问答题1. 什么是管道支撑件?它包括哪些部件?
管道支撑件:用于支撑管道或约束管道位移的各种结构的总称,但不包括土建的结构。有固定支架、滑动支架、刚性吊架、导向架、限位架、弹簧支吊架、减振和阻尼装置等。管道支撑件通常也称为管道支吊架。
减振装置可用于控制管系高频低幅振动或低频高幅晃动,但不限制管系热胀冷缩。
阻尼装置可用于控制管道瞬时冲击载荷或管系高速振动位移,但不限制管系热胀冷缩。
管道支撑件包括管道安装件和附着件。
2. 什么是管道安装件?它包括哪些部件?
管道安装件:指将负荷从管子或管道附着件上传递到支撑结构或设备上的元件。包括吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支撑杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、垫板、滚柱、托座和滑动支架等。
3. 什么是附着件?它包括哪些部件?
附着件:用焊接、螺栓连接或夹紧方法附装在管子上的零件。包括管吊、吊(支)耳、圆环、夹子、吊夹、紧固夹板和裙式管座等。
5. 工业管道的特点是什么?
(1)数量多,管道系统大,车间内管道布置交叉、紧凑。
(2)管道组成件和支撑件的材质、品种、规格复杂,质量均一性差。
(3)运行过程受生产过程波动影响,运行条件变化多,如热胀冷缩、交变载荷、温度和压力波动等。
(4)腐蚀和破坏机理复杂,材料失效模式多。
6. 压力管道的结构有什么要求?
压力管道由于输送的流体具有毒性、燃爆性和腐蚀性,且又有高温、高压、低温等特殊操作条件,使其具有相当大的危险性。因此,压力管道系统结构应当具备下列条件。
(1)耐压强度。承受管内流体作用于管道上的压力(内压或外压)、温度所引起的应力及其长期、反复的影响,如蠕变和疲劳等。
(2)密封性。阻止管道内部流动的流体泄漏到管道外部空间或流体中。
(3)耐腐蚀性。承受管内流体对管道材料的腐蚀作用。管道材料的耐腐蚀等级分为4级,以年腐蚀速率衡量。
1)充分耐腐蚀。年腐蚀速率小于或等于0.05mm。
2)耐腐蚀。年腐蚀速率大于0.05~0.1mm。
3)尚耐腐蚀。年腐蚀速率大于0.1~0.5mm。
4)不耐腐蚀。年腐蚀速率大于0.5mm。
(4)柔性。管道的柔性是反映管道变形难易程度的一个物理概念。管道在设计条件下工作时,因热胀冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等原因会产生应力过大、变形、泄漏或破坏等影响正常运行的情况。管道的柔性就是管道通过自身变形,吸收因温度变化引起尺寸变化或其他原因所产生的位移,保证管道上的应力在材料许用应力范围内的性能。
为了满足上述条件,管道系统的管道组成件必须使用耐介质腐蚀,且能够在设计规定温度下承受介质作用压力的材料,还应有相应的壁厚和密封结构。同时,整个管道系统应有适当的支撑。
7. 电站管件主要分哪几类?其基本尺寸有哪些?
(1)电站管件主要分类。
1)弯头。包括热压弯头、推制弯头、焊制弯头、模锻弯头、冷压弯头等。
2)三通。包括锻制三通、锻焊三通、各种加强形式的焊制三通、球形锻焊三通、热压三通、冷挤压三通、接管座等。
3)异径管。包括锻制异径管、钢管模压异径管、钢板焊制异径管等。
4)封(堵)头。包括椭球形封头、球形封头、锥形封头、对焊堵头、平焊堵头、带加强筋焊制堵头等。
(2)弯头的基本尺寸是制造产品必须保证的参数,包括直段长度、角度,内外侧管壁厚度、圆度及其弯弧的曲率半径、尺寸偏差和接口的形位公差。
三通的基本尺寸是制造三通产品必须保证的参数,包括:长度、高度、主管尺寸、支管尺寸、肩部厚度、腹部厚度、圆度、肩部内外过渡面曲率半径、尺寸偏差和接口的形位公差。
异径管基本尺寸是制造产品必须保证的参数,包括长度、锥角及过渡弧角、圆度。
封(堵)头的基本尺寸是制造产品必须保证的参数,包括直径、厚度、封(堵)头高度、折边过渡尺寸、圆度及封(堵)头尺寸偏差和接口的形位公差。
8. 管道规范中的D
N和P
N表示什么?
管道规范的工程术语,公称直径以DN表示,公称压力以PN表示,是国家标准中规定的直径和压力等级,是选用管子、管件、阀门时的计算依据。
公称直径又叫公称通径,它既不是管子的外径也不是其内径,而是一种和内径外径有关连的名义直径。
公称压力是管子或管件在0~200℃常温条件下所允许的最大设计压力(工作压力),随着使用温度等级的提高,其允许的工作压力比公称压力有相应的降低,温度越高,其降低的程度也越大。
9. 弯管壁厚减薄量如何确定?
弯管壁厚减薄量包括弯制、热处理和检验等的壁厚减薄量。
弯制壁厚减薄量可按弯制壁厚减薄率(弯前壁厚和弯后壁厚之差与弯前壁厚之比)允许值计算确定,其允许值见下表。
弯制壁厚减薄率允许值
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R/D0
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3.0
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3.5
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4.0
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5.0
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减薄率
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D0/S<20
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≤14.0%
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≤12.5%
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≤11.0%
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≤9.0%
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D0/S≥20
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≤16.5%
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≤14.5%
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≤13.0%
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≤11.0%
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注
R/D0值在表所列数据的两者之间时,可用插入法求其减薄率值。
|
10. 根据电力行业标准,电站弯管的检验规则是如何规定的?
电站弯管的检验规则如下:
(1)宏观检查。包括结构尺寸、两端坡口尺寸和弯管内表面清理的检验。对应该检查的弯管应逐个进行。
(2)壁厚、圆度、弯曲角度、波浪度和波距检验。对主蒸汽管道、再热蒸汽管道和主给水管道的弯管应逐个进行。对其他管道的弯管按每批或每种规格抽检20%,但不得少于1个。抽检有1个不合格时,应对不合格项改抽检为逐个检验。
(3)硬度检验。合金钢弯管热处理后应逐个进行。
(4)金相组织检验。对主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道的弯管应逐个进行。对其他管道的弯管按每炉或每批抽检20%,但不得少于1个。抽检有1个不合格时,改抽检为逐个检验。
(5)晶间裂纹检查。根据用户要求进行。
11. 管件检验有什么要求?
管件检验的要求是:
(1)中、高压管道,施工前对所使用的管件应确认下列项目符合现行国家或行业技术标准。
1)化学成分分析结果。
2)合金钢管件的热处理状态说明或金相分析结果。
3)高压管件的无损探伤结果。
(2)法兰密封面应光洁,不得有径向沟槽,且不得有气孔、裂纹、毛刺或其他降低强度和连接可靠性方面的缺陷。
(3)带有凹凸面或凹凸环的法兰应自然嵌合,凸面的高度不得小于凹槽的深度。
(4)法兰端面上连接螺栓的支撑部位应与法兰接合面平行,以保证法兰连接时端面受力均匀。
(5)法兰使用前,应按设计图纸校核各部尺寸,并与待连接的设备上的法兰进行核对,以保证正确连接。
12. 管道附件检验有什么要求?
螺栓及螺母的螺纹应完整,无伤痕、毛刺等缺陷,螺栓与螺母应配合良好,无松动或卡涩现象。
(2)用于设计温度大于430℃且直径大于或等于M30的合金钢螺栓应逐根编号,逐根进行硬度检查,不合格者不得使用。
(3)法兰的垫片材料应符合设计要求。
(4)石棉橡胶垫片应质地柔韧,无老化变质或分层现象,表面不应有折损、皱纹等缺陷。
(5)金属垫片的表面用平尺目测检查,应接触良好,无裂纹、毛刺、锈蚀及粗糙加工等缺陷,其硬度宜低于法兰硬度。
(6)金属及缠绕式垫片不应有径向划痕、松散等缺陷。
(7)管道支吊架钢结构的组装尺寸与焊接方式应符合DL 5031—1994《电力建设施工及验收技术规范(管道篇)》支吊架制作的规定。
(8)滑动支架的工作面应平滑灵活,无卡涩现象。
(9)管道支吊架弹簧的检查应符合以下的规定。
1)弹簧表面不应有裂纹、折叠、分层、锈蚀、划痕等缺陷。
2)弹簧尺寸偏差应符合图纸的要求。
3)弹簧工作圈数偏差不应超过半圈。
4)在自由状态时,弹簧各圈节距应均匀,其偏差不得超过平均节距的±10%。
5)弹簧两端支撑面与弹簧轴线应垂直,其偏差Δ不得超过自由高度H的25%(见图)。
弹簧端面与轴线垂直度偏差示意图
6)管道支吊架弹簧应有出厂合格证件。支吊架弹簧如缺少出厂证件时,安装前应进行下列试验。
a.全压缩变形试验。压缩到弹簧圈互相接触,保持5min卸去载荷后其永久变形不应超过原高度的2%。如超过,应作第二次全压缩试验,两次试验后永久变形的总和不得超过原高度的3%。不符合上述要求者不得使用。
b.工作荷载压缩试验。在工作荷载下,弹簧压缩量应符合设计要求,允许偏差见下表。
弹簧压缩量允许偏差
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弹簧有效圈数
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压缩量允许偏差
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2~4
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±12%
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5~10
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±10%
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>10
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±8%
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13. 引起管道一次应力和二次应力的静力载荷,其特性不同表现在什么地方?一次应力和二次应力有什么特征?
一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生的正应力或剪应力,它必须满足力与力矩的平衡法则。一次应力的基本特征是它是非自限性的,始终随所加载荷的增加而增加,超过屈服极限或持久极限,将使管道发生过度的变形而破坏。
二次应力是管道由于变形受约束而产生的正应力或剪应力,它本身不直接与外力相平衡。其特点是有自限性,当局部范围内的材料产生屈服或小量变形时,相邻部分之间的约束便得到缓和,使变形趋向协调不再继续发展,而应力自动地限制在一定的范围内。
14. 已知管子外径D
w=273mm,为普通无缝钢管。管内压力p=12MPa,管材在工作温度下的许用应力[σ]
t=113.1MPa,钢管厚度负偏差C
1=0.2mm,腐蚀余量C
2=1mm,求管子的计算壁厚。
已知D
w=273mm,p=12MPa,[σ]
t=113.1MPa,无缝钢管的焊缝系数
,则管子理论壁厚
管子计算壁厚S
j=S
1+C
C=C
1+C
2=0.2+1=1.2(mm)
管子计算壁厚S
j=S
1+C=13.75+1.2=14.95(mm)
15. 管子弯管的弯曲半径R=500mm,外径D
w=159mm,管材在工作温度下的许用应力[σ]
t=116MPa,内压p=12MPa,求弯管理论壁厚。
已知R=500mm D
w=159mm [σ]
t=116MPa p=12MPa则弯管理论壁厚
16. 对合金钢高温高压法兰螺栓的材质要求是什么?
对合金钢高温高压法兰螺栓的材质要求如下:较高的强度极限和抗松弛性能,较好的冲击韧性和较低的缺口裂纹敏感性;对材质与加工精度及热处理都有较高要求,大于430℃,M30及以上者100%采用硬度值逐根编号,间接测定材料的综合性能。
17. 通常螺母材质要比螺杆材质低一级钢号,为什么不采用同一材质?
为防止咬扣,法兰螺栓和螺母应有材质的差别,因为同材质时其摩擦阻力系数大,一般螺母材质要比螺杆材质低一级钢号。
18. 三通的设计选择原则是什么?
三通的设计选择原则如下:
(1)p55.5 17MPa,p54 17MPa,p55.5 14MPa,p54 14MPa一般采用热压三通、锻制三通,也可采用厚壁加强焊制三通(说明:55.5表示温度为555℃,54表示温度为540℃)。
(2)p54 10MPa、p23 18.4MPa、p24 23MPa、p26.5 28MPa一般采用热压三通、锻制三通和加强焊制三通。
(3)pN 10MPa、pN 6.4MPa一般采用厚壁加强焊制三通。
(4)pN4MPa一般采用单筋加强焊制三通,口径较大者可采用蝶式加强焊制三通。
(5)直插和接管座按照汽水管道零件及部件典型设计选用。
19. 法兰安装的技术要求是什么?
法兰安装的技术要求如下:
(1)用卷尺测量法兰各部位的形体尺寸以核对其参数等级与规格尺寸是否与设计规定相符(查法兰型号规格表)。
(2)在安装前应核对与法兰连接的设备法兰或阀门法兰的连接尺寸是否相符,其凹凸面是否吻合。
(3)合金钢法兰组件是否经光谱复查。
(4)法兰安装前,应对法兰密封面及密封垫片进行外观检查,金属垫片用平尺目测接触情况,不应有影响密封性能的缺陷。
(5)法兰凸台的高度应大于凹面的深度,凹凸面圆径应匹配。
(6)法兰的孔位应与设备法兰、阀门门杆的安装方向相匹配。
(7)法兰找正时应保持法兰间的间隙与接合面的平行与同心,其偏差不应大于法兰外径的1.5/1000,且不大于2mm,不得用强制紧螺栓的方法消除法兰对口歪斜。
(8)法兰平面应与管子轴线垂直,平焊法兰的内侧角焊不应漏焊,且焊后焊缝不应高于接合面,应清除焊渣、检查管口清洁。
(9)当大口径垫片拼接时,应采用斜口搭接或迷宫式嵌接,不得平口对接。
(10)法兰连接除特殊情况外,应使用同一规格螺栓,安装方向应一致。紧固螺栓应对称、均衡进行且紧力适度,螺栓应露出螺母2~3扣,螺母宜位于法兰的同一侧。
(11)合金钢螺栓不得在表面用火焰加热进行热紧。螺栓根部、螺母应接触在相互平行的平面。
(12)连接时所使用紧固件的材质、规格、形式等应与设计相符。
20. 什么是峰值应力?管道的哪些部位存在峰值应力?
峰值应力就是管道由于结构不连续或局部热应力(温差应力)的作用而附加在一次或二次应力上的增量。峰值应力不引起显著的变形,而且应力集中的局部范围不大,离开此范围就有应力衰减。峰值应力是导致材料疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因。
在个别材质的不连续部位和局部结构的不连续部位(如棱角部位、虾米弯折口、小孔洞疏水接座、焊缝处等),以及存在局部温差的部位都会产生峰值应力。
21. 为什么斜接弯头不能用于中、高压管道?有缝钢管为什么只适合于低压低温管道?
由于斜接弯头具有以折线转弯、刚性大,对流体的局部阻力较大,总的焊缝长度大,存在峰值应力等特点,因此不能用于中、高压管道上。
有缝钢管因具有纵向直缝或螺旋接合缝,是管道承受内压的薄弱部位,且其材质也较差,故只适合于低压低温管道。
22. 高压焊制三通应满足什么条件?
高压焊制三通应满足下列条件:三通的制作及加固形式符合设计;加固材料宜采用与三通本体相同材质的钢材;焊接质量与热处理经检查合格。
23. 某高压锅炉的减温水管是
mm的20G无缝管,试通过强度计算,确定该减温管减薄更换的标准。已知:减温水压力p=14MPa,减温水温度t=220℃(取计算壁温t
b1=220℃)。20G钢材在壁温为220℃时的基本许用应力[σ]=1.35MPa,考虑冲刷、腐蚀减荷薄附加壁厚为C=1.0mm(对于管子,基本许用应力的修正系数η=1.0,焊缝减弱系数
对于无缝钢管取为1.0,管子理论壁厚为4.5mm)。
根据管道理论,设D
w为管子外径,壁厚计算公式为
将已知各数值代入得
所以该管道能够正常运行。
24. 弯头弯曲部分的椭圆度,允许值范围是如何规定的?
弯头弯曲部分的椭圆度(即在同一截面测得最大外径与最小外径之差与公称外径之比),对于公称压力不小于9.8MPa的管道不得大于6%,对于公称压力小于9.8MPa的管道不得大于7%。
25. 规定汽水管道介质允许流速有什么意义?为什么水的流速比蒸汽的流速要小?
由压力损失的计算公式可以看出,当管道直径一定时,流体流速对压力损失的影响很大,所以要规定汽水管道介质允许流速。当流量一定时,为了减少压力损失而选择小流速,则必须选用大直径的管道。但是单纯为降低压力损失而采用低流速也是不恰当的,因为这样会使管道的直径增大,耗用的金属材料多,对于昂贵的高温高压合金钢材,尤其不能允许,所以对高温高压的过热蒸汽往往用高流速。允许流速根据运行条件(如没有水冲击、水泵不产生汽蚀、不振动等)和经济条件(如压降大小、管材消耗)来决定。介质流过管道的压降同介质密度有关,在其他条件一定时,密度小,阻力损失也小,允许的流速就大,所以蒸汽的允许流速远大于水的允许流速。
26. 已知无缝钢管的规格为
mm,材料许用应力[σ]=9.8×10
5Pa,无缝钢管许用应力修正系数η=1.0,若管内介质压力p=3.9MPa,请问该管道能否正常运行?
根据管道理论,设D
w为管子外径,壁厚计算公式为
将已知数值代入得
所以该管道能够正常运行。