HG／T 20645.5-2022  化工装置管道机械设计规定 设计技术规定

AppendixLCalculationofportalframe (238) AppendixMCalculationofpipeleg （240） AppendixNCalculation of welded pipebracketfor horizontal pipeline （243） Explanation ofwording in this code... (245) Listofquoted standards (246)

AppendixLCalculationofportalframe (238) AppendixMCalculationofpipeleg (240) Appendix NCalculation of welded pipe bracketfor horizontal pipeline : （243) Explanation of wording in this code... (245) Listofquoted standards (246)

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1.0.1为规范化工装置管道机械设计技术规定的内容和要求，制定本规定。 .0.2本规定适用于化工装置的管道机械设计。 .0.3本规定的内容仅具有通用性，在具体工程项目设计时，参照执行 .0.4工程设计中管道机械设计工作除应执行本规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

.1为规范化工装置管道机械设计技术规定的内容和要求，制定本规定。 2本规定适用于化工装置的管道机械设计。 3本规定的内容仅具有通用性核电厂标准规范范本，在具体工程项目设计时，参照执行。 4工程设计中管道机械设计工作除应执行本规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

管系柔性分析和应力计算规定

2.1.1管系柔性分析和应力计算应采用结构力学中超静定结构计算的力法和位移法进行分析计 算。工作条件不苛刻的简单管系可采用人工计算，“临界管系”则应采用计算机程序分析计算。 2.1.2采用计算机程序分析计算建立程序的数学模型时，管系材料应完全满足下列特性： 1线弹性； 2连续性； 3均匀性； 4同向性。

图2.1.3计算机程序分析过程框图

在工程设计中，所使用的计算机程序应符合相关规定的要求，管系特殊节点的处理和独立 划分必须正确，以适应程序的功能要求和保证计算模型的准确性，

1分析计算输人数据可分为基本参数、管道单元结构参数和边界条件，所需条件和数据应包 列内容： 1下列原始条件和数据应由顾客、业主方提供： 1）地质条件包括土壤性质、地下水位、冻结深度、地震烈度等； 2）气象条件包括气温、风荷载、冰雪荷载等。 2下列条件和数据应由相关专业提供： 1）工艺系统专业提供满足计算要求的管道命名表和管道仪表流程图； 2）设备专业提供带有设计性能参数的相关设备总图； 3）管道专业建立管道设计三维模型，提供应力计算轴测图； 4）布置专业提供满足计算要求的设备布置图； 5）管材专业提供管材专业的管道材料等级表、管道绝热工程设计规定以及特殊管材的规 格和质量、阀门的规格和质量； 6）仪表专业提供仪表调节阀的规格和质量等参数； 7）土建专业提供结构模板图供管机专业确定支架位置。 3安装温度应按下列方法确定： 1）当管道操作温度高于年平均温度时，宜取安装温度为全年平均温度； 2）当管道操作温度低于年平均温度时，宜取安装温度为年最热月平均温度。 4计算温度应按下列方法确定： 1）管道计算温度应不低于正常操作中预计的最高温度或在其他工况下的最苛刻温度，取 其最高值，或二者均应考虑计算。对工艺有特殊要求的工况也应予以考虑； 2）蒸汽伴热管道、蒸汽夹套管道和蒸汽吹扫管的计算温度，应取介质设计温度和蒸汽温 度的高者为计算温度； 3）带内衬里的管道的计算温度应利用计算值或经验数据并根据工艺管线表确定计算温度； 4）安全阀排泄管道的计算温度应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度，同 时还应该考虑正常操作时，排出管线处于常温下的工况； 5）进行管道柔性分析和应力计算时，不仅要考虑正常操作条件下的温度，还应考虑短时 超温工况； 6）当管道的操作工况复杂，难以确定计算工况时，可选儿种工况进行分析比较。 5金属管道的许用应力应按下列方法确定： 1）管材许用应力应为基本许用应力×质量系数；

3安装温度应按下列方法确定

5金属管道的许用应力应按下列方法确定

材料的许用应力时，应查相关规范获得： 3）铸铁件质量系数E。宜取E=1.0； 4）焊缝质量系数E；宜按表2.2.1取值；

表2.2.1焊缝质量系数E

5）灰铸铁许用应力宜取抗拉强度下限值的1/10； 6）可锻铸铁/球墨铸铁许用应力宜取抗拉强度下限值的1/5。 6 管材的弹性模数E应分为金属材料和非金属材料。 7管材的线膨胀系数α应分为金属材料和非金属材料。 8金属材料在弹性范围内，泊桑比为一常量，应取μ=0.3。 2.2分析计算输出要求应包括下列格式和内容： 1工况输出格式应包括下列内容： 1）工况1：自重+内压工况； 2）工况2：热胀工况； 3）工况3：操作工况，包括自重、内压、热胀等所有外荷载的综合作用； 4）工况4：偶然工况，包括除上述外荷载的其他持续外荷载。 2输出结果应包括下列内容： 1）计算管系的固定点、端点、约束点和指定节点的作用力、力矩； 2）计算管系节点的应力值； 3）计算管系节点的位移值； 4）弹簧支（吊）架的弹簧数据（表）； 5）指定节点的法兰承载校核数据（表）； 6）设备管口承载校核数据（表）； 7）管系节点的最大荷载、应力和位移值。

2.2.3分析计算结果应按下列方法判断和处理

当计算的接管口力和力矩不超过许用的力和力矩时，应认为它是安全和可靠的。许用的力 矩值（范围）应符合下列要求： 1）设备（产品）厂商提供符合国内外同类产品制造和检验标准要求的接管口许用荷载值： 2）相关设计专业提供符合标准要求的接管口许用荷载值； 3）当上述要求都不能符合时，可由提供方（或专业）予以协调确定并使问题得到解决。 2应力的判断应包括： 1）当“工况1”的应力计算结果不超过管道的许用应力时，应认为一次应力是安全和可靠的： 2）当“工况2”的应力计算结果不超过管系热态下的许用应力范围时，应认为二次应力是 安全和可靠的； 3）当“工况3”的应力计算结果不超过管系工作偶然状态下的许用应力范围时，应认为偶 然应力是安全和可靠的。 3 位移应按下列要求进行判断： 1）线位移应包括热胀产生的附加位移和释放约束后的应变位移。应以计算结果为依据， 进行适应性处理； 2）角位移的计算结果值不超过管道组成件或管道附件所允许的正常角位移值时，应认为 它是安全和可靠的。 4合格计算结果处理应包括下列方面： 1）标识计算结果合格； 2）按规定方式送交或通知有关方（或专业）。 5不合格计算结果处理应包括下列方面： 1）标识计算结果不合格； 2）按规定方式送交或通知有关方（或专业）； 3）针对问题分析，提出修改建议或进行新一轮复算，以求达到合格（或通过）。 6计算机程序使用应注意下列事项： 1）在工程设计中，不得使用未批准的程序。 2）当程序建模建立在线弹性理论基础上时，程序功能往往未考虑应力松弛和应变自均衡；如 果对固定点的推力和力矩以及对约束点反力和力矩的计算值天于实际值，可不再增加余量。 3）当程序中的某些假定条件与管系的实际情况不一致时，应明确予以判断。 4）设计者或程序使用者应能对具体情况作出全面、准确的分析和判断并运用成功的经验 对计算结果作出合理和有效处理，达到在保证安全可靠的前提下，使费用得以控制

系统动力问题的等效静力分析

3.1管道系统动态荷载的分类

3.1管道系统动态荷载的分类

3.1.1管道系统动态荷载中的随机荷载可按下列方法分类计算： 1随机荷载中的风荷载可按下列方法计算： 1）风荷载计算应考虑当风撞击管道使风的动量减弱而在管道上产生等效压力； 2）在给定的时间内，可按主要方向和平均速度计算； 3）随着时间的延长，风荷载的变化不可预见，应包括所有方向和风速范围。 2随机荷载中的地震荷载计算应考虑地震通过结构和地面的锚固传递给结构和管道系统的 作用力。 3对于随机荷载，宜采用谱分析或静态等效法求解。 4地震和风的作用可不同时考虑。 3.1.2管道系统动态荷载中的谐波荷载可按下面方法分类计算： 1谐波荷载可以用下列函数进行描述计算：

F()= A + B cos(ot + Q)

脉冲应包括下列三类 安全阀脉冲荷载。 2流体锤脉冲荷载：

图3.1.3柱塞流在弯头施加的作用力

2.1管道系统动力学问题的分析方法可通过等效静力法转化为静力学问题，将动荷载用静荷载 示，并加载到管道系统进行静力学分析。 1地震荷载可按下面方法进行分析： 1）按现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306的要求，选择相应地区的三个方 向的地震加速度。 2）地震荷载与管道的质量成正比，线荷载值为：

式中： F—地震线荷载； 地震加速度：

g——单位长度管道质量。

2风荷载可按下面方法进行分析：

式中： P—风压; V—风速; 空气密度。

式中： F——①处的排气反作用力； m—介质的质量流量； V——①点的介质流速； P——①点的介质压力; P——标准大气压；

4）安全阀系统的的自振周期计算公式如下：

mH3 T = 0.114 6, EL

T = 0.114 6, mH3 EL

4非金属管道柔性分析和应力计算规定

4.1.1非金属管道直管部分的设计壁厚应按式（4.1.1）计算：

4.1.1非金属管道直管部分的设计壁厚应按式（4.1.1）计算：

式中： t一包括加工、腐蚀、冲蚀裕量在内的最小厚度，mm； t一一计算壁厚（承受内压），mm c一一加工裕量加腐蚀和冲蚀裕量之和，mm。对于螺纹元件，采用公称螺纹深度。对于未规 定公差的机械加工或切槽，起公差可假定为：在规定的切槽深度以外再加0.5mm。 4.1.2计算壁厚t应不小于由下列公式所得的计算值： 1热件管

RTR（层压）管：

3RTR（缠绕）RPM（离心浇铸）管： PD = 2SF+P

生1：这些推存的范围是在低压 响热塑性塑料性能的流体得到的。 注2：低于表列温度时使用该列静压设计应力（HDS）

注1：这些推荐的范围是在低压下用水和其他不影响热塑性塑料性能的流体得到的。

4.2.1柔性分析可按下列方法进行

.1柔性分析可按下列万法进行： 1 位移应变法分析内容应包括： 1）由热膨胀或收缩，约束的柔性，外部施加的位移引起的应变，非金属管道不具有完全 的弹性行为，管道系统的应力不应通过应变计算出来； 2）在热塑性塑料和某些RTR和RPM管道中，位移应变不一定会造成管道的立即破坏 但应考虑在反复的热循环和长时间处于高温下可能会发生进一步的有害的变形； 3）在脆性管道和某些RTR和RPM管道中，材料呈现刚性行为，应考虑过度的应变而产 生位移应力，直至发生突然的断裂、破坏。 2位移应力法分析内容应包括： 1）对于不同的非金属材料，当设计人员选择一种以弹性行为为假设的柔性分析方法时， 应证实这种方法适用于其所分析的管道系统，并确定柔性分析和应力计算的安全范围； 2）当管道的局部区域有可能出现过量变形时，应利用管道的布置或采用特殊接头或膨胀 元件使过量变形减至最小。 .2柔性分析的材料特性应包括下列参数：

热塑材料的弹性模量值不受温度影响而与承受应力的时间有关系。表中所列的热固性树脂管的的弹性模

比取值应考虑不同材料在不同温度条件下的变

1管架设计应包括下列基本内容： 管架间距； 2 管架设置； 3管架的选用； 4管架设计说明书的编制； 5管架施工指导； 6管道基本跨距。

5.2.1确定管架间距应包括下列工况条件

操作工况应考虑下列设计荷载： 1）管道及其零部件的重量； 2）流体介质的重量； 3）绝热层的重量； 4）热胀荷载； 5）摩擦荷载； 6）泄放荷载。 2水压试验工况应考虑下列设计荷载： 1）管道及其零部件的重量； 2）充水的重量。 3 特殊工况应包括下列设计荷载： 1）风荷载； 2）地震荷载； 3）振动荷载； 4）冲击荷载； 5）雪荷载； 6）冰荷载； 7）检修荷载。

1连续敷设的水平直管的最大跨距应按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度（挠度）条件计算

应按强度条件校核，取两者中的较小值。

式中： L一一各种特定情况的允许跨距，m； Lo最大跨距，m; f一跨距折减系数。 3四种情况的跨距折减系数可从图5.2.2查得。对于更为复杂的管系，其跨距可通过计算机 程序计算得到

图5.2.2四种布置情况的跨距折减系数

4垂直管道的导向间距除应考虑承重的因素外，还应注意防止风载引起的共振以及垂直管道 的轴向失稳。在考虑承重架的同时，还要适当考虑增设必要的导向架。一般垂直管道（钢管）的 向间距可按附录1表1.0.4选取。 5水平管道导向管架间距除应考虑承重的因素外，还应注意到当管道需要约束，以限制风载、 地震、温差变形等引起的横向位移，或要避免因不平衡内压、热胀推力以及支承点摩擦力造成管 道轴向失稳时，应适当地设置些必要的导向架。特别是在管道很长的情况下，更不能避免。水平 管道（钢管）的导向架最大间距可按附录I表I.0.5选用。 6当地震设防烈度≥7度时，支架跨距应按附录I表I.0.6选用。

有脉动影响的管道” ，应在管道基本跨距的 减小一相应倍数的距离pvc标准，该倍数是 几器的脉动频率的函数。

5.3.1管架设置应按下列原则进行

1管架设置应严格控制管架间距不能超过管道的基本跨距（即管架的最大间距）的要求，无 其是水平管道的承重架间距更不能超过许用值，这是控制挠度不超限的需要。 2管架设置应满足管系柔性要求，并同时考虑下列因素： 1）宜利用管道的自支撑作用，少设置或不设置管架； 2）宜利用管系的自然补偿能力，合理分配管架点和选择管架类型，注意在同一段直管上 不能设置两个或两个以上的轴向限位架； 3）长距离敷设的管道，应在适当的位置设置导向管架，增加管系的稳定性，在管道改变 方向处，导向管架的设置应避免影响到管道的自然补偿； 4）在设置管架的过程中，如发现有与两台设备的接管口相连接的同一轴向直连管道时， 应及时通知有关设计专业，改变管道布置，或选用补偿器，或采用其他措施消除热胀或冷 缩对设备接管口受力和管系柔性的不利影响； 5）经管系柔性分析和应力计算以及动力分析所确定了的约束点位置和药束型式，设计时 应满足分析要求，不应擅自处理和变更。 3管架生根点的确定应充分了解管道与周围环境的情况，如管道附近建构筑物和设备布置情 兄，合理选择管架生根点。管架生根点的选择应符合： 1）宜利用已有的建筑物、构筑物的构件以及管廊的梁柱来支承管架。建筑物如墙也可以 作为管架的生根点； 2）宜利用设备作管架生根点，必要时大管也可作为荷载小的小管管架的生根点： 3）若管架不能利用1）项和2）项生根，应利用地面或地面基础生根； 4）无处生根或难以找到合适生根点的管架，必须修改管道走向，并重新设置相应的管架 4管架位置的确定应满足下列要求： 1）管架位置应不妨碍管道与设备的安装和检修，需经常拆卸、清扫和维修的部位，不应 设置任何型式的管架； 2）为维修方便，应尽可能避免在拆卸管段时配备临时管架； 3）不应妨碍操作和人员通行； 4）管架设置宜数量少，结构简单，经济合理，但又应确保安全可靠，既能减缓和抑制振 动，又能抵御地震、风载等恶劣环境的影响。 2能加盟西

5.3.2管架设置应满足下列要求

1有上悬条件承重架的设置可选用悬吊式管架；有下支条件的可选用支撑式管架。下列 应设置承重架：

图（b）的下接口管道的承重架位置设在与管口相同标高处项目管理和论文，对膨胀有利。

3）管架宜生根在塔体上，距地面或通道平台2.2m以上。

4泵类管道管架应按下列要点设置：