第一章 绪论 1
第一节 配管设计工业管道应力分析的概念 1
一、工业管道（配管）设计的概念 1
二、应变与应力 1
三、笛卡尔（Descartes）坐标系 3
四、管道的变形 3
五、管道应力的分类与比较 6
六、管道应力分析中的薄壁假设 8
第二节 工业管道应力分析过程 8
一、工业管道应力分析的目的 8
二、管道应力分析的主要内容——静应力分析和动应力分析 9
三、管道静力分析与动力分析的关系 10
四、管道应力分析的工作程序和任务 10
五、国外某些大中型工程项目工业管道计算机应力分析程序 12
六、国外某些大中型工程项目应力分析设计文件组成 13
七、使用计算机软件3D模型做管道布置设计的详细应力分析流程图 13
第三节 确定需要详细应力分析的管道 14
一、详细应力分析的概念 14
二、GB 50316对管道柔性计算的范围和方法的规定 14
三、ASME B31.3和ASME B31.1对管道柔性计算的范围和方法的规定 14
四、SH 3041对管道柔性计算范围和方法的规定 16
五、HG/T 20645对管道柔性计算和应力计算的规定 16
六、GB/T 20801对埋地管道应力分析的规定 17
七、某炼油工程管道应力分析设计方法的工程应用 17
第四节 工业管道安全评定 21
一、ASME B31系列标准的管道应力校核准则 21
二、GB系列标准的管道应力校核准则 22
三、ASME B31.3二次应力校核准则公式推导分析 24
四、GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3中二次应力校核条件的比较 25
五、ASME B31.3应力范围校核的替代方法 25
六、工业管道作用于设备管口的应力安全评定标准规范 26
七、ASME B31.1和ASME B31.3的不同点 26
八、某管线跨热电、化工和炼油区域安全评定分界工程实例 28
第五节 工业管道的物理特性理论 28
一、线膨胀系数（Thermal Expansion Coefficient） 28
二、弹性模量（Modulus of Elasticity） 28
三、泊松比（Poisson Ratio） 28
四、柔度系数（Flexibility Factor）和应力增强系数（Stress Intensification Factor） 29
五、焊接系数 29
六、蠕变和应力松弛 29
七、四种强度理论 29
八、弹性变形和塑性变形 30
九、弹性体的应力与虎克定律 30
第六节 工业管道应力分析常用标准规范 31
一、国家标准规范 31
二、石油化工行业标准规范 31
三、机械行业标准规范 31
四、化工行业标准规范 31
五、电力行业标准规范 31
六、美国机械工程师协会标准规范 31
七、美国石油工程协会标准规范 32
八、NEMA标准规范 32
九、MSS标准规范 32
十、英国标准规范 32
第二章 计算机辅助应力分析软件 33
第一节 计算机辅助应力分析综述 33
一、计算机辅助应力分析遵循特点与假设 33
二、计算程序流程 33
三、计算机辅助应力分析使用注意事项 33
四、一些应力分析中需要注意的边界条件 34
第二节 管道应力分析计算机软件AutoPIPE 35
一、AutoPIPE简介 35
二、AutoPIPE软件的应用 35
三、模型初始化参数输入 35
四、模型构件的建模 36
五、模型分析和计算类型 40
六、输出结果及安全评定 42
第三节 管道应力分析计算机软件Caesar Ⅱ 45
一、Caesar Ⅱ简介 45
二、Caesar Ⅱ软件的优缺点 45
三、参数输入及建模 45
四、程序运行 50
五、输出结果及安全评定 51
六、使用过程中注意的问题 54
第三章 工业管道系统静力分析 56
第一节 工业管道系统静力分析基本方法 56
一、管道系统静应力的复杂性 56
二、静力分析方法的发展趋势 56
三、近似计算法、图表法、矩阵解析与计算机辅助分析法 56
四、快速管道应力分析方法 57
第二节 管道系统的热膨胀 57
一、管道系统的热膨胀的产生 57
二、管线的热胀量 57
三、热膨胀的应力 58
四、空间管道的膨胀量与推力 59
五、塔顶部管口的热膨胀量的确定 59
第三节 工业管道柔性设计（静力分析）原理及评定标准 60
一、工业管道柔性的概念 60
二、工业管道柔性设计的目的 61
三、工业管道柔性设计的原理 61
四、管道柔性设计计算方法分类 62
五、表算法应用范围 62
六、弹性中心法应用范围 62
七、应变能微分法应用范围 63
八、等值刚度法应用范围 63
九、追赶位移法应用范围 63
十、原始参数位移法应用范围 63
十一、有限单元法应用范围 63
十二、管材许用应力 63
十三、管道柔性设计计算结果应包括内容 63
十四、管道柔性设计评定标准 64
十五、管道作用在设备或固定点上的推力和力矩计算原则 65
十六、影响管道柔性的因素 65
十七、增加管道柔性的方法 67
十八、通过管道空间走向增加柔性 67
十九、变换设备管口连接方向和使用设备管口柔性管件增加柔性 67
二十、使用弹簧支吊架增加柔性 68
二十一、管道柔性元件增加柔性 68
二十二、减少管道摩擦力增加柔性 68
二十三、增加柔性时对冷紧、设备膨胀、不均下沉等因素的考虑 69
二十四、管道柔性设计中支架摩擦力的影响 69
二十五、管道柔性设计时应考虑管道端点的附加位移 69
二十六、计算机柔性设计计算要点 69
二十七、静应力分析与柔性设计的关系 71
二十八、应力集中（Stress Concentration Factor）问题 71
二十九、高温管道，用较厚的管子代替较薄的管子时应注意的问题 71
三十、某工程两设备间管道柔性布置实例 71
三十一、SH/T 3041《石油化工管道柔性设计规范》与ASME B31.3对柔性分析和疲劳评定的比较 72
第四节 管道柔性设计时计算温度的确定 73
一、计算温度与计算压力的概念 73
二、GB 50316对计算温度的规定 73
三、SH/T 3041对计算温度的规定 74
四、HG/T 20645对计算温度的规定 74
第五节 管道柔性设计工作程序 74
一、确定管道的基础条件 74
二、管系的柔性设计程序 75
第六节 工业管道的补偿器类型及布置 76
一、自然补偿器 76
二、波形补偿器 77
三、套管式或球形补偿器 78
四、金属软管的设计及工程应用 79
第七节 冷紧 83
一、冷紧的概念 83
二、冷紧与一次应力和二次应力的关系 83
三、冷紧比的概念 83
四、冷紧的设计原则 83
五、自冷紧的概念 83
六、冷紧比的概念 83
七、冷紧的设计 84
八、冷紧或自冷紧时管道对固定点的推力计算 84
九、冷紧的施工 86
十、某石化工程外管廊高压蒸汽管道冷紧的应用 86
第八节 自然补偿器的设计与计算 87
一、管线热补偿设计的注意事项 87
二、弹性的概念 87
三、L形管系长臂与短臂的补偿设计 88
四、L形补偿器短臂长度的计算——公式法与图表法 88
五、Z形补偿器垂直臂长度的计算——公式法 90
六、凝结水管道П型自然补偿器的柔性设计方法举例 91
七、自然补偿设计需要考虑热胀的管线 91
八、必须使用非弯管补偿器的情况 92
九、自然补偿设计时管托长度的设计 92
十、固定点（指较长距离的管线上的固定点）的选择 92
第九节 塔管道的柔性设计 93
一、两塔管口处于同一标高时自然补偿的管道布置设计 93
二、两塔管口标高不同时自然补偿的管道布置设计 94
三、三个抽出口或三个进料口的管线自然补偿设计 95
四、塔底管线柔性设计 95
五、塔侧进线的柔性设计 95
六、避免塔顶自然补偿弯 95
七、从塔顶下来管道的柔性设计 95
八、塔管道与邻近设备连接时柔性分析应考虑的因素及一般过程 95
第十节 立式设备管道的柔性设计 96
第十一节 换热设备管道的柔性设计 97
一、换热器管道的柔性设计 97
二、空冷器管道的柔性设计 97
第十二节 再沸器管道的柔性设计 97
一、再沸器支腿长度的决定因素 97
二、可滑动再沸器的柔性设计 97
三、尽可能不用波纹管（Bellows）缓和再沸器的热应力 98
四、两个对称再沸器管道柔性的设计 98
五、再沸器与塔连接情况的应力分析 100
六、某卧式再沸器与塔管道的典型柔性连接 101
第十三节 泵管道的柔性设计 102
一、泵管道的柔性设计要点 102
二、泵吸入管道的柔性设计 102
三、竖直泵管道的柔性设计 102
四、水平泵（冷却水泵）管道的柔性设计 103
五、蒸汽透平管道的柔性设计 103
第十四节 加热炉管道的柔性设计 103
第十五节 安全阀管道的柔性设计 104
一、蒸汽安全阀管道的柔性设计 104
二、非蒸汽安全阀的柔性设计 105
第十六节 排放竖管的柔性设计 105
一、小排放竖管（V.S.S，Vent Stack Small）的柔性设计 105
二、大排放竖管（V.S.L，Vent Stack Large）的柔性设计 105
第十七节 蒸汽消音器管道的柔性设计 106
第十八节 罐区管道的柔性设计 106
一、罐区围堰内管道的柔性设计 106
二、常压罐区泵吸入口管道的柔性设计 106
三、柔性软管和管道系统的柔性设计 107
四、某工程球罐管道的柔性设计 107
五、消防泡沫液体罐管道的柔性设计 107
第十九节 管廊上管道的柔性设计 108
一、管廊上管道自然补偿固定架和导向架与柔性设计 108
二、管廊上管道波纹补偿固定架和导向架与柔性设计 108
三、管廊上管道П形自然补偿形式的优劣比较 109
第二十节 两端固定的无分支管系柔性简化计算 109
一、简化计算方法 109
二、计算内容及结果修正 111
三、П形自然补偿器设计工程经验数据查询表（含尺寸及应力） 111
第二十一节 膨胀节标准体系 114
一、波纹管膨胀节常用标准 114
二、标准的适用范围对比 115
三、膨胀节的结构形式比较 115
四、不同标准膨胀节的设计准则 117
五、不同标准稳定性设计的区别 117
第二十二节 波形膨胀节应用事故分析 118
一、膨胀节的选型错误 118
二、旧蒸汽管线的改造 118
三、波形膨胀节选材错误 118
第二十三节 金属波纹管膨胀节的选型与计算 119
一、金属波纹管膨胀节的概念和作用 119
二、金属波纹管膨胀节技术的发展 119
三、波纹膨胀节的附件 119
四、金属波纹管膨胀节的分类 120
五、各种金属波纹管膨胀节的结构分析及适用场合 121
六、金属波纹管膨胀节的选型及计算 124
七、膨胀节型号表示方法 126
八、EJMA与ASME不同之处 127
九、金属波纹管压力推力及固定支架作用力的计算 127
十、金属波纹管膨胀节选用中应注意的问题 129
十一、波纹管膨胀节的材质选用 131
十二、金属波纹管膨胀节在安装和使用中应注意的问题 131
十三、波纹管的稳定性概念 132
十四、直埋式波纹补偿器的设计 133
十五、波纹管补偿器的失效、设计疲劳寿命及可靠性 134
十六、某化工项目工程DN2000波纹管事故分析 136
第二十四节 波纹膨胀节选型的工程应用 136
一、单式膨胀节吸收管线轴向膨胀实例 137
二、复式膨胀节吸收管线轴向膨胀实例 137
三、膨胀节吸收带支管的管线的轴向膨胀实例 138
四、膨胀节吸收具有异径管的管线的轴向膨胀实例 138
五、包含Z形管段的管线上使用膨胀节的方法实例 138
六、弯管压力平衡式膨胀节吸收管线轴向膨胀实例 138
七、直管压力平衡式膨胀节吸收长的直管段上的轴向位移实例 139
八、弯管压力平衡式膨胀节吸收汽轮机、泵、压缩机等设备的热膨胀实例 139
九、单式膨胀节吸收轴向与横向组合位移的典型实例 139
十、万能式膨胀节在Z形管道的中间管臂的应用 140
十一、存在轴向与横向组合位移的场合使用弯管压力平衡式膨胀节实例 141
十二、管道转角不等于90°时使用弯管压力平衡式膨胀节实例 141
十三、工艺设备管口处弯管压力平衡式膨胀节实例 141
十四、横向位移较大时使用万能压力平衡式膨胀节的实例 142
十五、双铰链系统吸收单平面Z形弯管的主要热膨胀实例 142
十六、单平面Z形弯管中的三铰系统实例 142
十七、弯管角度不等于90°时使用铰链式膨胀节的实例 142
十八、连接设备也产生平面位移时铰链式膨胀节的应用实例 143
十九、设备与管道连接系统中应用铰链膨胀节的实例 143
二十、万向铰链式膨胀节工程应用实例 143
二十一、乙烯装置大口径火炬管道的波纹补偿器的设计工程应用 144
第二十五节 波纹管膨胀节的刚度和应力分析 144
一、波纹管单波轴向刚度 144
二、U形波纹管膨胀节的稳定性 145
三、U形波纹管膨胀节的疲劳寿命计算 145
四、波纹管的自振频率与共振防治 145
第二十六节 膨胀节管系支架的设计及受力计算 146
一、符号说明 146
二、膨胀节的位移 147
三、膨胀节所受的力和力矩 148
四、固定管架的受力计算 148
五、膨胀节管系导向管架 148
六、膨胀节管系其他管道支架 149
七、几种典型管道布置方式的膨胀节选型及其管架推力计算 149
第二十七节 膨胀节性能测试 153
一、试验目的及规则 153
二、耐压试验 153
三、气密试验 155
四、应力测定 155
五、刚度测定 155
六、稳定性试验 156
七、疲劳试验 157
八、膨胀节的爆破试验 157
第二十八节 容器管口允许受力（力矩）与分析 158
一、设备管口的允许推力和力矩的概念 158
二、影响容器管口受力的因素 158
三、静设备容器管口许用荷载 158
四、Sam Kannappan容器管口弯曲刚度计算 159
五、容器管口弯曲刚度计算实例 159
六、没有考虑容器沉降造成管口受力超限法兰泄漏事故实例 160
第二十九节 离心泵管口允许受力（力矩）与分析 160
一、离心泵分类 160
二、离心泵典型外形图 161
三、泵管道应力的简单分析和详细分析方法的确定 162
四、泵口的允许受力（力矩） 162
五、离心泵接管管道应力计算机分析要点 164
六、减小泵口受力的有效途径 164
七、离心泵管道的柔性设计实例 165
八、卧式泵泵口受力计算准则 166
九、立式泵泵口受力计算准则 167
十、泵的柔性分析与管架设置工程应用实例 167
第三十节 空冷器管口允许受力（力矩）与分析 170
一、典型空冷器布置类型 170
二、空冷器管口的允许受力（力矩） 170
第三十一节 离心式压缩机管口允许受力（力矩）与分析 171
一、典型离心式压缩机的布置 171
二、离心式压缩机管道应力分析 171
第三十二节 加热炉管口允许受力（力矩）与分析 172
一、典型加热炉布置类型 172
二、加热炉管口的允许受力（力矩） 172
第三十三节 蒸汽透平和汽轮机管口允许受力（力矩）与分析 173
一、NEMA SM23对汽轮机管口受力的限制 173
二、汽轮机和离心式压缩机管道的柔性设计 174
三、管道法兰与转动机器法兰之间的间距、平行度和同轴度的要求 175
第三十四节 某厂动力管道应力分析 175
一、基本概况 175
二、一次应力校核 176
三、二次应力校核 176
第三十五节 高压管道的应力分析 177
一、高压管道的概念 177
二、ASME B31.3内压作用下直管壁厚的计算 177
三、高压管道应力的校核条件 177
第三十六节 夹套管的应力分析 178
一、夹套管的结构 178
二、HG/T 20645蒸汽夹套管端板强度的计算方法 178
三、HG/T 20645蒸汽夹套管端板强度的计算要求 180
四、利用计算机进行夹套管应力分析的注意事项 182
五、某国外项目的夹套管的应力分析 182
第三十七节 埋地管道的应力分析 183
一、埋地管与工艺管道应力分析的区别 183
二、埋地管垂直荷载的计算 183
三、埋地管道的摩擦力 186
四、直埋供热管道的一次应力、二次应力和峰值应力 187
五、埋地管道应力分析应用实例 189
第三十八节 衬里管道的应力分析 190
一、衬里管道的结构 190
二、衬里参数控制应力分析法 190
三、当量计算应力分析法 190
第三十九节 标准法兰等级的校核 192
一、工业装置管道法兰等级校核的原因 192
二、HG/T 20645管道法兰等级校核的计算方法 192
三、HG/T 20645管道法兰等级校核的计算要求 193
四、某石化工程项目标准法兰等级校核计算工程应用 194
第四章 管道系统动力分析 195
第一节 管道的防振设计 195
一、工业管道的振动来源 195
二、属于振动管道的工业管道 195
三、容易发生管道振动的部位 195
四、管道防振方法概述 196
第二节 振动设计的基本术语 197
一、振动（Oscillation）和脉动（Pulsation） 197
二、振动周期 197
三、振动频率 197
四、角频率 197
五、振幅 197
六、自由度 197
七、振动形式 197
八、阻尼振动 197
九、共振 197
十、振幅倍率 197
十一、自由振动、受迫振动和自激振动 197
第三节 往复式压缩机的抗振设计 198
一、往复式压缩机的振动原因 198
二、往复式压缩机管道振动的控制标准 200
三、往复式压缩机管道气体压力脉动和管道振动的允许值 200
四、往复式压缩机的动不平衡而引起机身与管道的振动 202
五、往复式压缩机的间歇吸气和排气而引起的气柱振动 203
六、往复式压缩机气柱的压力脉动及其动能变化而激起的管道振动 208
七、往复式压缩机管道的振动而引起的与其相连支撑件的振动 212
八、往复式压缩机管道振动设计的要点 213
九、往复式压缩机振动问题分析工程实例一（某合成气压缩机振动问题及其处理） 214
十、往复式压缩机振动问题分析工程实例二（某厂压缩机入口管线减振分析） 215
第四节 往复泵管道的抗振设计 217
一、往复泵管道系统振动及原理 217
二、往复泵管道系统振动原因分析和措施 217
三、往复泵管道振动的控制标准 220
四、往复泵管道振动的设计实例 221
第五节 两相流介质引起管道振动分析及设计 222
一、两相流介质呈柱塞流时引起管道振动的分析 222
二、两相流介质呈柱塞流时引起管道振动的设计 223
第六节 水锤引起管道振动分析及设计 223
一、水锤的概念 223
二、工程项目水锤事故实例 223
三、水锤引起的管道振动因素分析 224
四、长输管道的水锤分析 224
五、水锤荷载的计算 225
六、阀门开关发生水锤的条件及不平衡力的计算 226
七、水锤的缓和对策 227
八、某工程蒸汽管道水锤问题分析实例 228
第七节 介质涡流引起管道振动分析及设计 228
一、管道涡流振动的原因 228
二、管道涡流振动的处理 229
第八节 转动机械动不平衡引起管道振动分析及设计 229
一、转动机械动不平衡引起管道振动分析 229
二、某炼油工程转动机械动不平衡引起管道振动实例 229
三、转动机械动不平衡引起管道振动的设计思路 229
第九节 风荷载引起管道振动分析与设计 230
一、风载引起的管道振动分析 230
二、风载引起的管道振动的设计 230
第十节 地震引起管道振动分析及设计 230
一、地震荷载的特点 230
二、地震引起管道振动的设计 230
第十一节 管道的低循环疲劳破坏及设计 231
一、管道材料发生疲劳破坏的特点 231
二、疲劳寿命的估算 231
三、低循环疲劳破坏与机械振动的差别 232
四、避免低循环疲劳破坏的设计 232
第十二节 管道阻尼器在防振设计中的应用 232
一、阻尼器的定义 232
二、管道阻尼器主要功能 233
三、液压阻尼器 233
四、脉动阻尼器 234
第十三节 弹簧减振器在防振设计中的应用 235
一、弹簧减振器 235
二、弹簧减振器的选型设计 235
第五章 工业管道抗震设计 237
第一节 地震概念简述 237
一、震源 237
二、震中 237
三、震中距 237
四、震中区 237
五、震源深度 237
六、地震波 237
七、地震震级 238
八、地震烈度 238
九、基本烈度和设防烈度 242
十、中国地震烈度区划图 242
第二节 地震中管道的损坏 243
一、地上管道地震中管道损坏的特点 243
二、地下管道地震中管道损坏的特点 244
三、地震烈度与管道损坏程度 244
四、管道工程的震害实例 244
五、地震中管道破坏的原因 245
六、地震对管道工程本身造成的震害 245
第三节 地震对管道的作用效应 246
一、撞击作用——倒摆振动现象 246
二、压密作用——不均匀沉降 247
三、斜坡作用 247
四、地基效应 248
五、鞭击效应 248
六、破裂作用 249
七、抛掷效应（作用） 249
八、强震地面效应的主要类型和特征 249
第四节 工业管道抗震设防的目标和设计范围 250
一、工业管道抗震设防的目标 250
二、工业管道抗震设防的设计范围 250
第五节 管道工程抗震设计的基本原则 250
一、选择有利场地 251
二、合理规划布局 251
三、管系均匀分布 251
四、结构的整体性 251
五、减轻管道自重与降低管道重心 251
六、保证施工质量 251
七、管线远离地震断层带，不应平行于断层 251
八、布置成多回路、环状管网 251
九、防止位移措施 252
十、抗震消能措施 252
十一、其他措施 253
第六节 管道地震的设计与验算 253
一、管道地震荷载的计算 253
二、GB 50316和ASME B31.3对管道地震荷载的规定 253
三、按SH/T 3039应进行抗震验算的管道 254
四、管道抗震验算应如何进行 254
五、水平地震力和地震弯矩的计算 254
六、管道柔性设计和防震设计的关系 256
七、抗震的设计应注意的问题 256
第六章 工业管道荷载计算 257
第一节 荷载组合准则 257
一、工业管道荷载的内容 257
二、恒荷载和活荷载 258
三、静力荷载和动力荷载 258
四、支吊架零部件对不同组合荷载的设计 258
五、最不利组合设计原则 259
六、支吊架结构荷载效应组合的工况 259
七、管道荷载条件依据的资料 260
八、考虑承载的一般原则 260
九、埋地管道荷载组合 260
第二节 基本荷载的确定 261
一、管道荷载计算的必要性 261
二、工业管道荷载计算的常用方法 261
三、单位长度管道的自重的计算 262
四、单位长度管道的隔热材料重量的计算 262
五、单位长度管道内的介质重量的计算 262
六、单位长度管内充水重量的计算 262
七、美国标准规范管道材料重量计算简化公式 263
八、正常操作与水压试验时基本荷载的计算 263
第三节 基本荷载的分配 264
一、水平直管无集中荷载 264
二、带有集中荷载的水平直管 264
三、带有阀门等集中荷载的水平管道基本荷载 264
四、带有垂直段管道的集中荷载 265
五、垂直管道的集中荷载 265
六、L形垂直弯管 266
七、水平弯管（弯管两段接近相等） 266
八、水平弯管（弯管两段不相等） 266
九、带分支的水平管（分支在同一平面） 267
十、带分支的水平管（分支在同一平面，带有垂直管段） 267
十一、水平门形管道（水平单支点） 267
十二、水平门形管道（水平双支点） 267
十三、垂直管道垂直荷载计算 268
第四节 支架上荷载的计算 268
一、石油化工管廊上工业管道的一般分布 268
二、管廊上均布荷载的计算方法 268
三、侧纵支梁上均布荷载的计算方法 268
四、管道支吊架垂直荷载计算 269
五、管道荷载计算工程应用 270
第五节 短时间作用荷载的计算 273
一、短时间作用荷载不同时计入原则 273
二、风荷载和地震荷载的计算 273
三、GB/T 20801对风荷载的计算 276
四、冰雪荷载的计算 279
五、积灰荷载 279
六、平台上活荷载的计算和实例 279
七、其他短时间作用荷载的计算 279
第六节 安全阀排气反作用力的计算 280
一、安全阀的开式系统与闭式系统 280
二、API RP520安全阀气体泄放反作用力的计算 280
三、API RP520安全阀两相流泄放反作用力的计算 280
四、密闭系统和开放系统安全阀反力的计算 281
第七节 消音器反力计算 282
一、消音器水平推力的计算 282
二、某大型工程消音器管道支吊架设计及工程应用 284
第八节 水平荷载的计算 285
一、管道水平荷载的产生 285
二、位移荷载的计算 285
三、摩擦力的计算 286
四、L型、Z型自然补偿热应力计算公式 287
五、T型自然补偿热应力计算 289
六、固定管架上水平推力的含义 289
七、固定管架（含摩擦力）水平推力计算公式 290
八、轴向波形补偿器固定管架水平推力计算实例 296
九、套简式补偿器固定管架水平推力计算实例 297
十、某工程荷载计算错误造成工程事故 299
第九节 热膨胀力的确定——格林乃尔（Grinnell）法 299
一、格林乃尔（Grinnell）法热膨胀力的计算步骤 299
二、格林乃尔（Grinnell）法综合系数C 300
三、L形管道的热膨胀力 301
四、？形管道的热膨胀力 301
五、 ？形管道的热膨胀力 302
六、 ？形等长管道的热膨胀力 303
七、 ？形——带不等长管道L1/L2=2热膨胀力 304
八、 ？形——带不等长管道L1/L2=3热膨胀力 305
九、 ？形——带不等长管道L1/L2=4热膨胀力 307
十、 ？形——单边管道的热膨胀力 308
十一、？形——不等长腿管道的热膨胀力 309
十二、？形等长腿管道的热膨胀力 310
十三、？形——不等长腿单边管道的热膨胀力 311
十四、空间？形管道的热膨胀力 312
十五、空间？形管道的热膨胀力 314
十六、空间？形管道的热膨胀力 314
十七、格林乃尔（Grinnell）法热膨胀力的计算实例 316
第十节 热膨胀力的确定方法——凯洛格法 317
一、凯洛格法来源于ASME B31.3判断公式 317
二、ASME B31.3判断公式工程实例 317
三、凯洛格公司热膨胀弹性力计算公式 317
第十一节 热膨胀弹性力的确定方法——图解法 318
一、图解法使用场合 318
二、П形补偿器对固定点的推力 318
三、L形补偿器对固定点的推力 318
四、校正系数 318
五、图解法计算最大补偿量及热态和冷态对固定点推力的工程实例 331
第七章 工业管道支吊架设计 332
第一节 工业管道支吊架的作用及分类 332
一、工业管道支吊架的定义 332
二、工业管道设计与支吊架设计进度关系 332
三、管道专业管架与土建结构专业管架设计的分工 332
四、管架概念不清引起的合同事故 332
五、管道支吊架在应力分析中的影响 333
第二节 管道支吊架分类 335
一、承重支架 335
二、限制性管架 336
三、减振架 336
第三节 常用支吊架型式及其选用 337
一、常用支吊架型式标准化系列 337
二、管卡 337
三、吊架 338
四、管托 339
五、平（弯）管支托 341
六、假管支托 341
七、柱型钢支架 343
八、框架型钢支架 343
九、悬臂支架 343
十、摩擦减振支架 345
十一、其他支架型式 346
第四节 弹簧支吊架 346
一、恒力弹簧或恒力作用支架与可变弹簧架的由来 346
二、弹簧支吊架标准系列 347
三、可变弹簧支吊架简介及选用方法 348
四、恒力弹簧支吊架简介及选用方法 350
五、水平位移对弹簧支架的影响 351
六、摩擦力对恒力架承载的影响 352
七、可变弹簧荷载位移选用表 352
八、恒力弹簧支吊架选用表 352
九、某工程弹簧支吊架许用表的应用 356
第五节 弹簧支吊架的缺点及减少使用的方法 356
一、弹簧支吊架的缺点 356
二、卧式容器及换热器管道支架减少弹簧架的工程应用 357
三、立式换热器管道支架减少弹簧架的工程应用 357
四、Z形及L形管道支架减少弹簧架的工程应用 357
五、立式再沸器支架减少弹簧架的工程应用 358
六、塔顶线、塔侧线管道支吊架减少弹簧架的工程应用 359
七、生根在大管上的支架减少弹簧架的工程应用 360
第六节 支吊架设计的原则 360
一、支吊架设计的一般要求 360
二、支吊架型式的一般选用原则 362
三、管架生根点的确定 362
四、地面生根管架基础距离储槽（罐）最小距离 363
五、承重支吊架位置的确定 363
六、固定支架位置的确定 364
七、导向支架位置的确定 364
八、限位支架位置的确定 366
九、定值限位架的设计 366
十、防振支架位置的确定 366
十一、减振架的设计 367
十二、在管道中多设弹簧支吊架的缺点 368
十三、沿反应器布置的高温竖直管道上通常要设置弹簧支吊架 369
十四、工业热力管道在不同地形的支架设计 369
十五、管托或支耳在运行时防止滑落的设计要点 369
十六、管道布置过程中对支架位置的考虑 370
第七节 管道跨距计算 370
一、确定管道跨距的意义 370
二、按刚度条件和强度条件水平管道跨距的计算 370
三、管道跨距计算方法的选取 373
四、跨距计算时挠度值的选取 373
五、某工程DN2000管子跨距计算工程应用 373
六、水平弯管的跨距 374
七、L形弯管的承重支架间距 374
八、水平管道末端直管的允许跨距 374
九、水平П形管段的最大允许外伸尺寸 374
十、带垂直管段的Z型管段的最大允许外伸尺寸 374
十一、有集中荷载时水平管道的基本跨距 376
十二、垂直管道的管架间距 376
十三、水平管道导向架间距与计算原理 377
十四、L形弯管导向架的间距 378
十五、考虑地震荷载影响的管道基本跨距 378
十六、有脉动影响的管道的管架间距 379
十七、Sch20、Sch40、Sch80无缝钢管，LG级大直径焊接钢管、STD级大直径焊接钢管、XS级大直径焊接钢管不保温管道基本跨距 379
十八、Sch20、Sch40、Sch80无缝钢管，LG级大直径焊接钢管、STD级大直径焊接钢管、XS级大直径焊接钢管保温管道基本跨距 381
十九、化工标准装置内不保温管道基本跨距 398
二十、化工标准装置内保温管道基本跨距 400
二十一、化工标准装置外不保温管道基本跨距 402
二十二、化工标准装置外保温管道基本跨距 404
二十三、某工程管道（水平和垂直）最大基本跨距简化表 406
第八节 管道支吊架的结构组成 407
一、管架结构计算温度范围 407
二、支吊架的结构组成 408
三、附管部件 408
四、附管部件不能与管子直接焊接的情况 408
五、不能采用焊接附管部件而采用管卡（管箍）型附管部件时注意事项 409
六、附管部件材质选用表 409
七、生根部件 410
八、中间连接件 412
九、管架泪孔的设计 412
第九节 支吊架强度与材料选用 413
一、管道支撑件的强度 413
二、管道支吊架承受的荷载组合 413
三、支吊架各部件材料选取的原则 413
四、管道支吊架生根结构的强度设计 415
五、大中型石油化工工程管架材料的概算方法及工程应用 415
第十节 支吊架材料及许用应力 417
一、支吊架材料及许用应力 417
二、支吊架ASTM材料及许用应力 421
第十一节 管架的加工和安装说明 425
一、管架的加工和安装说明编制依据 425
二、内容和深度 425
第十二节 管道支吊架的强度计算 426
一、导向架挡铁和导向块最大承剪力的计算 426
二、垂直管道的水平管式托架强度计算 426
三、水平管道及弯头的底座式托架强度计算 427
四、L形管式托架强度计算 427
五、板式托架强度计算 427
六、吊杆强度计算 428
七、悬臂支架计算 428
八、三角斜撑的强度计算 429
九、焊缝强度的计算 432
十、大直径薄壁管支撑点局部应力计算 433
第十三节 管道支吊架结构的计算 434
一、导向架结构的计算 435
二、轴向限位架结构的计算 435
三、水平管刚性吊架结构的计算 435
四、垂直管的双刚性吊架结构的计算 436
五、悬臂架结构的计算 436
六、带水平斜撑的悬臂架结构的计算 436
七、带水平支撑的悬臂架结构的计算 437
八、双悬臂架结构的计算 437
九、耳轴型双悬臂架结构的计算 437
十、三角架结构的计算 438
十一、带悬臂段三角架结构的计算 438
十二、双三角架结构的计算 438
十三、带水平斜撑的双三角架结构的计算 439
十四、带悬臂段及水平斜撑的双三角架结构的计算 439
十五、双耳轴支架结构的计算 439
十六、管柱支架结构的计算 440
十七、钢柱支架结构的计算 441
十八、立管侧向支架结构的计算 441
十九、梁上生根支架结构的计算 442
二十、梁上生根多管支架结构的计算 443
二十一、竖向排列多管支架结构的计算 444
二十二、？形支架结构的计算 444
二十三、Γ形支架结构的计算 444
二十四、底板的计算 445
第十四节 型钢开洞位置及大小 447
一、热轧轻型工字钢开洞 447
二、热轧普通工字钢开洞 447
三、角钢开洞 448
四、槽钢开洞 448
第十五节 各种型钢承载力 449
一、等边角钢承载力 449
二、槽钢承载力 451
三、工字钢承载力 452
第十六节 非金属管道支吊架设计 453
一、非金属管道应力分析常用参数 453
二、非金属管道的柔性分析 454
三、非金属管道补偿器的设计 454
四、非金属管道的支架 455
五、脆性管道的支架 455
六、热塑性塑料管道材料支吊架 455
七、热成型玻璃钢管道材料支吊架 455
八、一般塑料管道跨距的计算方法 457
九、玻璃钢管（FRP）管道的一般跨距 457
十、聚丙烯管道的一般跨距 457
十一、高压聚乙烯管道的一般跨距 458
十二、硬聚乙烯管道的一般跨距 458
十三、PVC/FRP复合管道的一般跨距 458
十四、橡胶衬里、涂塑、钢塑等复合管道的一般跨距与计算 458
十五、某大型工程非金属管道的设计 458
第十七节 管廊上管道支吊架设计及工程应用 459
一、敷设在管廊上管道的种类 459
二、管廊上管道排列的四个决定因素 459
三、管廊上管道支吊架设计的一般要求 460
四、管廊上不锈钢管道的管架设计及工程应用 461
五、管廊上管道支架设计易碰撞位置 461
六、管廊上管道支吊架需开长圆孔的地方 462
七、管道出装置界区前需要设置固定架 463
八、容易被扭弯的结构侧纵联系梁 463
第十八节 塔类管道支吊架设计及工程应用 464
一、塔类管道支吊架设计的一般要求 464
二、塔类管道支吊架的典型设计 465
三、塔管架承受荷载的工程应用 466
四、某工程塔的典型管道支架设计工程应用 466
第十九节 容器类管道支吊架设计及工程应用 468
一、容器类管道支吊架设计的一般要求 468
二、容器类管道支吊架典型图 468
第二十节 泵类管道支吊架设计及工程应用 470
一、泵类管道支吊架设计的一般要求 470
二、泵类管道支吊架典型图 472
三、离心泵的管道应力分析与支吊架设计工程应用 473
第二十一节 往复式压缩机管道支吊架设计及工程应用 475
第二十二节 离心式压缩机及汽轮机管道支吊架设计及工程应用 477
一、离心式压缩机及汽轮机管道支吊架设计的一般要求 477
二、离心式压缩机及透平机管道的支吊架典型图 479
三、离心式压缩机管道的布置与支吊架设计典型图 480
第二十三节 安全阀（爆破片）管道支吊架设计及工程应用 481
一、安全阀管道支吊架设计的一般要求 481
二、安全阀管道支吊架设计典型图 483
三、安全阀放空口反力及支架设置的工程应用 483
四、某高压蒸汽系统安全阀的管道支吊架设计典型图 484
五、安全阀（爆破片）管道支吊架设计及工程应用 484
第二十四节 调节阀组管道支吊架设计及工程应用 485
一、调节阀组管道的支吊架设计典型图 485
二、某工程调节阀组管道的支吊架设计典型图 485
第二十五节 火炬泄放系统管道支吊架设计及工程应用 485
一、火炬管道支吊架设计的一般要求 485
二、某大型工程火炬系统管道支吊架设计计算机典型图 486
三、某工程火炬区管道和支吊架设计 486
第二十六节 蒸汽伴热和热水伴热的伴管支吊架设计及工程应用 488
一、蒸汽伴热和热水伴热的伴管支吊架 488
二、某乙烯工程蒸汽伴热的伴管支吊架 489
三、某乙烯工程蒸汽伴热伴管固定支架和膨胀环的典型布置图 489
第二十七节 低温和高温管道支吊架设计及工程应用 490
一、低温和高温管道支吊架设计的一般要求 490
二、低温管道、保冷管道支吊架设计及工程应用 490
三、高温管道支吊架设计及工程应用 492
附录一 常用钢材总热膨胀量 493
附录二 常用钢材平均线膨胀系数 496
附录三 常用钢材弹性模量 499
附录四 管件应力的柔度系数和应力增强系数 501
附录五 焊缝质量系数 503
附录六 常用钢管许用应力 504
附录七 非金属管道弹性模量 507
附录八 非金属管道平均线膨胀系数 507
附录九 压杆计算公式 508
附录十 框架计算公式 512
附录十一 各种断面杆件受扭转的公式 515
附录十二 管道应力分析常用单位换算 517
参考文献 518