【石油化工行业标准(SH)】 石油化工管道柔性设计规范

ICS 75. 020
备案号：J232-2003
中华人民共和国石油化工行业标准SH/T3041—2002
代替SH3041-1991
石油化工管道柔性设计规范
The specification of piping flexibility design forpetrochemical industry
2003-02-09发布
2003-05-01
中华人民共和国国家经济贸易委员会实施
2一般规定·
3设计方法的确定
4计算参数的确定
5评定标准
附录A（资料性附录）钢材平均线胀系数附录B（资料性附录）钢材弹性模置附录C（资抖性附录）常用钢管许用应力附录（规范性附录）
明词说明
柔度系数和应力增强系数
SH/T3041—2002
SH/T3041—2002
本规范是根据中国石化（2001）建标字第088号文的通知，由中国石化工程建设公司对原《石油化工企业管道柔性设计规范》SHI41一91进行修订而成本规范共分 5章和4个附录：其中附录D为规范性附录，附录A、附录B、附录C为资料性附录。本规范与石油化工企业管道柔性设计规范SH3041一1991（上一版本）相比，主要变化如下：1规范名称更改为石油化工管道性设计规范多：2对原规范内穿进行了局部修改和补充。本规范在实施过程中，如发现需要修改补充之处，请将意见和有关资料提供给主编单位（地址北京市朝阳区安慧兆单安园21号，邮编：100101），以便今后修订时参考。本规范由主编单位负责解释。
本标准主编单位：中国石化工程建设公司主要起草人：马金国唐永进张发有m
1范围
石油化工管道柔性设计规范
SH/T3041—2002
本规范规定了石油化工非埋地碳素钢、合金钢及不锈钢管道的柔性设计方法、计算参数和评定标准，本规范适用于石油化工非埋地碳素钢、合金钢及不锈钢管道的柔性设计，不适用于长输管道、加热炉炉管及设备内部管道的柔性设计。2一般规定
2.1管道柔性设计应保证管逆在各种工况下具有足够的案性，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的下列问题：a)管道应力过大或金属疲劳引起管道被坏：b）管道连接处产生泄漏；
管道推力和／或力矩过，使与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d)
管道推力和或力矩过大引起管道支架破坏，2.2在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考患下列管道端点的附加位移：a)
静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；b)
转动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移：加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移：d)
储罐等设备基础沉降在连接管口处产生的附加位移：不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移。c)
2.3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、Ⅱ形、Z形等管段再进行分析计算。
2.4确定管道固定点位置时，宜使两固定点间的管段能够自然补偿。2.5首先应利用改变管道走问获得必要的柔性，但由于布置空间的限制或其他原因也可采用补偿器获得柔性。
2.6在有毒及可燃介质管道中严禁采用填料函式补偿器。2.7采用口形管段补偿时，宜将其设置在两固定点中部。2.8冷紧可降低操作时管道对连接设备或固定点的推力和力矩，但连接转动设备的管道不应采用冷紧。2.9管道采用冷紧时，热态冷紧有效系数取2/3，冷态取1。2.10在管道柔性设计中，应考虑支渠摩擦力的影响，摩擦系数应按表1选取。表1磨擦系数1
摩擦类型
滑动摩擦
滚动摩擦
接触面
钢对混凝
钩对钢
聚四氟乙烯对不锈钢
钢对铜
SH/ 3041--2002
当采用吊杆或弹簧吊架承受管道蕊载时，可不考虑摩擦力的影响。2. 11
往复式压缩机利往复泵的进出口管道除应进行柔性设计外，还应者患流件压力脉动的影响。2.12
3设计方法的确定
3.！管道柔性设计包括简化分析方法和计算机分析方法。分析方法应根据管道所连接的设备类型、管道操作温度和公称直径等设计条件确定。3.2下列管道宜采用计算机分析方法进行柔性设计：a)
操作温度大于400℃或小于-50℃的管道，进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道：进出应器的高温管道：
送出汽轮机的蒸汽管道：
逆出离心压缩机，往复式压缩机的工艺管道与离心泵连接的管道，可根据设计要求或按图1确定柔性设计方法：-240℃
计算机分析力法
简化分析方法
公称直径N
图1离心蒙柔性设计方法的选择
设备管口有特殊受力要求的其他管道：利用简化分析方法分析后，表明需要进一步详细分析的管道。h)
3.3下死管道可不进行柔性设计：a）与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道，和己分析的管道比较，确认有足够柔性的管遵，b)
204℃
149℃
对具有同-直径、同一璧厚，无支管、两端固定、无中间约束并能满足式（1）和式（2）要求的非极度危害或非高度危害介质管道，式（1）不适用于下列管道：
1）在剧烈循环条件下运行，有疫劳危险的管道：2）火直径薄壁管道（管件应力增强系数≥5)；3）不在连接固定点方向的端点附加位移量占总位移量人部分的管道；42
L/U≥2.5的不等腿“U形弯管，或近似有线的锯齿状管遵。D,
Y=Vax2 +ay?+az?
式中：
4计算参数的确定
管道外径，mm：
一管道总线位移全补偿值，m11:SH/T 3041--2002
分别为管道沿些标轴X，Y、Z方向的线位移全补偿值，mm：管道两固定点问的直线距离，m
一 管遵在两同点间的展开长度。m。4.！管道计算温度应根据工装设计条件及下列要求确定。效于无蹦热层管道：介质漏度低于65℃时，取介质温度为计算温度：介质温度等于或高于a
65℃时，取分质温度的95%为计算温度b)
对「有外隔热层管道，除另有计算或经验数据外，应取介质温度为计算温度：对下实套管道应取内管或套管个质温度的较高作为计算温度：对丁外半热管道应根据具体条件确定计算湿度；对卫管道总根据计算或经验数据确定计算温度：对于安全压管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度：逆行管道柔性设计时、不仅应考德正举操作条件下的温度，还应考虑开车、停车、除焦、再生及蒸汽咳扫等工况。
4.2陈另有规定势，管道安温度宜取20℃。4.3管道计算压力应取计筑温度对照的接件力。4.4当管道端点无附加角位移，管道线位移全补偿值应按下列公式计算。AXFAXE-AYA-AXAB
AY-AYE-YA-AYAE
AZ=AZB-AZA-AZAB
AXAR =a,(XE - XA)(T-T.)
AFA-,(IBYA(T-T)
AZAB =a,(ZZA)(T-T) J
式中:
AX、AY、AZ
AAAFA,LZA
axo、ayE、azB
AXAR.AYAB.ZAb
XA、YA、ZA
Ye* Yg. 28
分别为管道沿坐标轴X、Y、Z方向的线位移全补偿值，mm：[4
分别为管道的始端A活坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm：分别为管道的末端B坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm：分别为管道AB沿坐标轴X、Y之方向的热神长值，mm：管道材料在安装度与计算温度间的平均线膨胀系数，mm/mm℃：管道始端A的坐标值，mmt
管道不端B的坐标值，mn;
管道计算温度，C：
管道女装温度，℃。
4.5当管道活坐标轴X、Y、Z方问的冷紧比不同时，每个方向的冷紧值应根据该方向的冷紧比进行计算。
SH/T3041—2002
当管道上有几个冷紧口时，沿坐标轴X、Y、乙方向的冷紧值分别为各冷紧口在相应坐标轴力向冷紧体的代数和。
4.6钢材平均线膨胀系数可参照附录A选取：4.7钢材弹性模盘可照附录B选取。4.8计算二次应力范围时，臂材的弹性模应取安装温度下钢材的弹性模量。5评定标准
5.1常钢管材料的许用应力可参照附录C选取。5.2管道由于热胀、冷缩和其他位移受约束而产生的二次应力范围不得大于按下式计算的许用应力范围。
[e J = f(1. 25[-\ + 0. 25fo1)式中;
管道材料的许用应力范围，MPa：管道材料在安装温度下的许用应力，MPa：一管道材料在计算摄度下5的许用应力，MPa在预计寿命内，考循环总次数影痫的许用应力范国的减小系数，按表2选取。表2许用应力范围的减小系数于值循环次数
>7 000--14 (00
>14 000-22 000
>22 (000~-45 000
≥45 000~100 000
≥100 000 ~200 000
200000~700000
>700. 000 ~1 010 (00
5.3当计算的应力范围不能满足第5.2条的要求、且内乐和外部持续荷载产生的一次纵向应力，低于[时，允许将[]与,的差值加在许用应力范围中，以扩大二次应力的许用范围。在此情况下,许用应力范围应按下式计算。
[,] =f 1. 25 0] +[-1'] -o1
式中：
一由内压和外部持续荷载产生的一次纵向应力，MPa。. (6)
5.4对弯头、三通等连接处应考患柔度系数和应力增强系数，并按附录D计算。三通的柔度特性与其肩部结构有关，选用三通附应予以考虑。5.5为保证法兰连接的可靠性，法兰设计压力不应小于按下列公式确定的数值。Pfu = P+ Pes
-16M+4F
式中：
法兰设计压力，MPa:
管道设计压力，MPat
SH/T 3041--2002
曾道操作时，作用在法兰连接处的弯矩和轴向力的当量压力，MPa:1
管道操作时作用在法兰连接处的弯矩，N·mum垫片压紧力作用中心直径，mm：管道操作时作用在法兰连接处的轴向力（N）。在计算中只考虑使管遵受拉伸时的轴向力，当轴向力使管道受压缩时，取F-0。5.6管道作用在设备或固定点上的推力和力矩应按下列原则计算：按热胀、冷缩、端点附加位移、有效冷紧、自重和支吊架反力等条件计算管道工作状态下的a
推力和力矩：
b）按冷紧，自重和支吊架反力等条件计算冷态下的推力和力矩：c）对于无中问约束的两端固定的管道，其推力和力矩的瞬时最大值可按下列公式计算：R
R，=CR或R-C,R（取其中最大值）G =).5
式中：
在最高或最低计算温度下的瞬时最大推力（N）或力矩（N·m）：按余补偿值及E。为基础计算的推力（N）或力矩（N·m）C — 冷紧比,无冷紧时 C=0: 100%冷紧时 C=1. 0;Ea
安装温度下管道材料的弹性模量，MPa：一最高或最低计算温度下管道材料的弹性模量，MPa；R安装温度下的估计瞬时推力（N）或力矩（N·㎡)：C—钴计的自均衡系数：
管道由于热胀冷缩利其他位移产生的二次应力，MPa。(9)
- (10)
5.7设备管口的允许推力和力矩应由制造厂提山，当制造无数据时，可按下列规定进行核算。离心泵管口的允许推力和力矩应符合AP【610的规定：a)
蒸汽轮机管口的允许推力和力矩应符合NEMASM23的规定：b)
离心压缩机管口的允许推力和力矩应符合API617的规定：d)
空冷器管口的充许推力和力矩应符合AP1661的推荐值。5.8加热炉接管的允许推力和力矩应符合下列要求：a）加热炉接管的允许推力利力矩应由加热炉设计单位确定：b）加热炉接管的位移应由加热炉设计单位提出。5.9压力容器管口的允许推力和力矩应由压力容器设计单位提出，否则，管道施加在压力容器的力和力矩应由压力容器设计单位确认。5
SH/T3041-2002
附录人
（资料性附录）
钢材平均线膨胀系数
表A，1给出了钢材平均线膨胀系数。表A.1钢材平均线膨胀系数
在下列温度与20℃之问的乎均线膨胀系整，10-\mm/mm温度
碳素钢
碳钼钢
低铬铝锯
（至Cr3Mo）
中铬钼钢
(Cr6Mo-CrgMu)
奥氏体不锈钢
(Cr18Ni9Cr19Ni14)
高铬钢
iCrl3~Cr17)
Cr26Ni20
轰B.上给出广材弹性模量。
碳素钢
(C≤0.3%)
（资料性附录）
钢材弹性模量
表B.1钢材弹性模量
弹性模量，10\MPa
低铬铅钢
（至Cr3Mn）
中铭销树
(Cr5Mo--Cr9Mo)
SH/T 3041—2002
奥氏体不锈钢
至Cr25Ni20>
(Cr13~Cr17I
表，1给出了碳素钢匍管的许川应力。C.1
（资料性附录）
常用钢管许用应力
碳素钢钢管许用应力
常温强度指标
焊接钢管
0235.A、H
无继钢管
钢管标摊
GB/114980
G3/T13793
G+/T13793
GB9948
136479
GR/8163
GD3087
GB/TB163
GB30B7
GB9948
GB5310
便用状态
热轧、
热轧、
热乳、
热乳、
热乳、
150200
在下列渴度（）上的许用成
450475
500625
575600
SH/T 3041-2002
钢管标滩bzxZ.net
使而求您
表℃1【续】
带温强度指标
注：中间温度的许用应力，按本表的应力值拍内插法求得。.20
碳素钢钢管许用应力
准下刻温度（）下的许而成力
30013501401)
，GR12771、GB13793、B145180)焊接销管的许用应力，未计入烨接接头系数，采用时以考患。，使用温度的上限不宜超过机线的界限，扭线以1:的数值仪用十特殊条件或短期使用。使用温度下凝为-20℃的材料，宜在大于-20纲条料下使用。不带做低激韧性试验。125
4504755心心526
5756150
SH/T 3041 -2002
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