压力管道的强度计算..

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1、压力管道的强度计算    1．承受内压管子的强度分析   按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。　　承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr，如图2．1，设P为管内介质压力，Dn为管子内径，S为管子壁厚。则3个主应力的平均应力表达式为管壁上的3个主应力服从下列关系式：σθ＞σz＞σr根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σ

2、θ-σr≤[σ]　　将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式图2．1承受内压管壁的应力状态　　工程上，管子尺寸多由外径Dw表示，因此又得昂一个理论壁厚公式   2．管子壁厚计算承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为按管子内径确定时为式中：　　Sl——管子理论壁厚，mm；　　P——管子的设计压力，MPa；　　Dw——管子外径，mm；　　Dn——管子内径，mm；　　φ——焊缝系数；　　[σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa。　　管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素

3、，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为Sj=Sl+C(2-3)式中：Sj——管子计算壁厚，mm；　　C——管子壁厚附加值，mm。　　(1)焊缝系数(φ)　　焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。　　根据我国管子制造的现实情况，焊缝系数按下列规定选取：[1]　　对无缝钢管，φ=1．0；对单面焊接的螺旋线钢管，φ=0．6；对于纵缝焊接钢管，参照《钢制压力容器》的有关标准选取：　　①双面焊的全焊透对接焊缝：　　100％

4、无损检测φ=1．0；　　局部无损检测φ=0．S5。　　②单面焊的对接焊缝，沿焊缝根部全长具有垫板：　　100％无损检测φ=0．9；　　局部无损检测φ=0．8；　　(2)壁厚附加量(C)　　壁厚附加量C，是补偿钢管制造：工艺负偏差、弯管减薄、腐蚀、磨损等的减薄量，以保证管子有足够的强度。它按下列方法计算：C=C1+C2 (2-4)式中：C1——管子壁厚负偏差、弯管减薄量的附加值，mm；　　　C2——管子腐蚀、磨损减薄量的附加值，mm。　　①管子壁厚负偏差和弯管减薄量的附加值：　　在管子制造标准中，允许有一定的壁厚负偏差，为了使管子在有壁厚负偏差时的最小壁厚不小于理论计算壁厚，管子计算壁厚中必须

5、计人管子壁厚负偏差的附加值。　　在管子标准中，壁厚允许负偏差一般用壁厚的百分数表示，令α为管子壁厚负偏差百分数，则得　　热轧无缝钢管。值的规定值见表2．1。表2．1普通钢管厚度负偏差α值[2]钢管种类壁厚(mm)负偏差α%普通高级碳素钢和低合金钢≤20＞201512.512.510不锈钢≤10＞10-20152012.515　　如果需要同时计及弯管减薄量的补偿，则壁厚附加值可按下列方法考虑：[3]　　在弯制管予时，弯管的外侧壁厚将减薄，内侧壁厚将加厚。目前一般采用的热弯工艺，弯管减薄量约为8％～10％，但弯管在内压作用下的应力分布与直管有区别，在弯管弯曲半径大于管子外径4倍，弯管减薄量为8％

6、～10％时，内压引起的环向应力比直管约大5％。在此情况下，工程上一般将弯管与直管取相同的理论壁厚，而在壁厚附加值中计人一定的裕量。作为对弯管减薄量的补偿。壁厚附加值由下式计算：　　以上为无缝钢管管子壁厚附加值C1的计算方法。对于采用钢板或钢带卷制的焊接钢管，其壁厚负偏差就是钢板、钢带的允许负偏差。这时的C1值可按下列数据采用：　　壁厚为5．5mm及以下时，C1=0．5mm；　　壁厚为7mm及以下时，　C1=0．6mm；　　壁厚为25mm及以下时，　C1=0．8mm；　　②管子腐蚀和磨损减薄量的附加值　　当介质对管子的腐蚀并不严重，即腐蚀速度小于0．05mm／a(年)时，单面腐蚀取C2=1～1

7、．5mm，双面腐蚀取C2=2～2．5mm。　　当管子外面涂防腐油漆时，可认为是单面腐蚀，当管子内外壁均有较严重腐蚀时，则认为是双面腐蚀。　　当介质对管子材料腐蚀速率大于0．05mm／a时，则应根据腐蚀速度和使用年限决定C2值。    3．弯管壁厚计算   弯管在承受内压时，若弯管各点壁厚相同，且无椭圆效应，则弯管内侧应力最大，外侧最小，弯管破坏应发生在内侧。但采用直管弯制成弯管后，壁厚是有变化的。如图2．2，