CAESARII 基础知识
12．冷紧问题
冷紧是指在安装时（冷态）使管道产生一个初位移和初应力的一种方法。
如果热胀产生的初应力较大时，在运行初期，初始应力超过材料的屈服强度而发生塑性变形，或在高温持续作用下，管道上产生应力松弛或发生蠕变现象，在管道重新回到冷态时，则产生反方向的应力，这种现象称为自冷紧。
冷紧的目的是将管道的热应变一部分集中在冷态，从而降低管道在热态时的热胀应力和对端点的推力和力矩，也可防止法兰连接处弯矩过大而发生泄漏。但冷紧不改变热胀应力范围。 冷紧比是冷紧值与全补偿量的比值。
通常应尽量避免采用冷紧，在必须采用冷紧的情况下，要遵循下列原则：
? 为了降低管道运行初期在工作状态下的应力和管道对连接设备或固定点的推力、力
矩以及位移量，可以采用冷紧，但冷紧不能降低管道的应力范围；
? 对于材料在蠕变条件下（碳钢380度以上，低合金钢和高铬钢420度以上）工作的
管道进行冷紧时，冷紧比（亦即冷紧值与全补偿量的比值）应不小于0.7。对于材料在非蠕变条件下工作的管道，冷紧比取0.5。对冷紧有效系数，热态取2/3，冷态取1。
? 对连接转动设备的管道，不宜采用冷紧。
? 与敏感设备相连的管道不宜采用冷紧。因为由于施工误差使得冷紧量难于控制，另
一方面，在管道安装完成要将与敏感设备管口相连的管口法兰卸开，以检查该法兰与设备法兰的同轴度和平行度，如果采用冷紧将无法进行这一检查。
13．带约束的金属波纹管膨胀节类型
（1）单式铰链型膨胀节，由一个波纹管及销轴和铰链板组成，用于吸收单平面角位移； （2）单式万向铰链型膨胀节，由一个波纹管及万向环、销轴和铰链组成，能吸收多平面
角位移；
（3）复式拉杆型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及拉杆组成，能吸收多平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；
（4）复式铰链型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收单
北京市艾思弗计算机软件技术有限公司 6
CAESARII 基咄知识
平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；
（5）复式万向铰链型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收互相垂直的两个平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；
（6）弯管压力平衡型膨胀节，由一个工作波纹管或用中间管连接的两个工作波纹管及一个平衡波纹管构成，工作波纹管与平衡波纹管间装有弯头或三通，平衡波纹管一端有封头并承受管道内压，工作波纹管和平衡波纹管外端间装有拉杆。此种膨胀节能吸收轴向位移和／或横向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。常用于管道方向改变处； （7）直管压力平衡型膨胀节，一般由位于两端的两个工作波纹管及有效面积等于二倍工作波纹管有效面积、位于中间的一个平衡波纹管组成，两套拉杆分别将每一个工作波纹管与平衡波纹管相互连接起来。此种膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。带约束的金属波纹管膨胀节的共同特点是管道的内压推力（俗称盲板力）没有作用于固定点或限位点外，而是由约束波纹膨胀节用的金属部件承受。
14．对转动设备允许推力的限制
管道对转动设备的允许推力和力矩就由制造厂提出，当制造厂无数据时，可按下列规定进行核算：
（1）单列、中心线安装、两点支撑的离心泵，其允许推力和力矩应符合API610规定； （2）尺寸较小的非冷凝式通用汽轮机，蒸汽管道对汽轮机接管法兰的最大允许推力和力矩应符合NEMA SM23的规定。
（3）离心压缩机的管道对压缩机接管法兰的最大允许推力和力矩应取NEMA SM23规定值的1.85 倍。
15．热膨胀量（初位移）的确定
（l）封头中心管口热膨胀量的计算
封头中心管口只有一个方向的热膨胀，即垂直方向，考虑到从分离塔固定点至封头中心管
口之间可能存在操作温度和材质的变化，故总膨胀量按下式计算； （2）封头斜插管口热膨胀量的计算
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司 7
CAESARII 基础知识
封头斜插管口有两个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀
量计算公式，水平方向的热膨胀量按下式计算：
（3）上部筒体径向管口有两个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同式，水平方向的热膨胀量按下式计算：
16．管道设计中可能遇到的振动
（l）往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动； （2）两相流管道呈柱塞流时的振动； （3）水锤：
（4）安全阀排气系统产生的振动； （5）风载荷、地震载荷引起的振动。
17．往复压缩机、往复泵的管道振动分析的内容
振动分析应包括：
（1）气（液）柱固有频率分析，使其避开激振力的频率；
（2）压力脉动不均匀度分析，采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措施，将压力不均匀度
控制在允许范围内：
（3）管系结构振动固有频率、振动及各节点的振幅及振动应力分析，通过设置防振支架
优化管道布置，消除过大管道振动。
18．共振
当作用在系统上的激振力频率等于或接近系统的固有频率时，振动系统的振幅会急剧增大，这种现象称为共振。
往复泵管道设计中可能引发共振的因素有：管道布置出现共振管长：缓冲器和管径设计不当造成流体固有频率与激振频率重叠导致气（液）柱共振；支撑型式设置不当，转弯过多等造成管系机械振动固有频率与激振力频率重叠。
要避免发生共振，应使气（液）柱固有频率、管系的结构固有频率与激振力频率错开。管道设计时应进行振动分析，合理设置缓冲器，避开共振管长，尽可能减少弯头，合理设置支架。
北京市艾思弗计算机软件技术有限公司 8
CAESARII 基咄知识
19．管道支吊架的类型
管道支吊架可分为三大类：承重支吊架、限制性支吊架和防振支架。
承重支吊架可分为：刚性支吊架、可调刚性支吊架、弹簧支吊架和恒力支吊架。 限制性支吊架可分为：固定支架、限位支架和导向支架。 防振支架可分为：减振器和阻尼器。
20．管道支吊架选用的原则
（1）在选用管道支吊架时，应按照支撑点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温度是否保温式保冷、管道的材质等条件选用合适的支吊架： （2）设计管道支吊架时，应尽可能选用标准管卡、管托和管吊；
（3）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省钢材，且制作简单，施工方例，因此，
除下列情况外，应尽量采用焊接型的管插和管吊；
l）管内介质温度等于或大于400度的碳素钢材质的管道； 2）低温管道； 3）合金钢材质的管道；
4）生产中需要经常拆卸检修的管道；
21．管道支吊架的作用
第一：承受管道的重量荷载（包括自重、介质重等）；
第二：起限位作用，阻止管道发生非预期方向的位移； 第三：控制振动，用来控制摆动、振动或冲击。 固定架限制了三个方向的线位移和三个方向的角位移； 导向架限制了两个方向的线位移；
支托架（或单向止推架）限制了一个方向的线位移。
22．恒力弹簧支吊架、可变弹簧支吊架和刚性支吊架的刚度
恒力弹簧支吊架的刚度理论上为零： 刚性支吊架的刚度理论上为无穷大；
可变弹簧支吊架的刚度等于弹簧产生单位变形所需要的力。
北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司 9
CAESARII 基础知识
23．恒力弹簧支吊架和可变弹簧支吊架在应用上的限制
恒力弹簧支吊架适用于垂直位移量较大或受力要求荷刻的场合，避免冷热态受力变化太大，导致设备受力或管系应力超标。恒力弹簧的恒定度应小于或等6％，以保证支吊点发生位移时，支撑力的变化很小。
可变弹簧适用于支撑点有垂直位移，用刚性支撑会脱空或造成过大热胀推力的场合。与恒力弹簧相比，使用可变弹簧会造成一定的荷载转移，为防止过大的荷载转移，可变弹簧的荷载变化率应小于或等于25％。
24．设计振动管道支架时，应注意下列问题
（1）支架应采用防振管卡；
（2）支架间距应经过振动分析后确定；
（3）支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度； （4）宜设独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上；
（5）当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析的要求； （6）支架应尽量沿地面设置。
25．管道支吊架位置的确定
（1）应满足管道最大允许跨度的要求；
（2）当有集中载荷时，支架应布置在靠近集中载荷的地方，以减少偏心载荷和弯曲应力； （3）在敏感的设备（泵、压缩机）附近，应设置支架，以防止设备嘴于承受过的管道荷载； (4）往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道，直单独设置支架，（支架生根于地面的管墩或管架上），以避免将振动传递到建筑物上；
（5）除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的上根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应能满足生根件的要求。
（6）对于复尽可能的管道，尤其是需要作详细应力计算的管道，尚应根据应力计算结果调整
（7）管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位； （8）管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近； （9）安全泄压装置出口管道应根据需要，考虑是否设置支架。
北京市艾思弗计算机软件技术有限公司 10