管道跨距规定.docx
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管道跨距规定
管道跨距规定
1总则
1.1本规定适用于石油化工生产及其附属装置中温度不超过400℃的各种保温及不保温液体和气体管道的跨距及支承系统设计。
1.2本规定规定了管道允许最大跨距和最大导向间距的确定原则和方法，并给出16种典型管段的管架配置方案供设计参考。
1.3配管设计中，可先根据管道的设计条件按本规定中规定的计算方法或图表，求出基本跨距，然后按各种管段的配置形式和载荷条件确定其相应的允许最大跨距和最大导向间距，以此作为配置管架的基本条件。
1.4配置管架除应满足本规定所规定之允许最大跨距和最大导向间距外，还需注意以下问题：
1.4.1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；
1.4.2刚性支吊架应设在沿支承方向上管道位移为零或要求为零的位置上；
1.4.3支吊架应尽可能靠近阀门、法兰及重管件，但不要对它们作直接支承，以免因局部载荷作用引起连接面泄露，或阀体因受力变形导致阀瓣卡住，关闭不严等不良后果；
1.4.4导向架不宜过分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系统的载荷；
1.4.5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。
1.5本规定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问题的管道，应按设计规定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。
1.6为使管道支承系统的设计更加合理，对比较复杂的管系宜按以下步骤配置管架：
第一步根据配管要求和初步应力分析划分管段，并确定端部固定架和必不可少的导向架位置；
第二步分析管段的载荷条件及支承要求，对各集中载荷点及支承连接点等重要部位配置管架；
第三步按本规定中所规定的允许最大跨距和最大导向间距配置其余各中间管架；
第四步对需要进行热应力和动态分析的管段，应按相应规定作必要的核算，并根据分析结果对管架位置作适当的调整；
第五步校对有关构筑物的位置及其承载能力，充分利用已有建筑构件来支承管道或作管架生根点用，以便尽量减少附加支承构件的数量，并按此要求在允许最大跨距范围内调整管架的位置；
第六步检查与相邻管道及其支承结构之间是否存在相互碰撞的情况，及有无可合并使用的管架，并根据具体情况对管架位置作出调整。
2管道基本跨距的确定
基本跨距是用于确定管段允许最大跨距的基准数据。
本规定根据三跨简支梁承受均布载荷时的强度条件和刚度条件分别以计算法和图表法规定如下：
2.1计算法
2.1.1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考虑，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，则与之相应的管道允许挠度（[f]）为：
装置内管道[f]=1.6cm，装置外管道[f]=3.8cm。
为此按刚度条件要求的管道跨距应为：
装置内（2-1a）
装置外（2-1b）
式中：
L01—装置内管道刚度条件决定的跨距，m；
L01*—装置外管道刚度条件决定的跨距，m；
I—管子扣除腐蚀裕量后的断面惯性距,cm4；
Et—管材在设计温度下的弹性模量，N/cm2；
qo—每米管道的重力（包括管子、隔热层、物料重量及其他垂直均布持续载荷），N/m。
2.1.2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其重量载荷（包括其他持续载荷）在管壁中引起的一次轴向应力不超过额定允许应力的二分之一，管道跨距应为：
（2-2）
式中：
L02，L02*—由强度条件决定的装置内及装置外的管道跨距，m；
W—管子扣除腐蚀裕量后的断面模量，cm3；
[σ]t—管材在设计温度下的额定允许应力，N/cm2；
qo—每米管道的重力（包括管子、隔热层、物料重量及其他垂直均布持续载荷），N/m。
2.1.3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（L0或L0*）。
2.2图表法
根据本规定基本跨距所需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，绘制成用于各种保温和不保温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%。
2.2.1装置内及装置外的不保温管道
不保温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可按图2.2.1-1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壁厚确定，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系数进行修正，但壁厚变化对不保温管道的基本跨距值影响不大，故一般情况下（减薄量不超过管壁厚度的30%）可不作壁厚修正。
例题：
一装置外不保温气体管道，公称管径为DN100（Ф114×4），设计温度100℃，管壁腐蚀裕量取1.5mm（0.15cm），试确定其基本跨距。
1.由图2.2.1-1中的装置外气体管道曲线查出不考虑管壁减薄影响的基本跨距为L0*=11.7m；
2.计算腐蚀裕量的壁厚修正系数
3.壁厚修正后的基本跨距为
L0*η=C1L0*=0.89×11.7=10.4m
2.2.2保温及保冷管道
保温及保冷管道的基本跨距随管道及其隔热层的条件不同，可分别受强度或刚度条件的控制。
针对工程上各种保温及保冷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，本规定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2.2.1-2～图2.2.1-7），供确定保温及保冷管道的基本跨距使用。
对装置外的管道：
图2.2.1-2管道设计温度T≤150℃；
图2.2.1-3管道设计温度T=151～300℃；
图2.2.1-4管道设计温度T=301～400℃。
对装置内的管道：
图2.2.1-5管道设计温度T≤150℃；
图2.2.1-6管道设计温度T=151～300℃；
图2.2.1-7管道设计温度T=301～400℃。
图中所用的t′/q0为保温及保冷管道的特性数值，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）；q0为每米管道的重量（包括管子、隔热层、物料重量及其他垂直均布持续载荷）（kg/m）。
一般管道可按图2.2.1-8、表2.2.1-1和表2.2.1-2计算q0值。
例题：
一装置内保温液体管道，公称管径为DN100（Ф114×6.3），材料为碳钢，设计温度345℃，管壁腐蚀裕量为1.5mm（0.15cm），保温层材料为水泥膨胀珍珠岩，厚度为150mm，试确定其基本跨距。
1.求每米管道的重量
查表2.2.1-1知Ф114×6.3管重为16.78kg/m；
查表2.2.1-8中曲线GW，得管内充水重为10kg/m;
查表2.2.1-8中曲线δ=150，得每米管道的保温层基准重量为121.5kg/m；
查表2.2.1-2取水泥膨胀珍珠岩比重为0.4。
每米管道总重量为：
qo=16.78+10+0.4×121.5=75.4kg/m；
2.计算保温管道的特性数值t′/qo
管壁计算厚度t′=0.6-0.15=0.45cm；
t′/qo=0.45/75.4=0.0060
3.查图2.2.1-7得基本跨距为：
LO≈5m
3管道允许最大跨度的确定
实际配管中，一根管道常常包括各种形式和不同载荷条件的管段。
由于它们承受重量载荷的能力各不相同，需在其基本跨距基础上分别情况确定各自的允许最大跨距值。
具体规定如下：
3.1五种基本管段的允许最大跨距。
3.1.1连续敷设的水平直管段按图3.1.1确定。
3.1.2水平弯管的允许最大外伸尺寸按图3.1.2确定。
3.1.3水平∏形管段的最大悬伸尺寸按图3.1.3确定。
3.1.4带垂直段的Z形管段，其最大允许外伸及垂直段尺寸按图3.1.4确定。
3.1.5受集中载荷的水平直管段按图3.1.5确定。
3.2由强度条件控制的带三通或其他分支连接管段，其最大允许跨距应按三通的应力集中系数作必要的调整，即：
（3-2）
式中：
Lη—考虑应力集中影响的允许最大跨距，m；
L—不考虑应力集中影响的允许最大跨距，m；
1—三通的应力集中系数，按表3.2选用
3.3对直接支承于管架构件的大直径薄壁管道（一般指大于DN400的管道）需按下式对管壁支承点作局部应力核算：
（3-3）
式中：
σatt—支承点管壁的局部应力，N/cm2；
R—管子外半径，cm；
t‘—管子扣除腐蚀裕量后的壁厚。
cm；
fA—支承反力作用于管壁的线载荷，N/cm；
fA=qo·L/1
L—管道跨距，m；
qo—每米管道的重力，N/m；
1—管壁与管架构件的支承线长度，cm；
[σ]t—管材在设计温度下的额定许用应力，N/cm2。
若不能满足式（3-3）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载荷。
4最大导向间距的确定
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、热胀推力及支承点磨擦力造成管段轴向失稳时，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最大导向间距要求。
一般宜按下列规定选用：
4.1垂直管段的推荐最大导向间距见表4.1。
4.2水平管段的推荐最大导向间距见表4.2。
5典型管段的管架配置方案及其允许最大跨距
本规定列举16种典型管架配置及其允许最大跨距方案图（见图5-1，5-2，5-3），供配管设计时参考。
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。
管子公称直径DN
图2.2.1-1装置外及装置内不保温管道的基本跨距
管子公称直径DN
图2.2.1-2装置外保温管道的基本跨距－Ⅰ（T≤150℃）
管子公称直径DN
图2.2.1-3装置外保温管道的基本跨距-Ⅱ（T=151-300℃）
管子公称直径DN
图2.2.1-4装置外保温管道的基本跨距-Ⅲ（T=301-400℃）
管子公称直径DN
图2.2.1-5装置内保温管道的基本跨距-Ⅰ（T≤150℃）
管子公称直径DN
图2.2.1-6装置内保温管道的基本跨距-Ⅱ（T=151-300℃）
管子公称直径DN
图2.2.1-7装置内保温管道的基本跨距-Ⅲ（T=301-400℃）
图8管道隔热层及充水重量
表2.2.1-1常用钢管参数表
公称直径
外径
壁厚规格
每米质量
截面积
断面模量w
断面惯性矩I
DN
（mm）
Sch
mm
（kg/m）
（cm2）
（cm3）
（cm4）
25
33.7
20s
3.2
2.44
3.07
2.14
3.61
40
3.2
2.41
3.07
2.14
3.61
40
48.3
20s
3.2
3.61
4.53
4.80
11.59
40
3.6
3.97
5.06
5.26
12.71
50
60.3
20s
3.6
5.11
6.41
8.58
25.88
40
4.0
5.55
7.07
9.34
28.18
80
88.9
20s
4.0
8.50
11.67
21.68
96.36
40
5.6
11.50
14.65
28.73
127.7
100
114.3
20s
4.0
11.04
13.86
36.94
211.1
40
6.3
16.78
21.38
54.73
312.8
150
168.3
20s
5.0
20.44
25.65
101.7
856.1
40
7.1
28.22
35.96
139.1
1170
200
219.1
20s
6.3
33.56
42.12
217.9
2387
40
8.0
41.65
53.06
270.2
2960
250
273.0
20s
6.3
42.06
52.78
344.1
4697
40
8.8
57.33
73.04
467.5
6382
300
323.9
20s
6.3
50.08
62.86
489.7
7931
40
10.0
77.41
98.61
751.0
12161
350
355.6
10s
5.0
43.88
55.07
476.1
8466
30
10.0
85.22
108.57
912.7
16228
400
406.4
10s
5.0
50.24
63.76
625.2
12704
30
10.0
97.75
124.53
1205
24482
450
457.0
10s
5.0
56.57
71.00
793.8
18139
30
11.0
120.98
154.13
1679
38356
500
508.0
10s
5.6
70.42
88.39
1098
27897
30
12.5
152.74
194.58
2353
59771
600
610.0
6.3
93.79
119.48
1785
54453
11.0
162.78
207.00
3046
92895
表2.2.1-2绝热材料比重（）
保温材料
保温材料
保冷材料
水泥膨胀珍珠岩
0.35～0.45
岩棉
0.1
泡沫玻璃
0.16～0.19
淀粉玻璃棉
0.1～0.12
水泥膨胀蛭石
0.43～0.5
聚氨酯泡沫塑料
0.04～0.06
酚醛玻璃棉
0.12～0.15
硅藻土
0.5～0.6
聚苯乙烯泡沫塑料
0.02～0.04
超细玻璃棉
0.04～0.06
硅酸钙
0.25
端部悬伸长度
最大允许跨距L
装置内
装置外
≥0.45Lo（Lo*）
1.22Lo
1.10Lo*
0.22～0.45Lo（Lo*）
Lo
Lo*
＜0.22Lo（Lo*）
0.9Lo
0.9Lo*
一端为0，另一端
大于0.22Lo（Lo*）
Lo
Lo*
说明：
确定管道基本跨距后，根据管架配置要求定出端部所需要的悬伸长度，然后按图中数据配置其余管架。
图3.1.1连续敷设的水平直管段之最大允许跨距
说明：
确定管道基本跨距后，按管架配置要求定出其中一边（A或B）的尺寸，再由图求另一边的最大允许尺寸。
如A=0.55Lo，则B≤0.37Lo。
注：
对装置外的管道，图中Lo应为Lo*值。
图3.1.2水平弯管之最大允许外伸尺寸
说明：
确定管道基本跨距后，根据配管要求定出A或B任一边的尺寸，再由图求另一边的最大允许尺寸。
如取B=0.4Lo，则A=0.29Lo。
注：
对装置外的管道，图中Lo应为Lo*值。
图3.1.3水平∏形管段之最大外伸尺寸
说明：
确定管道基本跨距后，根据配管要求定出B段尺寸，再按A、C段中任一段尺寸由图求另一段的最大允许尺寸。
如B=0.4Lo，A=0.29Lo则C＝0.18Lo。
注：
对装置外的管道，图中Lo应为Lo*值。
图3.1.4带垂直管段的Z形管段之最大允许外伸尺寸
说明：
确定管道基本跨距后，根据集中荷载P的大小（按管道长度为基本跨距的管段重量百分比计）和它与支承点的距离A，由图求最大允许跨距。
如
，A＝0.1L,则L1o≤0.78Lo。
注：
1.图中qo为包括隔热材料和物料在内的每米管道重量（kg/m）。
2.对装置外的管道，图中Lo应为Lo*值。
图3.1.5受集中荷载的水平直管段之最大允许跨距
表3.2常用三通的应力集中系数
类型
简图
应力集中系数i
尺寸系数h
焊
接
三
通
r2＞1/8D0
t2≥1.5t1
冲
压
焊
接
三
通
t2＜1.5t1
不
加
强
三
通
加加
强强
板的
或三
鞍通
板
D0-管子外径（mm）
r1-管平均半径（mm）
r2圆角半径（mm）
t1-管壁厚度（mm）
t2-圆角外壁厚（mm）
t3-加强板或鞍板厚度（mm）。
嵌支
入管
焊
接
r2≥1/8D0
t2≥1.5t1
整焊
体接
加支
强管
的
表4.1垂直管段的推荐最大导向间距（m）
管子公称直径
气体管
液体管
不保温
保温*
不保温
保温*
25（1″）
4.3
3.4
4.0
3.4
40（11/2″）
5.2
4.0
4.6
3.7
50（2″）
5.8
4.6
4.9
4.3
80（3″）
7.0
6.1
6.1
5.5
100（4″）
7.9
7.0
6.7
6.1
150（6″）
9.8
8.8
7.9
7.3
200（8″）
11.3
10.1
8.8
8.2
250（10″）
12.5
11.6
9.8
9.4
300（12″）
13.7
12.8
10.4
10.1
350（14″）
14.6
13.4
10.7
10.4
400（16″）
15.5
14.3
11.3
11.0
450（18″）
16.5
15.2
11.6
11.6
500（20″）
17.4
16.2
12.5
12.2
600（24″）
19.2
18.0
13.4
13.4
*按隔热层厚度75mm考虑，超过此厚度应适当减小导向间距值。
表4.2水平管段的推荐最大导向间距（m）
管道公称直径
最大导向间距
管道公称直径
最大导向间距
25（1″）
12.7
250（10″）
30.5
40（11/2″）
13.7
300（12″）
33.5
50（2″）
15.2
350（14″）
36.6
65（21/2″）
18.3
400（16″）
38.1
80（3″）
19.8
450（18″）
41.4
100（4″）
22.9
500（20″）
42.7
150（6″）
24.4
600（24″）
45.7
200（8″）
27.4
图5.0-1典型管段的管架配置方案之一
管径DN
B
（DN-管外径）
≤109（4″）
78DN
＞100（4″）
42DN
管径DN
B
（DN-管外径）
≤109（4″）
78DN
＞100（4″）
42DN
管径DN
B
（DN-管外径）
≤109（4″）
78DN
＞100（4″）
42DN
图5.0-2典型管段的管架配置方案之二
图5.0-3典型管段的管架配置方案之三
管径DN
B
（DN-管外径）
≤109（4″）
78DN
＞100（4″）
42DN
管径DN
B
（DN-管外径）
≤109（4″）
78DN
＞100（4″）
42DN
管径DN
B
（DN-管外径）
≤109（4″）
78DN
＞100（4″）
42DN
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