配管载荷数据.docx
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配管载荷数据
1、适用范围
本标准适用于土建、设备、加热炉的梁和平台设计用载荷数据的计算。
2、载荷种类和组合
2.1载荷种类
载荷数据应包括下列载荷：
（1）管道载荷（静载荷及动载荷）
管道、隔热结构、管道内介质等的重量
（2）热胀反力
管道的热胀及约束点位移反力
（3）摩擦力
由于管道的滑动，在支架上产生的力
（4）地震载荷
（a）由地震惯性力产生的载荷
（b）管道约束点因地震的相对位移所产生的反力（按热胀反力计算）
（5）风载荷
（6）雪载荷
（7）冲击荷载
由安全阀泄压时的推力和水锤产生的载荷
（8）膨胀节的推力和弹性反力
2.2各种状态
载荷的计算，应考虑下列状态，分别计算其载荷。
但是，在操作状态下，产生时荷载变化可以忽略时，仅以正常操作状态为基准进行计算。
（1）水压/气密性试验状态
充水重量、膨胀节试验时的推力
（2）正常操作状态
除（3）以外的正常操作状态
（3）特殊操作状态
（a）开工状态（从开工到正常操作状态的过程）
管道在支架上托空、设备与管道之间的暂时温差引起的热胀反力等。
（b）停工状态（从正常运转状态到停工的过程）
除与开工状态相同外，还应考虑紧急停工情况。
（c）其它状态：
如降量操作，蒸汽吹扫等。
2.3载荷组合
各种状态下同时作用的载荷组合如表1所示。
注：
（1）地震载荷，风载荷及冲击载荷的不同时作用。
（2）水压试验时的垂直载荷
对于管架、管墩、构筑物等，不计入其它水压试验时的垂直载荷。
除此之外，管道根数少的，仅计入一根管道的水压试验时的垂直载荷。
备注：
表中的符号意义如下
p：
集中载荷（kg）
w：
载荷（kg/m）
q：
载荷（kg/m2）
3载荷计算法
3.1管道载荷
3.1.1单位载荷
单位载荷是单位长度的下列物质的重量之和。
（1）管子
碳管的单位质量量按下式计算，对于奥氏体不锈钢需再来以1.015
W1=0.02466（D-t）t
式中
W1—钢管的单位重量，kg/m；］
D—管道外径，mm；
t一钢管壁厚，mm。
（2）隔热材料
隔热材料的单位重量按下式计算W2=π.p.δ（D+δ）
式中：
W2—隔热材料的，kg/m；
p—隔热材料的密度，kg/m3，
δ—隔热材料的厚度,m。
D—管道外径，m。
（3）管内介质
单位荷载不计蒸汽、空气等气体的重量，标准油品的密度如附图1所示。
（4）其它安装在管道上永久性的附属物
如伴热管、衬里材料等（3）
注（3）阀门、法兰、原则上作为集中载荷
3.1.2作用在构筑物上的载荷表示法
载荷用集中载荷、单位载荷及均布载荷表示，由表2区分
表2作用在构筑物上时载荷表示法
集中载荷
单位载荷
均布载荷
管架主梁
3,1,3
（1）（a）
—
O
管架联系梁
3.1.3
（1）（a）
O
—
管墩
3.1.3
（1）（a）
—
O
支架
O
（4）
—
平台
O
（4）
—
管沟
O
（4）
—
注（4）：
对小口径管道产生的荷载宜利用单位载荷表示3.1.3载荷数据的计算方法。
（1）集中载荷
（a）集中荷载所适用范围如表3所示。
表3集中载荷适用范围
适用范围
应计算的集中载荷
管架
1、下列管道的垂直载荷（6）
（1）18＂以上的液体输送管道
（2）30＂以上的气体输送管道
（3）1.0t以上管件荷载（如阀门等）
2、作用在固定架、导向架的热胀反力（含膨胀节的推力和弹性反力）
3、作用在固定架、导向架的地震载荷
4、由冲击荷载（如水锤、安全阀推力等）
支架
各管道的垂直载荷（含管道附件）
平台
各管道的垂直载荷（含管道附件）
管沟
各管道的垂直载荷（含管道附件）
注：
（5）参照表1的注
（2）
（b）集中载荷计算法
集中载荷计算方法如下
①水平管道的集中载荷
管道支架间的1/2的载荷之和（图1）
B点的集中载荷=（L1/2）W+（L2/2）W………
（1）
W:
管道的单位重量（kg）
②垂直管道的集中载荷
设在垂直管道上的承重支架的集中载荷是垂直管道的全部载荷与水平管道的1/2载荷之和（图2）
E点的集中载荷=（L3/2）W+L4W+L5/2W…………
（2）
没有支架E时，将垂直管道的载荷作为集中载荷，采用下述③的方法将之按比例分配到支点上。
3阀门等集中载荷作用在支架上的载荷按比例分配法计算（图3）
B点的阀门集中载荷=（L1.P1）/L1+（L4.P2）/L2………（3）
④集中载荷宜使用计算机计算
⑤管道在支架上托空使集中载荷重新分配，在应力解拆后重新评价。
（2）单位载荷的计算（图4）
①当L<1.2S时用（4）式计算
单位载荷w=/L……………（4）
（设最小为0.1（t/m）
②当L>1.2S时，用（5）式计算
单位载荷W=×1.2/t……………（5）
（设最小为0.1t/m）
③管架联接梁的单位载荷计算法
计算方法如图5所示：
①当L<1.2S时用（6）式计算
单位载荷W=W/Nl…………………（6）
（设最小为0.2t/m）
②当L>1.2S时用（7）式计算
单位载荷W=W×1.2/l………………（7）
（设最小为0.2t/m）
③均布载荷计算
单位面积的均布载荷如表4所示，用载荷等级表示，例如，算出的均布载荷是0.115t/m2时，即认为其载荷等级为“d”即0.125t/m2
表4载荷等级
载荷等级
a
b
c
d
e
f
g
h
I
单位载荷（t/m2）
0.050
0.075
0.100
0.125
0.150
0.175
0.200
0.225
0.250
算出的载荷（t/m2）
0.059
0.06
0.084
0.085
0.109
0.110
0.134
0.135
0.159
0.160
0.184
0.185
0.209
0.210
0.230
0.235
0.259
（a）
均布载荷计算法
如图6所示
①当L<1.2S时用（8）式计算
均布载荷q=/L………………（8）
②当L>1.2S时用（9）式计算
均布载荷q=×1.2/NL………………（9）
（b）中间梁的均布载荷计算法
中间梁支承的最大管径如表5所示
表5中间梁支承的最大管径
主梁跨度（m）
中间梁支撑的最大管径（mm）
10.0
8.0
6.0
200
100
80
（中间梁位于主梁中间）
中间梁的均布载荷计算法如图7所示
①当L<1.2S时用（10）式计算
中间梁均布载荷q=/L…………（10）
②当L>1.2S时用（11）式计算
中间梁均布载荷q=×1.2/L………（11）
（c）中间梁的载荷，也可用主梁和中间梁两种均布载荷的计算数据来计算。
主梁和中间梁的支承载荷范围如图8所示
一般情况下主梁支承荷载由土建专业计算，主梁支承载荷由（12）式计算。
主梁支承载荷=（主梁均布载荷×（A×L））-（中间梁均布载荷×（A×L/2）……………………（12）
3.2热胀反力（由管道的变形产生的反力）
3.2.1计算方法
管道的热胀反力的计算，可由下列任一种方法计算：
（1）图解法
管架或管墩上蒸汽管道的“π”形弯管的反力可用图解法计算。
见40B001“π形补偿器反力计算图表”。
（2）计算机详细解析法
适用于图解法以外的管道的反力计算，用计算程序详细解析。
3.2.2计算条件
（1）计算温差
计算热胀反力的温差，是管道安装与正常操作状态的温差。
管道的安装温度是与其它设计条件一同确定的。
但是，特殊操作状态时的温差，通常是接超过正常值的150%计算。
特殊操作状态时反力用（13）式计算。
Rs=（△Ts/△Tn）.Rn………………（13）
Rs：
特殊操作状态时的反力
Rn：
正常操作状态时的反力
△Ts：
管道安装与特殊操作状态的温度差
△Tn：
管道安装与正常操作状态的温度差
当利用计算机的计算结果，进行应力评价时用（14）式计算Rn。
Rn=（△Tn/△Tr）×（En/Er）.Rr………………（14）
Rr：
以△Tr与Er为基准的反力
△Tr：
为应力计算所用的温差
En：
为正常操作状态下材料的弹性模量
Er:
为应力计算材料的弹性模量温度下的
（即冷态时材料的弹性模量）
当1.1≥（△Tn/△Tr）.（En/Er）≥0.9时取Rn=Rr
（2）冷紧
冷紧将减小反力，反力用下式计算：
（a）各方向同时冷紧化相同时
Rcn=Rn.C………………………（15）
Rhn=Rn（1-（2/3）C）………………………（16）
Rcn：
管道安装状态实施冷紧存的反力
Rhn：
由于冷紧而减小的反力
C：
冷紧比，对于材料在蠕变温度下（碳素钢380℃以上，低合金钢在420℃以上）工作的管道，冷紧比宜取0.7，对于材料在非蠕变温度下工作比管道，冷紧比宜取0.5。
（b）各方向冷紧比不同时
应用计算机进行解析，在Rcn的计算中，固定架受力按100%冷紧量考虑，在Rhn的计算中，固定加受力按予冷紧量考虑。
（3）其它
其它的计算条件，应根据管系的应力解析规定杰确定。
3.2.3构筑物变形的考虑
在管道约束的模型中，构筑物原则上作为刚体，忽略管道反力引起的变形。
但是，当载荷影响构筑物的设计时，需将约束点作为弹性约束，再进行计算（影响的程度由）。
（1）弹性约束的范围
将某一约束点变为弹性约束甩开可能影响其它约束点的受力，所以应综合考虑建立计算模型。
（2）假设刚度的确定
弹性约束点的假定刚度是指梁、柱单位弯曲变形量所产生的反力。
梁的弹性常数由附图2查取
（3）确认计算
用假定刚度进行设计后，用实际的构筑物算出的刚度进行确认计算。
（4）假定的刚度难以确定时
假定的刚度难以确定，而管道允许该约束点变形，此时，其载荷数据如图11所示。
3.2.4摩擦的考虑
由于管道自重和热膨反力的摩擦力都作用在支架外，所以载荷数据应包括摩擦力。
由3.3项计算摩擦力。
但是，管架同一梁上支撑多根管道且管道内同介质，则滑动摩擦力可忽略小计。
3.3摩擦力
3.3.1摩擦系数
摩擦系数的选取如下
摩擦系数（μ）
（1）钢—钢0.3
（2）石墨—石墨0.15
（表面压力1.5MPa以上）
（3）聚四氯乙烯—聚四氟乙烯0.10
（4）不锈钢（表面精度0.6S）一聚四氟乙烯（表面压力1.5MPa以上）0.06
3.3.2计算方法
（1）管道的滑动支架
管道的滑动支架的摩擦力是管道载荷（长期）与摩擦系数之积。
（2）管道固定支架
（a）管架、管墩外管道及类似的平面管系固定支架的摩擦力如图12。
R=R1-R2（设R1≥R2）……………（17）
（式中比R=0.1R2小时，取0.1R）
R1：
L1间的摩擦力合力
R2：
L2、L3间的摩擦力合力
W：
管道单位重量
μ：
摩擦系数
E：
弹性模量
I：
管道截面惯性矩
δ：
变形量
（b）在三维管道或平面管道用，当管道的移动方向不明时，应使用考虑了摩擦力的计算程序进行计算。
3.3.3作用方向
（1）管架管道、管墩处的管道及类似管道的摩擦力作用在轴向，原则上不考虑侧向摩擦力。
（2）不能忽视侧向摩擦力时，其计算方法如图13所示
（3）正方向（+）和负方向（—）都作用相符的摩擦力。
3.4地震载荷
地震载荷是管道的有的载荷（6）分别乘以地震系数，由土建专业按有关标准和接收的载荷资料分别计算。
注（6）：
有效载荷是指为计算地震力而假定的管道重量。
3.4.1一般管道（地震载荷比摩擦力小时）
（1）水平管道的有效载荷
即操作状态下的管道荷载（不必重新计算。
按3.1项计算管道载荷）。
（2）垂直管道的有效载荷
固定支架及导向支架的有效载荷按下述方法计算
（a）根据分配载荷的有效载荷计算法
取导向架前后1/2的管道重量之和（图14）
在S1（或S2）产生托空时将A换成A+A’（或将B换成B+B’），但是，在S1或S2处设置导向支架时除外。
（b）根据阀门等集中载荷的有效载荷计算法
阀门等集中载荷是按距离成反比例分配给支架（图15）
集中载荷作用下X点的有效载荷=CP/A…………（20）
集中载荷作用下Y点的有效载荷=DP/A…………（21）
P：
阀门载荷
对于在S1或S2点托空时，按（a）项处理。
3.4.2抗震设计的管道（地震载荷比摩擦力大时，也就是μ水平管道的有效载荷，按下述计算：
（1）轴向约束点的轴向有效载荷
地震载荷，根据各滑动支架处的摩擦力，一部分分散到各支架，剩余的由约束点支承（图16）
此时的摩擦系数用3.3.1项规定的值。
轴向约束“X”点的轴向有效载荷=
W：
管道单位重量
C=（1—
）.a……………………………（23）
式中μ：
在3.3.1项规定的摩擦系数
K：
支承管道的构筑物的设计抗震系数
a：
考虑地震波相位差的减小系数如表6所示
表6
直管长：
图16B的B尺寸
a
≤100m
1.0
>100m
0.8
（2）导向支架及固定支架的横向有效载荷
地震载荷，根据各滑动支架的摩擦力，一部分分散到各支架，剩余的由导向支架或约束点支承（图17）
“X”点的横向效载荷=
“Y”点的横向有效载荷=
μ、k、w与
（1）项相同。
（3）滑动支架
（a）水平管道的滑动支架的有效载荷是该点支承的管道载荷（3.1项）
（b）抗震系数超过摩擦系数时，可用摩擦系数计算地震载荷。
3.5风载荷
对于风载荷，原则上由土建专业计算。
计算方法按3.5.1项（载荷数据计算法）由配管专业算出必要的下列数据，并提交土建专业。
（1）管架、管墩、平台等
提交在管架、管墩、平台上的管道布置的立体图。
另外，在管道上设导向架时，应在管架资料上表示出导向架的位置。
（2）构架等
一般可忽视风荷载，如有不可忽视的情况下，应在构架资料上，写出规格大小，提供管道布置简图。
3.5.1载荷数据计算法
风载荷（风力）是对管道水平方向的作用载荷。
在载荷资料上，风载荷的表示方法如下：
（1）垂直管道及不设抗风用导向架的水平管道
F=CD.D.q.L………………………（26）
（对于高压气体管道，按有关标准）
F：
风荷载
CD：
风力系数，单根管=0.7，对于并列管道按表7选取
表7风力系数
配管根数
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13以上
CD
1.19
1.54
1.78
1.95
2.07
2.15
2.21
2.25
2.28
2.30
2.31
2.45
D：
在管道的风向投影区（外轮廓宽），有两根管道以上时，取平均直径（含保温、保冷厚度）为投影宽。
但是管径相差较大时，在求风荷载“F”，公式中的CD.D取Dmax×0.7和D×CD中的较大值。
q：
风（速度）压
按项目的设计条件确定
L：
有效长度
取支架或导向架（垂直管道）前后的支架间与风向垂直的长度和的1/2之和（图18）
“X”点有效长度
L=
……………………（27）
（2）设置抗风导向架的水平管道
单根或多根管道布置在同一梁上设导向架时，导向架或滑动架的风载荷按下式计算：
（a）导向架
L是导向架前后的长度（与风向成直角）的1/2之和。
q.D按下式修正：
（q.D）1=q.D-w.μ………………（28）
w：
D取平均直径时，各管单位载荷的平均值
D取Dmax时，该管的每单位荷重载荷
μ：
摩擦系数（按3.3.1项规定值）
风载荷是用此L及（q.D）’求出的值与用
（1）项方法求出的值之和。
（b）滑动支架
F=L.w.μ
L：
滑动支架前后支架间与风向垂直的长度
（与风向成直角）的1/2之和
w.μ：
与（a）项相同
3.6雪载荷
对于雪载荷，原则上由土建专业按3.6.2项方法计算。
3.6.1资料
配管专业提交计算用数据。
管架、管墩、平台上典型的配套布置立体图。
3.6.2载荷数据计算法
（1）支承架的雪载荷
F=D.Q.L……………………（30）
F：
支承架的雪载荷（kg）
D：
有效宽度（m）
Q：
积雪载荷（由厂区积雪量确定）
L：
长度（垂直方向投影长度）
［支承架前后的支架间距（水平距离）的1/2之和］（m）
（2）D的确定方法（图20）
图20D尺寸的确定方法
（3）管道间距与D的取法
并排布置的管道，若管道与管道之间间距为150mm以上时，从D中去掉（图
（4）管架中间梁的雪载荷
这时D的是中间梁支承的管道直径之和，不包括管道间的间距。
3.7冲击载荷
由水锤产生的载荷和安全阀泄放的推力称为冲击载荷，记录到资料里。
3.7.1水锤（水击）
（1）可能产生水击的管道
在设计中必须考虑由水锤而产生冲击载荷的主要管道如下：
（a）出料线
阀门急速关闭的出料线
（b）冷却水线管道
停电时在泵出口管道上产生水锤
（2）冲击载荷的计算
由水击产生的冲击载荷的计算，按《石油化工装置工艺管道安装设计手册》第一编第十七章第四节三款的计算方法。
（3）作用到管架上的冲击载荷（图22、23）
（a）上述
（2）项计算的冲击载荷“F”，由各滑动支架的摩擦力支承的。
N摩擦系数，按3.3.1项选取。
（b）管道形状和支架复杂时，以计算机计算为准。
FiFi:
滑动部分的摩擦力
图23作用到支架上的冲击载荷（冲击载荷>摩擦力时）
Fi=F0+f1+f2+f3+f4…………………………（32）
Fo：
摩擦力
3.7.2安全阀泄放的推力
（1）排放至大气的（泄放管端部呈T形者除外）推力计算是根据《石油化工装置工艺管道安装设计手册》第一编第十七章第四节四款的计算方法。
（2）排至火炬及停工线的推力要比排放至大气的推力小，
其计算方法还没有确定，为安全考虑，按排放至大气来计算推力。
（3）作用到支架上的冲击载荷
（a）作用到支架上的冲击载荷取决于泄放管的支撑型式，假定泄放管按静平衡的刚体来计算，推力将作用于泄放管嘴的末端（图24）
（b）管道形状及支架型式复杂时，按计算机解析的结果确定推力大小。
推力的位置与方向如上述（a）项所示。
3.8膨胀节的盲板力和变形反力
3.8.1由波纹管内压产生的盲板力和变形反力
（1）推力（压力平衡型除外）
FP1=A.P1……………（33）
FP2=A.P2……………（34）
PP1、FP2：
内压生产的推力
A：
波纹管有效截面积
P1：
设计压力
P2：
试验压力
当由固定螺栓承受波纹管试验的盲板力时，载荷数据不包括该盲板力。
（2）变形反力
（a）
轴向型（图25）
FK=K（△L2—△LE）
式中：
FK：
变形反力
K：
波纹管整体刚度（K=K’/n）
K’：
轴向刚度单波
n：
波数
△Lx：
轴向伸缩量
△LE：
轴向颈变形量
（b）复式万向型（图26）
Fkz=β.k.Dm2（△Lz-△LzE）/[[4.n.Lo（Lo-Lβ）]
………………（36）
Fkz：
轴向变形反力
Fxz：
横向变形反力
Dm：
波纹管的有效直径
Lo：
复式膨胀节包括中间管段的波纹管全长
LB：
一组波纹管长度
△Lz：
轴向伸缩量
△Lz：
横向予变形量
β：
系数
3.8.2套筒型的盲板力和摩擦力
（1）盲板力
FP1=A.P1………………（37）
FP2=A.P2（试验时）………………（38）
FP1+FP2内压产生的盲板力
A：
以内筒外径为基准的截面积
P1：
设计压力
P2：
试验压力
由固定螺栓承受波纹管试验的盲板力时，荷载数据不包括该盲板力。
（2）摩擦力
滑动摩擦力由制造商提供
例如：
套筒式伸缩节滑动部分摩擦力是190kg/膨胀节的公称直径（英寸）
3.8.3载荷数据计算法
（1）端部为固定支架（图27）
F1=Fp1+Fkf-FT………………（39）
F2=Fp2………………（40）
F1：
操作状态下的反力
F2：
试验时的反力
Fkf：
波纹管的变形反力或套筒型补偿器的滑动摩擦力。
FT：
由管道变形产生的反力或复式方向型膨胀节的横向变形反力（FKZ）
注：
作用到固定支架点的滑动支架的摩擦力按3.3项计算
（2）中间为固定支架
F1=Fp1A+FkfA-Fp1B-FkFb………………（41）
F2=Fp2A-Fp2B………………（42）
F1：
操作状态下的反力
F2：
试验时的反力
Fp1A、Fp2A、FkfA图28所示的膨胀节“A”的反力
Fp1A、Fp2B、FfkB在图28所示的膨胀节“B”的反力注：
作用到固定支架点的滑动支架的摩擦力按3.3项计算
附图2梁的弹性常数
附图1石油的密度
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