第一节 荷载和作用力
• 什么是荷载，荷载的类型及其对施工材料 什么是荷载， 的影响
—永久荷载 永久荷载; 永久荷载 —可变荷载 可变荷载 —偶然荷载 偶然荷载; 偶然荷载 —确定设计荷载应考虑到问题 确定设计荷载应考虑到问题
确定油气管道的设计荷载应考虑：
• 1任何一处管道及管道附件的设计压力不应小于该 处的的最高稳态操作压力，且不应小于管内液体 处于静止状态下该处的静水压力。当设置反输流 程时，输油管道任何一处的设计内压力，不应小 于该处正，反输送条件下的最高稳态操作压力的 较高者。 • 2考虑到管道施工和运行期间，可能性会出现外压 超过内压力的情况，因此，输送流体的管道及管 道附件，应能承受作用在其上的外压与内压之间 的最大压差
第一章 地下管道
概述 • 长距离输油管和油田集输管的98%为地下管道， 为地下管道， 因为有很多优点； 因为有很多优点； • 施工简单，占地面积小，节省投资，且埋于 施工简单，占地面积小，节省投资， 地下的管道容易受到保护， 地下的管道容易受到保护，不影响交通和农 业耕作
• 埋设深度：考虑耕作深度、地面负荷、管 埋设深度：考虑耕作深度、地面负荷、 道与土壤的关系；通常范围： m； 道与土壤的关系；通常范围：1~1.3 m； (1,1.2,1.3) • 管道走向的改变：应用弹性敷设、弯头 管道走向的改变：应用弹性敷设、 2.5% • 强度设计就是针对不同的环境条件，进行 强度设计就是针对不同的环境条件， 优化设计，达到工程可靠、降低造价的目 优化设计，达到工程可靠、 的。
h
F pπD2 pD σa = = = A 4πDδ 4δ
精确的轴应力计算公式为：
σa =
F pd 2 = 2 π (D2 − d 2 ) D − d 2 4
例1-1
二
厚壁管道环向应力的计算
与薄壁不同之处是：厚壁的环向应力沿壁厚 变化，且存在径向应力。如图所示情况，应用 Lame公式可以得到：环向应力：
确定油气管道的设计荷载应考虑：
• 3输油管道的设计应做水击分析，并应根据分析结 果设置的控制和保护设备。在正常操作条件下， 由于水击和其他因素造成的瞬间最大压力值在管 道系统和设备中的任何一点都不得超过输油管道 设计内压的110% • 4输气管道在试验和运行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间可能全部或局部充水， 而原油管道或成品油管道充空气，因此，必须考 虑沿管长因输送产品重量而引起的荷载变化。
若管道两端固定，则必然存在一个热（压）应力P：
于是管道横截面上的热应力为： 于是管道横截面上的热应力为：
表1-5和1-6见p9；关于以上两公式的说明见 和 见 ；关于以上两公式的说明见p10
二 环向应力的泊松效应
解释：泊松效应—与受力方向正交方向的变形 由环向应力的泊松效应产生的轴向应变为：
由温度变化 引起的轴向应变为： 总的轴向应变为二者之和：
• 欲建一输气管线，位于繁华市中心，其外 径315mm,内压10MPa，采用L390号钢材， 求壁厚？其中某处出现跨越100m,求这段的 壁厚？
第四节 轴向应力与变形
—原因：温度的变化和环向应力的泊松效应
一 热应力
定义：在管道中由于温度变化产生的应力，即管道热应力； 原因：管道的工作温度和安装温度不一致，分压/拉应力。
(推导过程见p11）
以及径向应力：
在只受外部压力的情况下， 上2式变成：
此时以
以及
例1-2
第三节 许用应力与壁厚设计
一 管道许用应力的计算
管道许用应力 计算式为： K为强度设计系数，其取值见p4 ; 为焊缝系数见p5表1-1； 为钢管的最低屈服强度，按表1-1取值。
钢管的许用应力，除考虑设计系数和焊缝系数外，有时还要考虑温度 折减系数。
确定油气管道的设计荷载应考虑：
• 5输油管道的设计温度，当加热输送时应为 被输送流体的最高温度；当不加热输送时， 应根据环境条件确定液体的最高或最低设 计温度。
第二节 环向应力
• 什么是环向应力 一 薄壁管道环向应力的计算
环向应力以 σ 表示，按照 切向力平衡条件可以确定环向 应力为： pD σh = 2δ Barlow公式 由轴向力的平衡条件可以 确定管道的轴向应力为：
二
管道壁厚的设计
1 输油管道直管段壁厚的设计公式—按《输油管道工程设计规范》
另有的说明见p6中 另有的说明见 中
• 一输油管线，其外径273mm,内压10MPa, 采用20号钢，求设计壁厚？
2 输气管道直管段壁厚的设计公式—按《输气管道工程设计规范》
对输气管道的说明见p6下 对输气管道的说明见 下—p7 上
如果管道受到完全约束，则其中的轴向应力为
P10 例1-3
三 埋地管道出土过度段的热伸缩与应力
当沿管道周围的覆土摩擦力之和大于或等于管道的热伸缩力时，管道 在土中出于嵌固状态，此时的管道热应力由教材1-18计算。 在出入土段，部分管道的摩擦力之小于管道的热伸缩力，于是管道产 生伸缩变形 变形段长了l, 变形△l,
管道及油罐强度设计
主讲教师：周锡堂/王琪 参考教材：帅健编
前言前言-对本课程的说明
• • 重要的专业课 主要内容— 主要内容
第一~ 第一~六章 关于各种管道的强度设计 第七~ 第七~十二章 关于储油罐的强度设计
• • • •
教材外参考书：潘家华：储罐及管道强度设计 教材外参考书：潘家华： 学时：42学时 学时：42学时 基础课程：一般力学、工程力学、 基础课程：一般力学、工程力学、弹塑性力学 课程性质： 课程性质：考试课