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[!--downpath--]序言：管線的撓度估算和剖析是估算管系硬度、載荷、位移并避免并排管線互相影響等的重要手段。LNG管系的撓度估算對后期的安全運行意義重大，本文詳述了撓度估算的基礎知識和和LNG管線撓度估算的方式和注意事項，供業內界參考。
1撓度剖析的基礎知識
1.1撓度剖析的主要目的
首先，使管線各處的撓度水平處在容許的范圍內，使與設備相連的管口載荷符合制造商或公認的標準規定的受力條件。其次，估算出各約束處所受的載荷及各類工況下管線的位移。最終，幫助技術人員對管系進行優化。
1.2撓度剖析的理論
材料破壞的方式主要有兩類：流動破壞和破裂破壞。硬度理論相應分為兩類。一類是解釋材料破裂的硬度理論，包括最大拉撓度理論(第一硬度理論)和最大伸長線應變理論(第二硬度理論)；另一類是解釋材料流動破壞的硬度理論，包括最大剪撓度理論(第三硬度理論)和形鐵損能理論(第四硬度理論)。
《工業金屬管線設計規范》GB50316-2000（2008年版）是目前國外撓度估算方面較權威的規范，與日本標準ASMEB31.3《工藝流程管線》()基本等效。我國其他有關管線撓度剖析的行業標準基本上參照了ASMEB31《壓力管線規范》系列。ASMEB31系列中各標準在撓度校核條件方面存在一些差異，但總的來說這種差異是非原則性的。
從硬度理論分類方面來講理論應力值計算公式，《工業金屬管線設計規范》GB50316-2000（2008年版）與英國標準ASMEB31.3《工藝流程管線》相同，均采用了最大剪撓度理論。
1.3撓度的分類
在撓度剖析領域，工程師為易于剖析，人為將撓曲分為一次撓度、二次撓度、峰值撓度。在估算前假設了一定的邊界條件，估算出的撓度根據一定的辨別條件進行剖析和判別。估算出的撓度不是管線實際承受的撓曲，與實際工程中在管線上用應變儀檢測下來的撓度無任何關系。
1.3.1一次撓度
一次撓度是由機械外載荷造成的正撓度和剪撓度，它必須滿足外部和內部的力和扭矩的平衡法則。其特點是：一次撓度是非自限性，它一直隨所加載荷的降低而降低，超過材料的屈服極限或持久硬度時，將使管線發生塑性破壞或總體變型，因而在管系的撓度剖析中，首先應使一次撓度滿足許用撓度值。
1.3.2二次撓度
二次撓度是因為變型遭到約束所形成的正撓度或剪撓度，它本身不直接與外力平衡。其特點是：
①管道內二次撓度一般是由位移載荷造成的(如熱膨脹、附加位移、安裝偏差、振動載荷)。
②二次撓度是自限性的，當局部屈服和形成少量塑性變型時，通過變型協調才能使撓度增加。
③二次撓度是周期性的(不包括安裝造成的二次撓度)。
④二次撓度的許用極限基于周期性和疲勞破裂模式，不取決于一個時期的撓度水平，而是取決于交變的撓度范圍和交變的循環次數。
1.3.3峰值撓度
峰值撓度是局部撓度集中或局部結構不連續或局部熱撓度等所造成的較大的撓度。
1.4撓度估算的結果判斷根據
1.4.1《壓力管線規范》簡介
①ASMEB31.1《動力管線》(Power)：主要為發電廠、工業設備和公共機構的電站、地熱系統以及集中和分區的供暖和供冷系統中的管線。
②ASMEB31.3《工藝流程管線》()：主要為煉油、化工、制藥、紡織、造紙、半導體、制冷鞋廠以及相關的工藝流程裝置和終端設備中的管線。
③ASMEB31.8《燃氣輸配管線》(Gasand)：主要為煤氣長輸管線。
1.4.2LNG撓度估算判據
撓度估算時，LNG管線通常遵守ASMEB31.3《工藝流程管線》()。
ASMEB31.3規定的一次撓度表達式為：
要求工程師估算出的σ1不超過σh，即：
σ1≤σh(2)
式中σ1——次撓度，MPa
Fax——由于持續載荷形成的軸向力，N
Am——管壁橫截面積，mm2
ii——平面內撓度提高系數
Mi——由于持續載荷形成的平面內剪力，N·mm
i0——平面外撓度提高系數
M0——由于持續載荷形成的平面外剪力，N·mm
Z——抗彎截面泊松比，mm3
p——管道設計壓力，MPa
D0——管子直徑，mm
δ——管子壁厚，mm
σh——材料在設計氣溫下的許用撓度，MPa
ASMEB31.3規定的二次撓度表達式為：
要求工程師估算出的σ2不超過σA，即：
σ2≤σA(5)
當材料在設計氣溫下的許用撓度σh小于一次撓度σ1時，其差值可用于二次撓度。則：
σA=f(1.25σc+1.25σh-σ1)(6)
式中σ2——二次撓度，MPa
Mi,t——由于水溫(二次)載荷造成平面內的剪力，N·mm
M0,t——由于水溫(二次)載荷造成平面外的剪力，N·mm
Mt——由于水溫(二次)載荷造成的扭轉轉矩，N·mm
σA——許用的撓度范圍，MPa
f——應力增大系數
σc——在環境濕度下材料的基本許用撓度，MPa
對于峰值撓度，ASMEB31.3沒有明晰給出估算公式，在簡單狀態下，因為持續和碰巧載荷造成的軸向撓度的總和不應超過σc的1.33倍。
1.5撓度剖析的內容
①正確構建模型
構建模型就是將所剖析管系的熱學模型按一定方式離散化。通常將復雜管路系統用固定點將管系界定成幾個形狀較為簡單的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等便于進行剖析估算。模型的確切是作好撓度剖析的前提條件。
②準確地描述邊界條件
管系應按照管線實際邁向和管路柔性的要求，合理地設置平面和空間的彎管及選擇三通處的補強方案。按照管線撓度、強度的要求設置支吊架等約束，撓度估算時應按照估算結果隨時調整支架位置及型式。
③正確地剖析估算結果
對估算出的一次撓度、二次撓度等進行判斷。一、二次撓度值應大于規定值；管線對設備管口的推力和扭矩應在容許的范圍內；管線的最大位移量應能滿足管線布置的要求。
2進行LNG管遺撓度估算的輸入條件2.1設計壓力
按照LNG氣柜和管線系統運行壓力綜合考慮管線設計壓力。通?？砂?.8MPa估算。
2.2估算氣溫
LNG汽化站內高溫管線和高溫氣柜在即將進高溫液體前，要首先進行充分的冷卻理論應力值計算公式，即預冷過程。國外外通常采用液氮為LNG管線和氣柜預冷。因為液氮的體溫為-196℃，在進行撓度估算時，估算操作氣溫應按-196℃計取。
2.3安裝氣溫
安裝氣溫是指LNG管線系統在施工時的環境濕度。按照相關標準的規定，在沒有特殊要求的情況下，可將安裝氣溫取為20℃。
2.4材料
LNG氣柜及管線一般采用奧氏體碳鋼材料，其組織為奧氏體，具有良好的塑性，因而擁有優異的高溫性能。但奧氏體碳鋼線膨脹系數較大，因而須要采取舉措避免出現冷收縮導致管線破壞。國外通常選用碳鋼作為LNG管線材料。0～20℃時碳鋼平周線膨脹系數為16.28×10-6/K，比普通碳素鋼大50%左右，碳鋼管線線變型愈發顯著。
2.5材料許用撓度
按照《工業金屬管線設計規范》GB50316—2000（2008年版），對于這樣的高合金剛，其許用撓度應取σb(材料標準伸長率硬度下限值)、σs(材料標準常溫屈服點)、σst(材料在設計氣溫下的屈服點)、σDt(材料在設計氣溫下經10×104h破裂的持久硬度的平均值)、σnt(材料在設計氣溫下經10×104h溶脹率為1%的撓曲極限)這5個值中的最小值。在LNG管線撓度估算時，管線許用撓度可依據《工業金屬管線設計規范》GB50316-2000（2008年版）附表A，取。
2.6保冷層
通常絕熱材料分為有機材料和無機材料兩大類。因為LNG氣溫為-162℃，滿足LNG絕熱要求的絕熱材料必須在超高溫和常溫交變時規格穩定性要好，具有較低的熱導率(即有較好的絕熱性能)，在超高溫和常溫下達到一定的硬度要求。在工程選料設計中還應考慮材料的成本、施工性能。應按照具體選擇的保冷材料估算保冷層重量。
3結語
在撓度估算中，按照管線聯接設備情況，多年產生了相應的標準。諸如，管線與空氣冷卻器聯接，管口載荷條件可參照日本石油學會標準《Air-Heatfor》執行。目前，國外LNG行業仍未完善LNG專業的行業標準規范，非常是還沒有LNG氣柜、空溫式汽化器等設備的管口載荷條件，給LNG管線撓度估算帶來困難。建議從LNG特點出發，逐漸構建LNG的行業標準，進一步規范LNG管線撓度估算。
LNG本身無腐蝕性，但氯離子對奧氏體碳鋼存在腐蝕。假如LNG外保冷材料施工質量存在問題，因外表面熱阻形成的含硫離子的冷凝水步入保冷層，氯離子可能導致碳鋼腐蝕。在工程實踐中應謹慎選擇保冷材料。
