本书系统地介绍了管道设计基本知识和管道应力分析理论基础及管道振动噪声控制，全书共四章，主要内容有管道设计基本知识、管道应力分析的理论基础、管道应力分析程序基本原理、管道振动及噪声控制，正文后附有常用的管道参数表和模型图。

正确掌握管道应力分析的基本概念和理论，并在管道设计中正确应用这些概念和理论，是做好管道设计的基本功，做好管道应力分析，对保证管道设计质量，提高设计效率是十分重要的。

管道应力分析是管道设计中的重要环节，因为它不仅是判定管道是否安全合理的重要准则，并且也要据此确定管道冷紧、安装坡度、管端对设备的推力和力矩及管道支吊架荷载、进行支吊架选型、变力和恒力弹簧支吊架选择、支吊架生根结构选型等。因而正确掌握管道应力分析的基本概念和理论，并在管道设计中正确应用这些概念和理论，是做好管道设计的基本功，做好管道应力分析，对保证管道设计质量，提高设计效率是十分重要的。
20世纪80年代之前，由于受计算机存储容量和计算速度的限制，计算机应用程序采用简化数学和物理模型，压缩存储量的方法使程序的计算功能受到了影响，程序使用也不方便。进入80年代中期国家电力建设进入了快速发展时期，国家重要科技单位也都引进了大型先进的计算机设备，国内现有计算机程序已不能适应形势的需要。由水利电力部电力规划院立项，东北电力设计院承担的管道应力分析程序（GLIF）正式启动研发，本书作者为该软件的主要开发者之一，程序编制吸取了国内原有管道应力计算程序和引进美国2010程序的特点，扩展了程序功能，在程序应用的简单化、方便性方面做了大量的工作，经过两年多的程序开发、改进和维护，程序开发按要求进度完成，并通过了电力规划院组织的鉴定。替代了原有的电力系统管道计算程序，大大提高了管道设计的效率，得到了电力设计单位的普遍认可，为电力建设的发展做出了重要贡献。从90年代起，我们对管道应力分析程序持续改进和完善，已经在电力系统普遍运用，并且逐步推广到了石油、化工等领域。机组容量已经应用到了1000MW等级，管道参数应用到了超超临界参数，国内许多设计单位都在使用，不仅在国内项目应用，而且国外项目也在应用。程序功能全面、计算结果正确、使用简单，为数据的后处理提供了方便，程序为支吊架选型程序以及管道三维设计都创造了条件。然而目前为止，管道应力分析程序操作者只见到国内外不同程序使用说明及梗概的技术介绍，虽然可应用程序对工程实际管道进行应力分析计算，但从业者不了解管道应力分析程序采用的计算方法和基本原理，对解决程序应用时遇到的问题是不利的。为了使广大管道设计、安装、维护者普遍掌握管道应力分析的计算理论基础，提高解决管道应力分析问题的能力，出版管道应力分析基本原理和理论基础是必要的。本书的出版可以提高管道相关从业人员的理论水平，为更好地分析解决管道设计、安装、维护等作业中的实际问题创造条件。
目前，随着海外市场的开发，国内公司承担建设的国外各种类型的发电厂越来越多，为了较快地获得国外业主的认可，应用从国外引进的管道应力分析软件的情况也在增多，而本书介绍的是管道应力分析的通用基本理论和原理，不涉及具体软件的技术细节。国内软件和国外引进的软件基本原理是相通的，国内管道应力分析软件可以满足绝大部分国内外管道设计需求，国外软件相对国内软件有其自身特点，并多了一些功能。本书的内容对理解和正确应用像CAESARⅡ等国外管道软件也是有帮助的。
随着经济社会的快速发展和人民生活的日益改善，人们对环境质量的要求不断提高。各国对环境噪声控制标准逐渐趋严，噪声水平是业主对工程项目验收的重要指标之一。管道噪声对厂矿的整体噪声水平的贡献较大，管道振动有时严重威胁企业的安全运行，控制管道振动和噪声，越来越受到广泛重视。但长期以来，在设计环节并没有受到足够的重视，亦没有采取针对性的有效措施防止和减轻管道振动和噪声，以致有的管道在运行后发生较强的振动和较大的噪声，不符合文明生产的要求，给业主的运行人员造成了很大的烦恼，甚至威胁管道运行安全，使得企业不得不投资对管道进行改造和治理，影响企业的经济效益。因此，为了解决这一问题，推广和普及管道振动和噪声控制方面的理论和知识愈显重要。因此，本书对此做一专门初步介绍，作为抛砖引玉供有关方面人员参考。
本书在编写过程中得到宋春旸的帮助，在此表示感谢。
由于编者的水平所限，书中难免存在不妥之处，敬请读者指正。

编　者
2020年3月

宋凤喜，高工程师，1983-2003 在东北电力设计院从事电厂热机专业设计工作。开发的管道应力分析程序在电力系统早已普遍应用，并已推广到石油、化工等行业，之后分别在上海电气，青岛鸿瑞等公司从事设计审核，项目管理等工作。

前言

第一章　管道设计基本知识 1
一、常用钢管材料的使用温度 3
二、常用钢材使用温度 4
三、电厂各类介质管道推荐流速 6
四、两相流管道和再循环管道 8
五、特殊介质管道 11
六、管道热补偿 13
七、管道蠕胀问题 15
八、管道冷紧和安装坡度 16
九、管道零部件 18
十、阀门 21
十一、补偿器 28
十二、管道支吊架 28
第二章　管道应力分析的理论基础 39
一、管道荷载 40
二、管道变形 41
三、强度理论 41
四、弹性理论的基本假设 43
五、虎克定律 43
六、泊松比 43
七、管道应力分析 44
八、管道柔性设计 53
九、管道元件柔性系数 54
十、应力增强系数 57





十一、摩擦系数的选取 59
十二、金属腐蚀 59
第三章　管道应力分析程序基本原理 68
一、力和位移的关系 69
二、力和位移的转移与坐标变换 70
三、管道单元刚度矩阵及其变换 72
四、管道单元的末端节点刚度矩阵、温差力矩阵及均布荷载矩阵 74
五、管道节点平衡方程与总体刚度矩阵 78
六、边界条件的处理 80
七、线性方程组的解法 81
八、管道荷载分配和支吊架弹簧选择 82
九、管道节点力和内力计算 83
十、管道应力验算 100
十一、管道对约束装置（支吊架）的作用 107
十二、管道对设备（或端点）的推力计算 109
第四章　管道振动及噪声控制 114
一、管道振动控制 115
二、管道噪声控制 130
附录A　柔性隔声帘隔声包管 141
附录B　管道立体图 146
附录C　管道三维模型 147
附录D　钢管材料许用应力 148
附录E　钢板材料许用应力 152
附录F　常用国产钢材的弹性模量数据 154
附录G　常用钢材类型的弹性模量近似数据 156
附录H　常用国产钢材的平均热膨胀系数 157





附录I　常用钢材类型的平均热膨胀系数近似数据 160
附录J　300～1000MW发电机组主要管道设计参数及材质 162
附录K　常用管道水平直管支吊架允许间距 165
附录L　常用管道断面力学性质 184
附录M　常用管道每米自重与含水总重 191

参考文献 193