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第一章 绪论1

第一节 配管设计工业管道应力分析的概念1

一、工业管道（配管）设计的概念1

二、应变与应力1

三、笛卡尔（Descartes）坐标系3

四、管道的变形3

五、管道应力的分类与比较6

六、管道应力分析中的薄壁假设8

第二节 工业管道应力分析过程8

一、工业管道应力分析的目的8

二、管道应力分析的主要内容——静应力分析和动应力分析9

三、管道静力分析与动力分析的关系10

四、管道应力分析的工作程序和任务10

五、国外某些大中型工程项目工业管道计算机应力分析程序12

六、国外某些大中型工程项目应力分析设计文件组成13

七、使用计算机软件3D模型做管道布置设计的详细应力分析流程图13

第三节 确定需要详细应力分析的管道14

一、详细应力分析的概念14

二、GB 50316对管道柔性计算的范围和方法的规定14

三、ASME B31.3和ASME B31.1对管道柔性计算的范围和方法的规定14

四、SH 3041对管道柔性计算范围和方法的规定16

五、HG/T 20645对管道柔性计算和应力计算的规定16

六、GB/T 20801对埋地管道应力分析的规定17

七、某炼油工程管道应力分析设计方法的工程应用17

第四节 工业管道安全评定21

一、ASME B31系列标准的管道应力校核准则21

二、GB系列标准的管道应力校核准则22

三、ASME B31.3二次应力校核准则公式推导分析24

四、GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3中二次应力校核条件的比较25

五、ASME B31.3应力范围校核的替代方法25

六、工业管道作用于设备管口的应力安全评定标准规范26

七、ASME B31.1和ASME B31.3的不同点26

八、某管线跨热电、化工和炼油区域安全评定分界工程实例28

第五节 工业管道的物理特性理论28

一、线膨胀系数（Thermal Expansion Coefficient）28

二、弹性模量（Modulus of Elasticity）28

三、泊松比（Poisson Ratio）28

四、柔度系数（Flexibility Factor）和应力增强系数（Stress Intensification Factor）29

五、焊接系数29

六、蠕变和应力松弛29

七、四种强度理论29

八、弹性变形和塑性变形30

九、弹性体的应力与虎克定律30

第六节 工业管道应力分析常用标准规范31

一、国家标准规范31

二、石油化工行业标准规范31

三、机械行业标准规范31

四、化工行业标准规范31

五、电力行业标准规范31

六、美国机械工程师协会标准规范31

七、美国石油工程协会标准规范32

八、NEMA标准规范32

九、MSS标准规范32

十、英国标准规范32

第二章 计算机辅助应力分析软件33

第一节 计算机辅助应力分析综述33

一、计算机辅助应力分析遵循特点与假设33

二、计算程序流程33

三、计算机辅助应力分析使用注意事项33

四、一些应力分析中需要注意的边界条件34

第二节 管道应力分析计算机软件AutoPIPE35

一、AutoPIPE简介35

二、AutoPIPE软件的应用35

三、模型初始化参数输入35

四、模型构件的建模36

五、模型分析和计算类型40

六、输出结果及安全评定42

第三节 管道应力分析计算机软件Caesar Ⅱ45

一、Caesar Ⅱ简介45

二、Caesar Ⅱ软件的优缺点45

三、参数输入及建模45

四、程序运行50

五、输出结果及安全评定51

六、使用过程中注意的问题54

第三章 工业管道系统静力分析56

第一节 工业管道系统静力分析基本方法56

一、管道系统静应力的复杂性56

二、静力分析方法的发展趋势56

三、近似计算法、图表法、矩阵解析与计算机辅助分析法56

四、快速管道应力分析方法57

第二节 管道系统的热膨胀57

一、管道系统的热膨胀的产生57

二、管线的热胀量57

三、热膨胀的应力58

四、空间管道的膨胀量与推力59

五、塔顶部管口的热膨胀量的确定59

第三节 工业管道柔性设计（静力分析）原理及评定标准60

一、工业管道柔性的概念60

二、工业管道柔性设计的目的61

三、工业管道柔性设计的原理61

四、管道柔性设计计算方法分类62

五、表算法应用范围62

六、弹性中心法应用范围62

七、应变能微分法应用范围63

八、等值刚度法应用范围63

九、追赶位移法应用范围63

十、原始参数位移法应用范围63

十一、有限单元法应用范围63

十二、管材许用应力63

十三、管道柔性设计计算结果应包括内容63

十四、管道柔性设计评定标准64

十五、管道作用在设备或固定点上的推力和力矩计算原则65

十六、影响管道柔性的因素65

十七、增加管道柔性的方法67

十八、通过管道空间走向增加柔性67

十九、变换设备管口连接方向和使用设备管口柔性管件增加柔性67

二十、使用弹簧支吊架增加柔性68

二十一、管道柔性元件增加柔性68

二十二、减少管道摩擦力增加柔性68

二十三、增加柔性时对冷紧、设备膨胀、不均下沉等因素的考虑69

二十四、管道柔性设计中支架摩擦力的影响69

二十五、管道柔性设计时应考虑管道端点的附加位移69

二十六、计算机柔性设计计算要点69

二十七、静应力分析与柔性设计的关系71

二十八、应力集中（Stress Concentration Factor）问题71

二十九、高温管道，用较厚的管子代替较薄的管子时应注意的问题71

三十、某工程两设备间管道柔性布置实例71

三十一、SH/T 3041《石油化工管道柔性设计规范》与ASME B31.3对柔性分析和疲劳评定的比较72

第四节 管道柔性设计时计算温度的确定73

一、计算温度与计算压力的概念73

二、GB 50316对计算温度的规定73

三、SH/T 3041对计算温度的规定74

四、HG/T 20645对计算温度的规定74

第五节 管道柔性设计工作程序74

一、确定管道的基础条件74

二、管系的柔性设计程序75

第六节 工业管道的补偿器类型及布置76

一、自然补偿器76

二、波形补偿器77

三、套管式或球形补偿器78

四、金属软管的设计及工程应用79

第七节 冷紧83

一、冷紧的概念83

二、冷紧与一次应力和二次应力的关系83

三、冷紧比的概念83

四、冷紧的设计原则83

五、自冷紧的概念83

六、冷紧比的概念83

七、冷紧的设计84

八、冷紧或自冷紧时管道对固定点的推力计算84

九、冷紧的施工86

十、某石化工程外管廊高压蒸汽管道冷紧的应用86

第八节 自然补偿器的设计与计算87

一、管线热补偿设计的注意事项87

二、弹性的概念87

三、L形管系长臂与短臂的补偿设计88

四、L形补偿器短臂长度的计算——公式法与图表法88

五、Z形补偿器垂直臂长度的计算——公式法90

六、凝结水管道П型自然补偿器的柔性设计方法举例91

七、自然补偿设计需要考虑热胀的管线91

八、必须使用非弯管补偿器的情况92

九、自然补偿设计时管托长度的设计92

十、固定点（指较长距离的管线上的固定点）的选择92

第九节 塔管道的柔性设计93

一、两塔管口处于同一标高时自然补偿的管道布置设计93

二、两塔管口标高不同时自然补偿的管道布置设计94

三、三个抽出口或三个进料口的管线自然补偿设计95

四、塔底管线柔性设计95

五、塔侧进线的柔性设计95

六、避免塔顶自然补偿弯95

七、从塔顶下来管道的柔性设计95

八、塔管道与邻近设备连接时柔性分析应考虑的因素及一般过程95

第十节 立式设备管道的柔性设计96

第十一节 换热设备管道的柔性设计97

一、换热器管道的柔性设计97

二、空冷器管道的柔性设计97

第十二节 再沸器管道的柔性设计97

一、再沸器支腿长度的决定因素97

二、可滑动再沸器的柔性设计97

三、尽可能不用波纹管（Bellows）缓和再沸器的热应力98

四、两个对称再沸器管道柔性的设计98

五、再沸器与塔连接情况的应力分析100

六、某卧式再沸器与塔管道的典型柔性连接101

第十三节 泵管道的柔性设计102

一、泵管道的柔性设计要点102

二、泵吸入管道的柔性设计102

三、竖直泵管道的柔性设计102

四、水平泵（冷却水泵）管道的柔性设计103

五、蒸汽透平管道的柔性设计103

第十四节 加热炉管道的柔性设计103

第十五节 安全阀管道的柔性设计104

一、蒸汽安全阀管道的柔性设计104

二、非蒸汽安全阀的柔性设计105

第十六节 排放竖管的柔性设计105

一、小排放竖管（V.S.S，Vent Stack Small）的柔性设计105

二、大排放竖管（V.S.L，Vent Stack Large）的柔性设计105

第十七节 蒸汽消音器管道的柔性设计106

第十八节 罐区管道的柔性设计106

一、罐区围堰内管道的柔性设计106

二、常压罐区泵吸入口管道的柔性设计106

三、柔性软管和管道系统的柔性设计107

四、某工程球罐管道的柔性设计107

五、消防泡沫液体罐管道的柔性设计107

第十九节 管廊上管道的柔性设计108

一、管廊上管道自然补偿固定架和导向架与柔性设计108

二、管廊上管道波纹补偿固定架和导向架与柔性设计108

三、管廊上管道П形自然补偿形式的优劣比较109

第二十节 两端固定的无分支管系柔性简化计算109

一、简化计算方法109

二、计算内容及结果修正111

三、П形自然补偿器设计工程经验数据查询表（含尺寸及应力）111

第二十一节 膨胀节标准体系114

一、波纹管膨胀节常用标准114

二、标准的适用范围对比115

三、膨胀节的结构形式比较115

四、不同标准膨胀节的设计准则117

五、不同标准稳定性设计的区别117

第二十二节 波形膨胀节应用事故分析118

一、膨胀节的选型错误118

二、旧蒸汽管线的改造118

三、波形膨胀节选材错误118

第二十三节 金属波纹管膨胀节的选型与计算119

一、金属波纹管膨胀节的概念和作用119

二、金属波纹管膨胀节技术的发展119

三、波纹膨胀节的附件119

四、金属波纹管膨胀节的分类120

五、各种金属波纹管膨胀节的结构分析及适用场合121

六、金属波纹管膨胀节的选型及计算124

七、膨胀节型号表示方法126

八、EJMA与ASME不同之处127

九、金属波纹管压力推力及固定支架作用力的计算127

十、金属波纹管膨胀节选用中应注意的问题129

十一、波纹管膨胀节的材质选用131

十二、金属波纹管膨胀节在安装和使用中应注意的问题131

十三、波纹管的稳定性概念132

十四、直埋式波纹补偿器的设计133

十五、波纹管补偿器的失效、设计疲劳寿命及可靠性134

十六、某化工项目工程DN2000波纹管事故分析136

第二十四节 波纹膨胀节选型的工程应用136

一、单式膨胀节吸收管线轴向膨胀实例137

二、复式膨胀节吸收管线轴向膨胀实例137

三、膨胀节吸收带支管的管线的轴向膨胀实例138

四、膨胀节吸收具有异径管的管线的轴向膨胀实例138

五、包含Z形管段的管线上使用膨胀节的方法实例138

六、弯管压力平衡式膨胀节吸收管线轴向膨胀实例138

七、直管压力平衡式膨胀节吸收长的直管段上的轴向位移实例139

八、弯管压力平衡式膨胀节吸收汽轮机、泵、压缩机等设备的热膨胀实例139

九、单式膨胀节吸收轴向与横向组合位移的典型实例139

十、万能式膨胀节在Z形管道的中间管臂的应用140

十一、存在轴向与横向组合位移的场合使用弯管压力平衡式膨胀节实例141

十二、管道转角不等于90°时使用弯管压力平衡式膨胀节实例141

十三、工艺设备管口处弯管压力平衡式膨胀节实例141

十四、横向位移较大时使用万能压力平衡式膨胀节的实例142

十五、双铰链系统吸收单平面Z形弯管的主要热膨胀实例142

十六、单平面Z形弯管中的三铰系统实例142

十七、弯管角度不等于90°时使用铰链式膨胀节的实例142

十八、连接设备也产生平面位移时铰链式膨胀节的应用实例143

十九、设备与管道连接系统中应用铰链膨胀节的实例143

二十、万向铰链式膨胀节工程应用实例143

二十一、乙烯装置大口径火炬管道的波纹补偿器的设计工程应用144

第二十五节 波纹管膨胀节的刚度和应力分析144

一、波纹管单波轴向刚度144

二、U形波纹管膨胀节的稳定性145

三、U形波纹管膨胀节的疲劳寿命计算145

四、波纹管的自振频率与共振防治145

第二十六节 膨胀节管系支架的设计及受力计算146

一、符号说明146

二、膨胀节的位移147

三、膨胀节所受的力和力矩148

四、固定管架的受力计算148

五、膨胀节管系导向管架148

六、膨胀节管系其他管道支架149

七、几种典型管道布置方式的膨胀节选型及其管架推力计算149

第二十七节 膨胀节性能测试153

一、试验目的及规则153

二、耐压试验153

三、气密试验155

四、应力测定155

五、刚度测定155

六、稳定性试验156

七、疲劳试验157

八、膨胀节的爆破试验157

第二十八节 容器管口允许受力（力矩）与分析158

一、设备管口的允许推力和力矩的概念158

二、影响容器管口受力的因素158

三、静设备容器管口许用荷载158

四、Sam Kannappan容器管口弯曲刚度计算159

五、容器管口弯曲刚度计算实例159

六、没有考虑容器沉降造成管口受力超限法兰泄漏事故实例160

第二十九节 离心泵管口允许受力（力矩）与分析160

一、离心泵分类160

二、离心泵典型外形图161

三、泵管道应力的简单分析和详细分析方法的确定162

四、泵口的允许受力（力矩）162

五、离心泵接管管道应力计算机分析要点164

六、减小泵口受力的有效途径164

七、离心泵管道的柔性设计实例165

八、卧式泵泵口受力计算准则166

九、立式泵泵口受力计算准则167

十、泵的柔性分析与管架设置工程应用实例167

第三十节 空冷器管口允许受力（力矩）与分析170

一、典型空冷器布置类型170

二、空冷器管口的允许受力（力矩）170

第三十一节 离心式压缩机管口允许受力（力矩）与分析171

一、典型离心式压缩机的布置171

二、离心式压缩机管道应力分析171

第三十二节 加热炉管口允许受力（力矩）与分析172

一、典型加热炉布置类型172

二、加热炉管口的允许受力（力矩）172

第三十三节 蒸汽透平和汽轮机管口允许受力（力矩）与分析173

一、NEMA SM23对汽轮机管口受力的限制173

二、汽轮机和离心式压缩机管道的柔性设计174

三、管道法兰与转动机器法兰之间的间距、平行度和同轴度的要求175

第三十四节 某厂动力管道应力分析175

一、基本概况175

二、一次应力校核176

三、二次应力校核176

第三十五节 高压管道的应力分析177

一、高压管道的概念177

二、ASME B31.3内压作用下直管壁厚的计算177

三、高压管道应力的校核条件177

第三十六节 夹套管的应力分析178

一、夹套管的结构178

二、HG/T 20645蒸汽夹套管端板强度的计算方法178

三、HG/T 20645蒸汽夹套管端板强度的计算要求180

四、利用计算机进行夹套管应力分析的注意事项182

五、某国外项目的夹套管的应力分析182

第三十七节 埋地管道的应力分析183

一、埋地管与工艺管道应力分析的区别183

二、埋地管垂直荷载的计算183

三、埋地管道的摩擦力186

四、直埋供热管道的一次应力、二次应力和峰值应力187

五、埋地管道应力分析应用实例189

第三十八节 衬里管道的应力分析190

一、衬里管道的结构190

二、衬里参数控制应力分析法190

三、当量计算应力分析法190

第三十九节 标准法兰等级的校核192

一、工业装置管道法兰等级校核的原因192

二、HG/T 20645管道法兰等级校核的计算方法192

三、HG/T 20645管道法兰等级校核的计算要求193

四、某石化工程项目标准法兰等级校核计算工程应用194

第四章 管道系统动力分析195

第一节 管道的防振设计195

一、工业管道的振动来源195

二、属于振动管道的工业管道195

三、容易发生管道振动的部位195

四、管道防振方法概述196

第二节 振动设计的基本术语197

一、振动（Oscillation）和脉动（Pulsation）197

二、振动周期197

三、振动频率197

四、角频率197

五、振幅197

六、自由度197

七、振动形式197

八、阻尼振动197

九、共振197

十、振幅倍率197

十一、自由振动、受迫振动和自激振动197

第三节 往复式压缩机的抗振设计198

一、往复式压缩机的振动原因198

二、往复式压缩机管道振动的控制标准200

三、往复式压缩机管道气体压力脉动和管道振动的允许值200

四、往复式压缩机的动不平衡而引起机身与管道的振动202

五、往复式压缩机的间歇吸气和排气而引起的气柱振动203

六、往复式压缩机气柱的压力脉动及其动能变化而激起的管道振动208

七、往复式压缩机管道的振动而引起的与其相连支撑件的振动212

八、往复式压缩机管道振动设计的要点213

九、往复式压缩机振动问题分析工程实例一（某合成气压缩机振动问题及其处理）214

十、往复式压缩机振动问题分析工程实例二（某厂压缩机入口管线减振分析）215

第四节 往复泵管道的抗振设计217

一、往复泵管道系统振动及原理217

二、往复泵管道系统振动原因分析和措施217

三、往复泵管道振动的控制标准220

四、往复泵管道振动的设计实例221

第五节 两相流介质引起管道振动分析及设计222

一、两相流介质呈柱塞流时引起管道振动的分析222

二、两相流介质呈柱塞流时引起管道振动的设计223

第六节 水锤引起管道振动分析及设计223

一、水锤的概念223

二、工程项目水锤事故实例223

三、水锤引起的管道振动因素分析224

四、长输管道的水锤分析224

五、水锤荷载的计算225

六、阀门开关发生水锤的条件及不平衡力的计算226

七、水锤的缓和对策227

八、某工程蒸汽管道水锤问题分析实例228

第七节 介质涡流引起管道振动分析及设计228

一、管道涡流振动的原因228

二、管道涡流振动的处理229

第八节 转动机械动不平衡引起管道振动分析及设计229

一、转动机械动不平衡引起管道振动分析229

二、某炼油工程转动机械动不平衡引起管道振动实例229

三、转动机械动不平衡引起管道振动的设计思路229

第九节 风荷载引起管道振动分析与设计230

一、风载引起的管道振动分析230

二、风载引起的管道振动的设计230

第十节 地震引起管道振动分析及设计230

一、地震荷载的特点230

二、地震引起管道振动的设计230

第十一节 管道的低循环疲劳破坏及设计231

一、管道材料发生疲劳破坏的特点231

二、疲劳寿命的估算231

三、低循环疲劳破坏与机械振动的差别232

四、避免低循环疲劳破坏的设计232

第十二节 管道阻尼器在防振设计中的应用232

一、阻尼器的定义232

二、管道阻尼器主要功能233

三、液压阻尼器233

四、脉动阻尼器234

第十三节 弹簧减振器在防振设计中的应用235

一、弹簧减振器235

二、弹簧减振器的选型设计235

第五章 工业管道抗震设计237

第一节 地震概念简述237

一、震源237

二、震中237

三、震中距237

四、震中区237

五、震源深度237

六、地震波237

七、地震震级238

八、地震烈度238

九、基本烈度和设防烈度242

十、中国地震烈度区划图242

第二节 地震中管道的损坏243

一、地上管道地震中管道损坏的特点243

二、地下管道地震中管道损坏的特点244

三、地震烈度与管道损坏程度244

四、管道工程的震害实例244

五、地震中管道破坏的原因245

六、地震对管道工程本身造成的震害245

第三节 地震对管道的作用效应246

一、撞击作用——倒摆振动现象246

二、压密作用——不均匀沉降247

三、斜坡作用247

四、地基效应248

五、鞭击效应248

六、破裂作用249

七、抛掷效应（作用）249

八、强震地面效应的主要类型和特征249

第四节 工业管道抗震设防的目标和设计范围250

一、工业管道抗震设防的目标250

二、工业管道抗震设防的设计范围250

第五节 管道工程抗震设计的基本原则250

一、选择有利场地251

二、合理规划布局251

三、管系均匀分布251

四、结构的整体性251

五、减轻管道自重与降低管道重心251

六、保证施工质量251

七、管线远离地震断层带，不应平行于断层251

八、布置成多回路、环状管网251

九、防止位移措施252

十、抗震消能措施252

十一、其他措施253

第六节 管道地震的设计与验算253

一、管道地震荷载的计算253

二、GB 50316和ASME B31.3对管道地震荷载的规定253

三、按SH/T 3039应进行抗震验算的管道254

四、管道抗震验算应如何进行254

五、水平地震力和地震弯矩的计算254

六、管道柔性设计和防震设计的关系256

七、抗震的设计应注意的问题256

第六章 工业管道荷载计算257

第一节 荷载组合准则257

一、工业管道荷载的内容257

二、恒荷载和活荷载258

三、静力荷载和动力荷载258

四、支吊架零部件对不同组合荷载的设计258

五、最不利组合设计原则259

六、支吊架结构荷载效应组合的工况259

七、管道荷载条件依据的资料260

八、考虑承载的一般原则260

九、埋地管道荷载组合260

第二节 基本荷载的确定261

一、管道荷载计算的必要性261

二、工业管道荷载计算的常用方法261

三、单位长度管道的自重的计算262

四、单位长度管道的隔热材料重量的计算262

五、单位长度管道内的介质重量的计算262

六、单位长度管内充水重量的计算262

七、美国标准规范管道材料重量计算简化公式263

八、正常操作与水压试验时基本荷载的计算263

第三节 基本荷载的分配264

一、水平直管无集中荷载264

二、带有集中荷载的水平直管264

三、带有阀门等集中荷载的水平管道基本荷载264

四、带有垂直段管道的集中荷载265

五、垂直管道的集中荷载265

六、L形垂直弯管266

七、水平弯管（弯管两段接近相等）266

八、水平弯管（弯管两段不相等）266

九、带分支的水平管（分支在同一平面）267

十、带分支的水平管（分支在同一平面，带有垂直管段）267

十一、水平门形管道（水平单支点）267

十二、水平门形管道（水平双支点）267

十三、垂直管道垂直荷载计算268

第四节 支架上荷载的计算268

一、石油化工管廊上工业管道的一般分布268

二、管廊上均布荷载的计算方法268

三、侧纵支梁上均布荷载的计算方法268

四、管道支吊架垂直荷载计算269

五、管道荷载计算工程应用270

第五节 短时间作用荷载的计算273

一、短时间作用荷载不同时计入原则273

二、风荷载和地震荷载的计算273

三、GB/T 20801对风荷载的计算276

四、冰雪荷载的计算279

五、积灰荷载279

六、平台上活荷载的计算和实例279

七、其他短时间作用荷载的计算279

第六节 安全阀排气反作用力的计算280

一、安全阀的开式系统与闭式系统280

二、API RP520安全阀气体泄放反作用力的计算280

三、API RP520安全阀两相流泄放反作用力的计算280

四、密闭系统和开放系统安全阀反力的计算281

第七节 消音器反力计算282

一、消音器水平推力的计算282

二、某大型工程消音器管道支吊架设计及工程应用284

第八节 水平荷载的计算285

一、管道水平荷载的产生285

二、位移荷载的计算285

三、摩擦力的计算286

四、L型、Z型自然补偿热应力计算公式287

五、T型自然补偿热应力计算289

六、固定管架上水平推力的含义289

七、固定管架（含摩擦力）水平推力计算公式290

八、轴向波形补偿器固定管架水平推力计算实例296

九、套简式补偿器固定管架水平推力计算实例297

十、某工程荷载计算错误造成工程事故299

第九节 热膨胀力的确定——格林乃尔（Grinnell）法299

一、格林乃尔（Grinnell）法热膨胀力的计算步骤299

二、格林乃尔（Grinnell）法综合系数C300

三、L形管道的热膨胀力301

四、？形管道的热膨胀力301

五、 ？形管道的热膨胀力302

六、 ？形等长管道的热膨胀力303

七、 ？形——带不等长管道L1/L2=2热膨胀力304

八、 ？形——带不等长管道L1/L2=3热膨胀力305

九、 ？形——带不等长管道L1/L2=4热膨胀力307

十、 ？形——单边管道的热膨胀力308

十一、？形——不等长腿管道的热膨胀力309

十二、？形等长腿管道的热膨胀力310

十三、？形——不等长腿单边管道的热膨胀力311

十四、空间？形管道的热膨胀力312

十五、空间？形管道的热膨胀力314

十六、空间？形管道的热膨胀力314

十七、格林乃尔（Grinnell）法热膨胀力的计算实例316

第十节 热膨胀力的确定方法——凯洛格法317

一、凯洛格法来源于ASME B31.3判断公式317

二、ASME B31.3判断公式工程实例317

三、凯洛格公司热膨胀弹性力计算公式317

第十一节 热膨胀弹性力的确定方法——图解法318

一、图解法使用场合318

二、П形补偿器对固定点的推力318

三、L形补偿器对固定点的推力318

四、校正系数318

五、图解法计算最大补偿量及热态和冷态对固定点推力的工程实例331

第七章 工业管道支吊架设计332

第一节 工业管道支吊架的作用及分类332

一、工业管道支吊架的定义332

二、工业管道设计与支吊架设计进度关系332

三、管道专业管架与土建结构专业管架设计的分工332

四、管架概念不清引起的合同事故332

五、管道支吊架在应力分析中的影响333

第二节 管道支吊架分类335

一、承重支架335

二、限制性管架336

三、减振架336

第三节 常用支吊架型式及其选用337

一、常用支吊架型式标准化系列337

二、管卡337

三、吊架338

四、管托339

五、平（弯）管支托341

六、假管支托341

七、柱型钢支架343

八、框架型钢支架343

九、悬臂支架343

十、摩擦减振支架345

十一、其他支架型式346

第四节 弹簧支吊架346

一、恒力弹簧或恒力作用支架与可变弹簧架的由来346

二、弹簧支吊架标准系列347

三、可变弹簧支吊架简介及选用方法348

四、恒力弹簧支吊架简介及选用方法350

五、水平位移对弹簧支架的影响351

六、摩擦力对恒力架承载的影响352

七、可变弹簧荷载位移选用表352

八、恒力弹簧支吊架选用表352

九、某工程弹簧支吊架许用表的应用356

第五节 弹簧支吊架的缺点及减少使用的方法356

一、弹簧支吊架的缺点356

二、卧式容器及换热器管道支架减少弹簧架的工程应用357

三、立式换热器管道支架减少弹簧架的工程应用357

四、Z形及L形管道支架减少弹簧架的工程应用357

五、立式再沸器支架减少弹簧架的工程应用358

六、塔顶线、塔侧线管道支吊架减少弹簧架的工程应用359

七、生根在大管上的支架减少弹簧架的工程应用360

第六节 支吊架设计的原则360

一、支吊架设计的一般要求360

二、支吊架型式的一般选用原则362

三、管架生根点的确定362

四、地面生根管架基础距离储槽（罐）最小距离363

五、承重支吊架位置的确定363

六、固定支架位置的确定364

七、导向支架位置的确定364

八、限位支架位置的确定366

九、定值限位架的设计366

十、防振支架位置的确定366

十一、减振架的设计367

十二、在管道中多设弹簧支吊架的缺点368

十三、沿反应器布置的高温竖直管道上通常要设置弹簧支吊架369

十四、工业热力管道在不同地形的支架设计369

十五、管托或支耳在运行时防止滑落的设计要点369

十六、管道布置过程中对支架位置的考虑370

第七节 管道跨距计算370

一、确定管道跨距的意义370

二、按刚度条件和强度条件水平管道跨距的计算370

三、管道跨距计算方法的选取373

四、跨距计算时挠度值的选取373

五、某工程DN2000管子跨距计算工程应用373

六、水平弯管的跨距374

七、L形弯管的承重支架间距374

八、水平管道末端直管的允许跨距374

九、水平П形管段的最大允许外伸尺寸374

十、带垂直管段的Z型管段的最大允许外伸尺寸374

十一、有集中荷载时水平管道的基本跨距376

十二、垂直管道的管架间距376

十三、水平管道导向架间距与计算原理377

十四、L形弯管导向架的间距378

十五、考虑地震荷载影响的管道基本跨距378

十六、有脉动影响的管道的管架间距379

十七、Sch20、Sch40、Sch80无缝钢管，LG级大直径焊接钢管、STD级大直径焊接钢管、XS级大直径焊接钢管不保温管道基本跨距379

十八、Sch20、Sch40、Sch80无缝钢管，LG级大直径焊接钢管、STD级大直径焊接钢管、XS级大直径焊接钢管保温管道基本跨距381

十九、化工标准装置内不保温管道基本跨距398

二十、化工标准装置内保温管道基本跨距400

二十一、化工标准装置外不保温管道基本跨距402

二十二、化工标准装置外保温管道基本跨距404

二十三、某工程管道（水平和垂直）最大基本跨距简化表406

第八节 管道支吊架的结构组成407

一、管架结构计算温度范围407

二、支吊架的结构组成408

三、附管部件408

四、附管部件不能与管子直接焊接的情况408

五、不能采用焊接附管部件而采用管卡（管箍）型附管部件时注意事项409

六、附管部件材质选用表409

七、生根部件410

八、中间连接件412

九、管架泪孔的设计412

第九节 支吊架强度与材料选用413

一、管道支撑件的强度413

二、管道支吊架承受的荷载组合413

三、支吊架各部件材料选取的原则413

四、管道支吊架生根结构的强度设计415

五、大中型石油化工工程管架材料的概算方法及工程应用415

第十节 支吊架材料及许用应力417

一、支吊架材料及许用应力417

二、支吊架ASTM材料及许用应力421

第十一节 管架的加工和安装说明425

一、管架的加工和安装说明编制依据425

二、内容和深度425

第十二节 管道支吊架的强度计算426

一、导向架挡铁和导向块最大承剪力的计算426

二、垂直管道的水平管式托架强度计算426

三、水平管道及弯头的底座式托架强度计算427

四、L形管式托架强度计算427

五、板式托架强度计算427

六、吊杆强度计算428

七、悬臂支架计算428

八、三角斜撑的强度计算429

九、焊缝强度的计算432

十、大直径薄壁管支撑点局部应力计算433

第十三节 管道支吊架结构的计算434

一、导向架结构的计算435

二、轴向限位架结构的计算435

三、水平管刚性吊架结构的计算435

四、垂直管的双刚性吊架结构的计算436

五、悬臂架结构的计算436

六、带水平斜撑的悬臂架结构的计算436

七、带水平支撑的悬臂架结构的计算437

八、双悬臂架结构的计算437

九、耳轴型双悬臂架结构的计算437

十、三角架结构的计算438

十一、带悬臂段三角架结构的计算438

十二、双三角架结构的计算438

十三、带水平斜撑的双三角架结构的计算439

十四、带悬臂段及水平斜撑的双三角架结构的计算439

十五、双耳轴支架结构的计算439

十六、管柱支架结构的计算440

十七、钢柱支架结构的计算441

十八、立管侧向支架结构的计算441

十九、梁上生根支架结构的计算442

二十、梁上生根多管支架结构的计算443

二十一、竖向排列多管支架结构的计算444

二十二、？形支架结构的计算444

二十三、Γ形支架结构的计算444

二十四、底板的计算445

第十四节 型钢开洞位置及大小447

一、热轧轻型工字钢开洞447

二、热轧普通工字钢开洞447

三、角钢开洞448

四、槽钢开洞448

第十五节 各种型钢承载力449

一、等边角钢承载力449

二、槽钢承载力451

三、工字钢承载力452

第十六节 非金属管道支吊架设计453

一、非金属管道应力分析常用参数453

二、非金属管道的柔性分析454

三、非金属管道补偿器的设计454

四、非金属管道的支架455

五、脆性管道的支架455

六、热塑性塑料管道材料支吊架455

七、热成型玻璃钢管道材料支吊架455

八、一般塑料管道跨距的计算方法457

九、玻璃钢管（FRP）管道的一般跨距457

十、聚丙烯管道的一般跨距457

十一、高压聚乙烯管道的一般跨距458

十二、硬聚乙烯管道的一般跨距458

十三、PVC/FRP复合管道的一般跨距458

十四、橡胶衬里、涂塑、钢塑等复合管道的一般跨距与计算458

十五、某大型工程非金属管道的设计458

第十七节 管廊上管道支吊架设计及工程应用459

一、敷设在管廊上管道的种类459

二、管廊上管道排列的四个决定因素459

三、管廊上管道支吊架设计的一般要求460

四、管廊上不锈钢管道的管架设计及工程应用461

五、管廊上管道支架设计易碰撞位置461

六、管廊上管道支吊架需开长圆孔的地方462

七、管道出装置界区前需要设置固定架463

八、容易被扭弯的结构侧纵联系梁463

第十八节 塔类管道支吊架设计及工程应用464

一、塔类管道支吊架设计的一般要求464

二、塔类管道支吊架的典型设计465

三、塔管架承受荷载的工程应用466

四、某工程塔的典型管道支架设计工程应用466

第十九节 容器类管道支吊架设计及工程应用468

一、容器类管道支吊架设计的一般要求468

二、容器类管道支吊架典型图468

第二十节 泵类管道支吊架设计及工程应用470

一、泵类管道支吊架设计的一般要求470

二、泵类管道支吊架典型图472

三、离心泵的管道应力分析与支吊架设计工程应用473

第二十一节 往复式压缩机管道支吊架设计及工程应用475

第二十二节 离心式压缩机及汽轮机管道支吊架设计及工程应用477

一、离心式压缩机及汽轮机管道支吊架设计的一般要求477

二、离心式压缩机及透平机管道的支吊架典型图479

三、离心式压缩机管道的布置与支吊架设计典型图480

第二十三节 安全阀（爆破片）管道支吊架设计及工程应用481

一、安全阀管道支吊架设计的一般要求481

二、安全阀管道支吊架设计典型图483

三、安全阀放空口反力及支架设置的工程应用483

四、某高压蒸汽系统安全阀的管道支吊架设计典型图484

五、安全阀（爆破片）管道支吊架设计及工程应用484

第二十四节 调节阀组管道支吊架设计及工程应用485

一、调节阀组管道的支吊架设计典型图485

二、某工程调节阀组管道的支吊架设计典型图485

第二十五节 火炬泄放系统管道支吊架设计及工程应用485

一、火炬管道支吊架设计的一般要求485

二、某大型工程火炬系统管道支吊架设计计算机典型图486

三、某工程火炬区管道和支吊架设计486

第二十六节 蒸汽伴热和热水伴热的伴管支吊架设计及工程应用488

一、蒸汽伴热和热水伴热的伴管支吊架488

二、某乙烯工程蒸汽伴热的伴管支吊架489

三、某乙烯工程蒸汽伴热伴管固定支架和膨胀环的典型布置图489

第二十七节 低温和高温管道支吊架设计及工程应用490

一、低温和高温管道支吊架设计的一般要求490

二、低温管道、保冷管道支吊架设计及工程应用490

三、高温管道支吊架设计及工程应用492

附录一 常用钢材总热膨胀量493

附录二 常用钢材平均线膨胀系数496

附录三 常用钢材弹性模量499

附录四 管件应力的柔度系数和应力增强系数501

附录五 焊缝质量系数503

附录六 常用钢管许用应力504

附录七 非金属管道弹性模量507

附录八 非金属管道平均线膨胀系数507

附录九 压杆计算公式508

附录十 框架计算公式512

附录十一 各种断面杆件受扭转的公式515

附录十二 管道应力分析常用单位换算517

参考文献518