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[!--downpath--]序言：管线的挠度估算和剖析是估算管系硬度、载荷、位移并避免并排管线互相影响等的重要手段。LNG管系的挠度估算对后期的安全运行意义重大，本文详述了挠度估算的基础知识和和LNG管线挠度估算的方式和注意事项，供业内界参考。
1挠度剖析的基础知识
1.1挠度剖析的主要目的
首先，使管线各处的挠度水平处在容许的范围内，使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准规定的受力条件。其次，估算出各约束处所受的载荷及各类工况下管线的位移。最终，帮助技术人员对管系进行优化。
1.2挠度剖析的理论
材料破坏的方式主要有两类：流动破坏和破裂破坏。硬度理论相应分为两类。一类是解释材料破裂的硬度理论，包括最大拉挠度理论(第一硬度理论)和最大伸长线应变理论(第二硬度理论)；另一类是解释材料流动破坏的硬度理论，包括最大剪挠度理论(第三硬度理论)和形铁损能理论(第四硬度理论)。
《工业金属管线设计规范》GB50316-2000（2008年版）是目前国外挠度估算方面较权威的规范，与日本标准ASMEB31.3《工艺流程管线》()基本等效。我国其他有关管线挠度剖析的行业标准基本上参照了ASMEB31《压力管线规范》系列。ASMEB31系列中各标准在挠度校核条件方面存在一些差异，但总的来说这种差异是非原则性的。
从硬度理论分类方面来讲理论应力值计算公式，《工业金属管线设计规范》GB50316-2000（2008年版）与英国标准ASMEB31.3《工艺流程管线》相同，均采用了最大剪挠度理论。
1.3挠度的分类
在挠度剖析领域，工程师为易于剖析，人为将挠曲分为一次挠度、二次挠度、峰值挠度。在估算前假设了一定的边界条件，估算出的挠度根据一定的辨别条件进行剖析和判别。估算出的挠度不是管线实际承受的挠曲，与实际工程中在管线上用应变仪检测下来的挠度无任何关系。
1.3.1一次挠度
一次挠度是由机械外载荷造成的正挠度和剪挠度，它必须满足外部和内部的力和扭矩的平衡法则。其特点是：一次挠度是非自限性，它一直随所加载荷的降低而降低，超过材料的屈服极限或持久硬度时，将使管线发生塑性破坏或总体变型，因而在管系的挠度剖析中，首先应使一次挠度满足许用挠度值。
1.3.2二次挠度
二次挠度是因为变型遭到约束所形成的正挠度或剪挠度，它本身不直接与外力平衡。其特点是：
①管道内二次挠度一般是由位移载荷造成的(如热膨胀、附加位移、安装偏差、振动载荷)。
②二次挠度是自限性的，当局部屈服和形成少量塑性变型时，通过变型协调才能使挠度增加。
③二次挠度是周期性的(不包括安装造成的二次挠度)。
④二次挠度的许用极限基于周期性和疲劳破裂模式，不取决于一个时期的挠度水平，而是取决于交变的挠度范围和交变的循环次数。
1.3.3峰值挠度
峰值挠度是局部挠度集中或局部结构不连续或局部热挠度等所造成的较大的挠度。
1.4挠度估算的结果判断根据
1.4.1《压力管线规范》简介
①ASMEB31.1《动力管线》(Power)：主要为发电厂、工业设备和公共机构的电站、地热系统以及集中和分区的供暖和供冷系统中的管线。
②ASMEB31.3《工艺流程管线》()：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体、制冷鞋厂以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管线。
③ASMEB31.8《燃气输配管线》(Gasand)：主要为煤气长输管线。
1.4.2LNG挠度估算判据
挠度估算时，LNG管线通常遵守ASMEB31.3《工艺流程管线》()。
ASMEB31.3规定的一次挠度表达式为：
要求工程师估算出的σ1不超过σh，即：
σ1≤σh(2)
式中σ1——次挠度，MPa
Fax——由于持续载荷形成的轴向力，N
Am——管壁横截面积，mm²
ii——平面内挠度提高系数
Mi——由于持续载荷形成的平面内剪力，N·mm
i0——平面外挠度提高系数
M0——由于持续载荷形成的平面外剪力，N·mm
Z——抗弯截面泊松比，mm³
p——管道设计压力，MPa
D0——管子直径，mm
δ——管子壁厚，mm
σh——材料在设计气温下的许用挠度，MPa
ASMEB31.3规定的二次挠度表达式为：
要求工程师估算出的σ2不超过σA，即：
σ2≤σA(5)
当材料在设计气温下的许用挠度σh小于一次挠度σ1时，其差值可用于二次挠度。则：
σA=f(1.25σc+1.25σh-σ1)(6)
式中σ2——二次挠度，MPa
Mi,t——由于水温(二次)载荷造成平面内的剪力，N·mm
M0,t——由于水温(二次)载荷造成平面外的剪力，N·mm
Mt——由于水温(二次)载荷造成的扭转转矩，N·mm
σA——许用的挠度范围，MPa
f——应力增大系数
σc——在环境湿度下材料的基本许用挠度，MPa
对于峰值挠度，ASMEB31.3没有明晰给出估算公式，在简单状态下，因为持续和碰巧载荷造成的轴向挠度的总和不应超过σc的1.33倍。
1.5挠度剖析的内容
①正确构建模型
构建模型就是将所剖析管系的热学模型按一定方式离散化。通常将复杂管路系统用固定点将管系界定成几个形状较为简单的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等便于进行剖析估算。模型的确切是作好挠度剖析的前提条件。
②准确地描述边界条件
管系应按照管线实际迈向和管路柔性的要求，合理地设置平面和空间的弯管及选择三通处的补强方案。按照管线挠度、强度的要求设置支吊架等约束，挠度估算时应按照估算结果随时调整支架位置及型式。
③正确地剖析估算结果
对估算出的一次挠度、二次挠度等进行判断。一、二次挠度值应大于规定值；管线对设备管口的推力和扭矩应在容许的范围内；管线的最大位移量应能满足管线布置的要求。
2进行LNG管遗挠度估算的输入条件2.1设计压力
按照LNG气柜和管线系统运行压力综合考虑管线设计压力。通常可按0.8MPa估算。
2.2估算气温
LNG汽化站内高温管线和高温气柜在即将进高温液体前，要首先进行充分的冷却理论应力值计算公式，即预冷过程。国外外通常采用液氮为LNG管线和气柜预冷。因为液氮的体温为-196℃，在进行挠度估算时，估算操作气温应按-196℃计取。
2.3安装气温
安装气温是指LNG管线系统在施工时的环境湿度。按照相关标准的规定，在没有特殊要求的情况下，可将安装气温取为20℃。
2.4材料
LNG气柜及管线一般采用奥氏体碳钢材料，其组织为奥氏体，具有良好的塑性，因而拥有优异的高温性能。但奥氏体碳钢线膨胀系数较大，因而须要采取举措避免出现冷收缩导致管线破坏。国外通常选用碳钢作为LNG管线材料。0～20℃时碳钢平周线膨胀系数为16.28×10-6/K，比普通碳素钢大50%左右，碳钢管线线变型愈发显著。
2.5材料许用挠度
按照《工业金属管线设计规范》GB50316—2000（2008年版），对于这样的高合金刚，其许用挠度应取σb(材料标准伸长率硬度下限值)、σs(材料标准常温屈服点)、σst(材料在设计气温下的屈服点)、σDt(材料在设计气温下经10×104h破裂的持久硬度的平均值)、σnt(材料在设计气温下经10×104h溶胀率为1%的挠曲极限)这5个值中的最小值。在LNG管线挠度估算时，管线许用挠度可依据《工业金属管线设计规范》GB50316-2000（2008年版）附表A，取。
2.6保冷层
通常绝热材料分为有机材料和无机材料两大类。因为LNG气温为-162℃，满足LNG绝热要求的绝热材料必须在超高温和常温交变时规格稳定性要好，具有较低的热导率(即有较好的绝热性能)，在超高温和常温下达到一定的硬度要求。在工程选料设计中还应考虑材料的成本、施工性能。应按照具体选择的保冷材料估算保冷层重量。
3结语
在挠度估算中，按照管线联接设备情况，多年产生了相应的标准。诸如，管线与空气冷却器联接，管口载荷条件可参照日本石油学会标准《Air-Heatfor》执行。目前，国外LNG行业仍未完善LNG专业的行业标准规范，非常是还没有LNG气柜、空温式汽化器等设备的管口载荷条件，给LNG管线挠度估算带来困难。建议从LNG特点出发，逐渐构建LNG的行业标准，进一步规范LNG管线挠度估算。
LNG本身无腐蚀性，但氯离子对奥氏体碳钢存在腐蚀。假如LNG外保冷材料施工质量存在问题，因外表面热阻形成的含硫离子的冷凝水步入保冷层，氯离子可能导致碳钢腐蚀。在工程实践中应谨慎选择保冷材料。
