管道常用計算公式課件

1、油氣管線安裝工專業(yè)知識第一章 管道常用計算知識書中初、中、高級工中，管道常用計算知識已基本概括，為了系統(tǒng)與連貫，我把這些常用計算統(tǒng)編在一起，起到承前啟后，復(fù)習(xí)熟練各種常用計算的計算內(nèi)容，以便更好地理解工作中遇到的相關(guān)知識。- 精品-第一節(jié) 管子質(zhì)量的計算一、管子質(zhì)量的計算 理論計算公式：（上冊171頁）G= L（D-） 單位：千kg式中 G管子質(zhì)量，千kg；L管長，m；D管外徑，m；壁厚，m； 管材密度，鋼管=7.85103kg/m3鑄鐵=7.24103kg/m3- 精品- 若把所有長度單位用dm（分米）表示，用kg/dm3,則G的單位就是kg。二、經(jīng)驗公式 G=0.2466（D-）.L kg

2、式中G、D、L含義同上；D、的單位用習(xí)慣表示的mm，L的單位用習(xí)慣表示的m，則G的單位是kg。若全部單位（長度）都用dm，系數(shù)改用24.66，則G的單位也是kg。- 精品- 本公式只適用于鋼管。若是鑄鐵管系數(shù)為0.02275，銅管改為0.02796，鋁管改為0.00848，。所謂經(jīng)驗公式只不過是把密度和的積算出來，再把長度單位改成與kg相適的dm或習(xí)慣表示法。（這類公式不提倡）。例：求21910無縫鋼管20m的質(zhì)量。解：已知L=10m =0.01m =7.85千kg/m3 D=0.219m- 精品- 將已知條件代入公式理論公式：G = 203.14（0.219-0.01）0.017.85=1.

3、03033=1.03千kg經(jīng)驗公式：G = 2000.02466（2.19-0.1）0. 1=1.03千kg答：所求鋼管的質(zhì)量為1.03千kg。若把系數(shù)改為24.66，則G的單位亦為kg，上邊例題答案1030kg。- 精品- 三、查表計算：有關(guān)手冊和所有管工教材附表都有鋼管規(guī)格表，各種規(guī)格每米質(zhì)量（原稱重量）都在表中列出。G = L.每米質(zhì)量 L管長，m。例如1000m公稱直徑40mm的加厚管的質(zhì)量是多少？查表知該規(guī)格管壁厚4.25、每米4.58kg，那么總質(zhì)量為： 4.581000=4580kg=4.58噸。（未計接頭焊道高處質(zhì)量）- 精品-第二節(jié) 管內(nèi)流量計算一、體積流量Q=V.A m3/

4、s （平均流速v, m/s，過流斷面面積A，m2）二、質(zhì)量流量(上冊171頁）Q=.v.A.t kg/s 或千kg/s（為流體密度千kg/m3，有時用kg/dm3，v和A同上。）注意：在Q用kg/s時，一定采用dm計v和A，這樣不易出錯，一般情況采用103kg/s（千kg/s），即所有長度單位取m。- 精品- 關(guān)于兩種流量的使用，多使用體積流量，因為管道尺寸固定，比較容易與尺寸相聯(lián)系。在化工計算時多采用質(zhì)量流量。除了冷水在計算流量時兩種數(shù)值一樣，其他流體都不一致。因為水的密度是1。- 精品- 管徑計算公式： （上冊171頁）例：設(shè)某管線每天輸油量為6190t，輸送油的密度為 流速為1.5/s，

5、求該管線內(nèi)徑？D = = = 0.26m = 260mm答：根據(jù)內(nèi)徑260可選2736.5的無縫鋼管。d 管道內(nèi)徑m；Q 輸油量；p 管內(nèi)介質(zhì)密度，Kg/mV 管內(nèi)流速，m/s- 精品-第四節(jié) 管子熱膨脹計算由于管線的安裝溫度多數(shù)不一致，若溫差較大，則因溫度變化引起的脹縮量會導(dǎo)致其他變形和內(nèi)應(yīng)力，還會涉及支承和安全問題，因此如何準(zhǔn)確的計算脹縮量、去考慮支承形式問題、選擇補(bǔ)償方式和補(bǔ)償條件等是管工應(yīng)掌握的基礎(chǔ)知識。- 精品- 膨脹量計算公式（上冊172頁）L=.L.t式中 L膨脹量，m；管子材料的線膨脹系數(shù)， 或直接取1/。鋼1.210-5，（ 0.012mm即每度1道）銅1.6510-5，鋁2

6、.410-5 。t工作溫度與安裝溫度之差，。- 精品- 例4某段2Km供暖管線，施工溫度20。最高工作溫度60，試求熱膨脹量。解：已知t2=60 t1=20 t=60-20=70L=2000m，供熱管一般為鋼管=1.210-5/把數(shù)據(jù)帶入L=.L.t =1.210-52000（60-20）=0.96（m）答：這段管的總膨脹量為0.96m.- 精品-第五節(jié) 線自然補(bǔ)償（L型）的計算在管道安裝時，必須考慮熱應(yīng)力過高帶來的危害。如果限制因溫差導(dǎo)致的變形量，則管子本身會產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)第五節(jié) 線自然補(bǔ)償（L型）的計算力稱熱應(yīng)力，它會與內(nèi)部流體壓力一起聯(lián)合作用加大管子的破壞和支承的破壞。因此必須

7、采取應(yīng)對措施，這些措施包括采用活動管托，管夾、采用熱補(bǔ)償。熱補(bǔ)償又分自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償。所謂自然補(bǔ)償就是利用管線某一彎曲管段的彈性變形，來吸收另一管段的變形量的方法。其彎曲部位就稱自然補(bǔ)償器。利用自然補(bǔ)償器補(bǔ)償管線長短變化，稱線自然補(bǔ)償。常見的自然補(bǔ)償器有L型、Z型、U型及混合型，但其基本型是L型。（見圖一）。所以我們先掌握好L型線自然補(bǔ)償?shù)挠嬎恪? 精品- M、計算公式： m（上冊172頁）式中L1短臂長，m； L長臂L2的伸長量=.L2.tmm D管子外徑，mm 。例5如圖所示(下篇）管線，L2長500m，施工溫度20，工作溫度80，求L1的長度。解：已知L2=500m D=60mm t

8、=80-20=60，L=5001.210-560=0.36m=360mm將已知條件代入公式:M答：管段L1取長9.510m較合適。（一般不得小于計算值）- 精品-技師專業(yè)知識 603.5 無縫鋼管- 精品-第六節(jié) 管道強(qiáng)度計算管道強(qiáng)度計算就是對已知管道進(jìn)行強(qiáng)度校核或根據(jù)給定材料確定管子的壁厚。管道強(qiáng)度計算分別計算環(huán)向應(yīng)力、溫度應(yīng)力、軸向應(yīng)力和綜合應(yīng)力。一、管道環(huán)向應(yīng)力。環(huán)向應(yīng)力是因管內(nèi)流體壓力使管壁周向引起的應(yīng)力n。n= 式中p流體壓力，MPa；（上173、下42頁d管子內(nèi)徑，mm；管子壁厚，mm；- 精品- 例6某管線管子規(guī)格為3777，設(shè)計壓力為4.8 MPa，求環(huán)向應(yīng)力。解：已知p=4.

9、8 MPa d=377-27=363mm =7mm把已知條件代入公式 n= =124.46MPa答：所求管線的環(huán)向應(yīng)力為124.46MPa。- 精品-管線軸向應(yīng)力的計算管線軸向應(yīng)力計算公式： 管線的軸向應(yīng)力（正值為拉應(yīng)力，負(fù)值為壓應(yīng)力），MPa;E 鋼材的彈性模量：a鋼材的線性膨脹系數(shù)： ， 管線安裝溫度， 管線工作溫度， 管線環(huán)向應(yīng)力，MPa; 泊松比，取0.3.- 精品-溫度應(yīng)力計算二、溫度應(yīng)力t。溫度應(yīng)力就是因熱脹冷縮，而管又固定死不能伸縮，使管子內(nèi)部產(chǎn)生的壓或拉應(yīng)力t,單位MPa。t=.E.t 式中：管材的線膨脹系數(shù)。鋼取1.210-5/；E管材的彈性系數(shù)，鋼的E為2.06105MPa

10、；t工作溫度t2 與施工溫度t1之差，。- 精品- 例7某油罐出油管為1594.5，材料Q235，操作溫度68，施工溫度18，當(dāng)管線在罐前1處被固定時，求管線的溫度應(yīng)力及對罐的推力。解：已知t2 =68，t1 =18，D外=159mm ，d內(nèi)=150mm ，E=2.06105MPa；將已知條件代入公式：t=68-18=50 A= =2180mm2t=.E.t=1.210-52.0610550=123.6MPa對罐的推力F=t.A=123.62180=269448N=269.45KN答：管的溫度應(yīng)力為123.6MPa，管對罐的推力F為269.45KN。- 精品- 三、管的軸向應(yīng)力a（下冊43頁）

11、。管的軸向應(yīng)力是管的溫度應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力對軸向應(yīng)力的影響之和，（對研究對象，拉為正，壓為負(fù)。）溫度應(yīng)力是熱脹為負(fù)（壓），冷縮為正（拉），環(huán)向應(yīng)力影響是正（拉），因為流體壓力使管外脹，管有變短的傾向。a=.E.t+.n 式中泊松比（橫向變形系數(shù)）取0.3t必須取t1- t2。說明：t是施工溫度減工作溫度，保留差的正負(fù)號。以定前項是拉還是壓。即前項正，軸向力的溫度應(yīng)力為拉應(yīng)力，也就是工作溫度低于施工溫度。- 精品-四、管道應(yīng)力核算由于管子受力情況復(fù)雜，其主要破壞應(yīng)力為環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力，其破壞機(jī)理，對于塑性材料來講，屬于第三強(qiáng)度理論解決。根據(jù)第三強(qiáng)度理論的公式 =1-3相當(dāng)于管子應(yīng)力n-a.（下冊4

12、3頁）所以核算公式（強(qiáng)度條件）為：=n-a式中核算應(yīng)力MPa，n和a分別是環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力。管子的許用應(yīng)力=0.9s。s為材料的屈服強(qiáng)度極限。注意：不管什么正應(yīng)力，拉都為正，壓都為負(fù)。- 精品- 例8某管線需用604的管子，施工時的溫度為12，工作溫度70，工作壓力16MPa，試問選用Q235AF材質(zhì)管能否滿足強(qiáng)度。（Q235AF的s=235 MPa）解：已知t2=70 t1=12 P=16MPa d=60-24=5.2cm =4 cm先求n = = =104 MPa再求a = E（t1-t2）+n=2.061051.210-5（12-70）+1040.3 =-143.4+31.2=-112

13、.2 MPa代入計算公式=n-a =104-（-112.2）=216.2 MPa因 =0.9s=2350.9=211.5 MPa即 答該管從理論上不能滿足強(qiáng)度。- 精品-五、管道壁厚的計算求管壁厚，考慮到各種受力情況，通過比較簡化的實用計算式進(jìn)行計算。 mm 式中 P工作壓力MPa； D管子外徑，mm； 管子的許用應(yīng)力=F.s. F為設(shè)計常數(shù)：野外取0.72；站廠內(nèi)取0.6，輸氣管線站廠外取0.6，廠站內(nèi)取0.5， 為焊縫系數(shù)：無縫管取1.0，一般螺旋管取0.9。 C為腐蝕余量。對腐蝕性介質(zhì)一般取0.50.9。- 精品- 例9現(xiàn)有一批Q235管材，規(guī)格為2736.5的螺旋焊接管，試計算?？茨芊?/p>

14、用在工作壓力為6.4MPa的輸油管線和輸氣管線上？解：根據(jù)題給條件，先求許用應(yīng)力 =F.s.，假設(shè)在站外F油=0.72，F(xiàn)氣=0.6油=0.722350.9=152.3MPa氣=0.62350.9=126.9MPa同取C為0.5則油= =6.2mm，氣= =7.4mm，所求油=6.2mm管子的壁厚6.5 mm，能用。- 精品- 氣=7.4mm管子的壁厚6.5 mm，不能用。答：這批Q235 2736.5的焊管能用在壓力為6.4MPa的輸油管線上，但不能用在6.4MPa的輸氣管線上。- 精品-第七節(jié) 管線允許跨度的計算管線的固定和支承，不管是跨溝過路，還是架空布線都涉及管線的跨度問題。所謂跨度計

15、算，就是在考慮1管重、2介質(zhì)重、3管外防腐保溫材料重以及4雨雪影響，甚至維護(hù)時的5人、6物重量、7風(fēng)力、8抗震影響等因素,計算出兩支承點的最大允許距離L。- 精品- 公式 L0= (下冊44頁）式中L0管線允許跨度，m； 管材的許用應(yīng)力MPa；（N/mm2）W管子的抗彎截面系數(shù)cm3，W =0.098D管子外徑cm。d管子內(nèi)徑cm。K0彎距系數(shù)，（支墩少于3個取0.125；支墩大于7個取0.106；4個支墩取0.1；5個支墩取0.107；6個支墩取0.105.）q單位長度管線的重量=管子重量+介質(zhì)重量+防腐保溫材料重量+其他力等，N/m。（即單位載荷）運用公式時注意單位： 用MPa，D，d用c

16、m得W的單位cm3，q用N/m，正好得L0的單位為m。若全部長度單位用m，則 用106Pa也行，但在求q時應(yīng)全部用m。- 精品- 例101144的輸油管線，需跨過8 m寬的路，兩個支墩位于路兩邊外，間距共12m，問管線跨過這12m間距，強(qiáng)度夠否？（已知管內(nèi)介質(zhì)密度860 kg，三防結(jié)構(gòu)材料為30N/m）解：已知D=11.4 cm （0.114m） d=10.6cm （0.106m） 油=860kg/m3, 鋼=7850kg/m3,）則W = = = 36.7cm3（36.710-6m3）q=（D-d）鋼g+油g+30=3.14（0.114-0.0040.00478509.8+0.1062860

17、9.8+30=210.62 Nm- 精品- 取=141 MPa； K0=0.125得L0=14m若w用m3，則L0=14m答：該管線允許的最大跨度為14 m，對于現(xiàn)有過路支墩12 m的間距條件，強(qiáng)度足夠。- 精品-第八節(jié) 盲板強(qiáng)度計算在管道施工過程中，經(jīng)常遇到分段施工分別試壓或預(yù)留接口等，都涉及到盲板的選用問題，或盲法蘭（法蘭蓋）的選用問題。（上冊175頁）盲板的選用從強(qiáng)度方面考慮的主要因素是厚度，其計算公式為：式中D為盲板直徑（指同管內(nèi)徑相等的直徑）- 精品- P為介質(zhì)壓力，即工作壓力。盲板的許用應(yīng)力=0.30.6s例11某氣管4268，設(shè)計壓力2.5MPa，求盲板厚度。（取材為Q235）解

18、：已知D=426-28=410mm P=2.5 MPa =2350.6=141 MPa代入 =0.4410=21.8 mm答：可選板厚為22 mm的Q235鋼板。- 精品-第九節(jié) 封頭強(qiáng)度計算封頭是筒形設(shè)備的端頭部分，凡是端頭部分與筒體焊接成不可拆的稱為封頭。而用法蘭連接成可拆的稱端蓋，這類設(shè)備屬管線的相關(guān)設(shè)備。常見封頭的形式有：1半球形、2橢圓形、3碟形、4錐形及5平板形。前三種又稱凸形封頭。半球形封頭力學(xué)性能好，但制造困難，一般用于壓力較高，直徑較大的中高壓容器。橢圓形封頭是半橢球和一段短圓筒組成（由一塊板沖壓成），雖然應(yīng)力情況比不上半球形，但比它易做，目前被廣泛采用于中低壓容器。碟形封頭

19、，初看形似橢圓封頭，但它的弧面不是半橢球，而是一大弧面，周邊帶大彎角，與園筒短節(jié)相接，制造容易，甚至可以錘打制做，但應(yīng)力狀態(tài)不太好，近年來慢慢被橢圓封頭取代。- 精品- 錐形封頭僅用于收集或卸除粘度較大的懸浮物料或固體物料的立式筒體容器，制做較易。平板形封頭最簡單，小尺寸高中低壓均適應(yīng)，但材質(zhì)要求高，而且應(yīng)對筒頭加強(qiáng)。下面為幾種封頭的強(qiáng)度計算公式，即求封頭板厚的公式。（上冊175頁）- 精品- 平板接頭 （臥罐用）P臥罐的設(shè)計壓力；R封頭半徑；E封頭材料的彈性模量（彈性系數(shù)：Mpa） 封頭材料的許用應(yīng)力C封頭厚度附加量碟形封頭 （標(biāo)準(zhǔn)型）- 精品- 式中P、C同上D內(nèi)塔或罐的內(nèi)徑，非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該用

20、R弧面半徑。對于標(biāo)準(zhǔn)型 R=D內(nèi)焊縫系數(shù)，一般取0.9.橢圓封頭 有關(guān)參數(shù)含義同上（標(biāo)準(zhǔn)型）半球形封頭 有關(guān)參數(shù)同上- 精品- 第十節(jié) 法蘭強(qiáng)度計算法蘭是管線中常用的重要管件。也是壓力容器的重要附件。法蘭分壓力容器法蘭和管法蘭，二者各自有標(biāo)準(zhǔn)，即使公稱直徑相同的，這兩種法蘭也不能代用。因為二者的連接尺寸不同。不管是平焊、對焊、活套還是螺紋式法蘭，其強(qiáng)度計算均涉及兩部分：法蘭厚度和法蘭螺栓，直徑的確定（按抗拉強(qiáng)度計算、螺紋內(nèi)徑處）。- 精品- 螺栓法蘭的厚度計算公式和法蘭螺栓抗拉計算公式一、a =x= , M= 式中法蘭厚Q螺栓拉力（載荷）D1法蘭螺栓孔中心線直徑（基圓直徑）D2法蘭螺紋中徑- 精品- D法蘭外徑法蘭材料許用應(yīng)力二、螺栓直徑（內(nèi)徑）計算式d= 式中 Q螺栓載荷