att 一支承点管壁的局部应力， MPa: 40B2261997第 5 页共 25 页 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 L 一管道跨距， m; qo 一每米管道的质量， kg/m； B 一管壁与管架构件的支承线长度，cm ; 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

13、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 142，图 143)，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。 第 6 页 共 25 页04B226 1997 表 1常用钢管参数表 公称直径 DN

14、 外径壁厚 Dot 每米质量 qo(kg/m) 载面面积 A(cm)2 惯性矩 I(cm)4 断面系数 W (cm)3 管子表号 25 343.5 344.5 2.63 3.27 3.4 4.2 3.9 4.8 2.3 2.7 Sch40 Sch80 40 484 485.0 4.34 5.30 5.53 6.8 12.2 15.6 5.1 6.5 Sch40 Sch80 50 603.5 604.0 605.5 4.874 5.521 7.389 6.2 7.0 10.2 24.9 27.7 35.2 8.3 9.2 11.8 Sch20s Sch40 Sch80 80 894.0 895.

15、5 897.5 8.381 11.320 15.067 10.7 14.4 19.2 96.6 126.2 160.7 21.7 28.4 36.1 Sch20s Sch40 Sch80 100 1144.0 1146.0 1148.5 10.846 15.973 22.104 13.8 20.4 28.2 209.2 297.6 394.6 36.7 52.2 69.2 Sch20s Sch40 Sch80 150 1685.0 1687.0 16811.0 20.089 27.779 42.509 25.6 35.4 54.3 850.7 1148.8 1079.0 101.3 136.8

16、 199.9 Sch20s Sch40 Sch80 200 2196.5 2198.0 21913 34.046 41.608 66.010 43.4 53.0 84.1 2450.4 2953.9 4478.3 223.8 269.8 409.0 Sch20s Sch40 Sch80 250 2736.5 2739.5 27315 42.698 61.703 95.392 54.4 78.6 121.6 4831.7 6830.8 10145.1 354.9 500.4 743.2 Sch20s Sch40 Sch80 300 3256.5 32510.0 51.65 77.644 65 9

17、9.0 8250.5 12280.3 507.7 755.7 Sch20 Sch40 350 3568.0 35611 68.65 93.58 87.42 119.16 13247 17756 744.2 997.5 Sch20 Sch40 400 4068.0 40613 78.52 125.99 99.98 160.42 19814 31021 976.1 1528.1 Sch20 Sch40 450 4578.0 45714 88.58 152.94 112.79 194.74 28446 47845 1224.9 2093.9 Sch20 Sch40 500 5089.5 50815

18、116.78 182.36 148.7 232.2 46231 70647 1820.1 2781.4 Sch20 Sch40 40B2261997第 7 页共 25 页 550 5599.5 55917 128.36 227.22 163.9 289.3 61918 106398 2215.3 3806.7 Sch20 Sch40 600 6109.5 61018 140.68 262.78 179.1 334.6 80804 146791 2649.3 4812.8 Sch20 Sch40 表 2隔热材料相对密度（d）表 隔热材料名称相对密度， d备注 岩棉隔热带0.20.25 岩棉隔热板

19、和管壳0.10.2 岩棉隔热毡0.080.15 沥青矿棉0.10.12 酚醛矿棉0.080.15 中级纤维淀粉玻璃棉0.10.13 中级纤维酚醛树脂玻璃棉0.120.15 中级纤维沥玻璃棉0.0750.135 超细棉无脂毡和缝合毡0.040.06 超细棉树脂制品0.060.08 硅酸铝耐火纤维（陶纤）0.150.2 水泥珍珠岩制品0.350.4 水玻璃珍珠岩制品0.20.3 沥青珍珠岩制品0.20.3 僧水珍珠岩制品0.3 耐高温珍珠岩制品0.2270.342 微孔硅酸钙0.20.25 石棉绳0.590.73 闭孔型泡沫玻璃0.160.2 硬质聚氨脂泡沫塑料0.030.05 软质聚氨脂泡沫塑料

20、0.030.042 聚苯乙烯泡沫塑料0.020.04 硬质聚氯乙烯泡沫塑料0.04 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。 第 8 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 9 页共 25 页 第 10 页 共 25 页04B226 1997 表 4垂直管段的推荐允许导向间距 管子公称直径 （mm ） 气体管液体管 不隔热隔热不隔热隔热 254.33.44.03.4 405.24.04.63.7 505.84.64.94.3 807.06.16.15.5 1007.97.06.76.1 1509.88.87.97.3 20011.310.18.88.2

21、25012.511.69.89.4 30013.712.810.410.1 35014.613.410.710.4 40015.514.311.311.0 45016.515.211.611.6 50017.416.212.512.2 60019.218.013.413.4 表 5水平管段的推荐允许导向间距 管道公称直径 （mm） 允许导向间距 （m） 管道公称直径 （mm） 允许导向间距 （m） 2512.725030.5 4013.730033.5 5015.235036.6 6518.340038.1 8019.845041.4 10022.950042.7 15024.460045.7

22、 20027.4 40B2261997第 11 页共 25 页 第 12 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 13 页共 25 页 第 14 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 15 页共 25 页 第 16 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 17 页共 25 页 第 18 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 19 页共 25 页 第 20 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 21 页共 25 页 第 22 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 23 页共 25 页 第 24 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 25 页共 25 页 第 26 页 共 25 页04B226 1997 40B2261997第 27 页共 25 页 公公司司标标准准 标准编号：40B2261997 石油化工装置管道跨距 设计技术规定 19970630 发布19970715 实施 中 国 石 化 集 团 发 布 目次 1范围 1 2管道跨距和支吊架的设置1 3管道基本跨确定1 4管道允许跨距的确定4 5管道允许导向间距的确定5 6典型管段的管架配置方案及其允许跨距 5