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摘 要：管道安装中，冷紧比的选取至关重要，应根据管系的实际情况进行，同时不能忽视初期热态应力水平对管系的影响。
关键词：管道安装 冷紧比 选取
中图分类号：TK17 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-036-02
管道的冷紧在电厂设计中常常遇到，也就是管道安装时在管段一定位置上先切去一段预定长度，形成豁口，然后强行冷拉接上。它的作用就是使管道在冷态时产生一个与热胀应力相反的冷紧力和力矩，从而降低管道在运行初期的热应力，减少其对两端连接设备及支吊架的推力和力矩，也减少管道自身从常温升至工作温度的第一次升温过程中出现的屈服塑性变形及其内部的蠕变速度。因此冷紧对管系和设备的安全运行是非常有利的。
那么这段需要预定切去的管道长度到底是多少呢？这就牵涉到冷紧比（ =冷紧值/全补偿值）的选取问题。从理论上讲，冷紧比取1.0是最理想的，但在实际应用中很难达到。为此我国发布的《电厂动力管道设计规范》（GB50764-2012）规定：“（1）设计温度在430℃及以上的管道宜进行冷紧，冷紧比不宜小于0.7；（2）当需要减小管道在工作状态下对设备的推力和力矩时，可进行冷紧，冷紧有效系数，对工作状态取2/3，对冷状态取1”。
这些数值究竟在什么条件用什么值却很难选定，而在实际应用上往往采用0.7的定值，但其结果对冷紧未能恰如其分的运用，而造成冷紧不是过之就是不及的现象。现在就此探讨寻求一个比较合适且确切的冷紧比。
1 非蠕变范围内的管系
对于非蠕变范围内的管系，在第一次温升变化过程中可能出现两个转折，即屈服和全面屈服。
现以10号钢为例
由上可知，不冷紧时，管系可能出现全面屈服，考虑50%的冷紧比时仅有轻微屈服现象。
当然上述所举的例子都是在极限情况下所发生的，即一次应力和二次应力都处于极限状态下，这只是一种理论状态（这种状态在规程中是允许出现的，应当考虑之）。但在实际工程中，由于管壁厚度、支吊架间距的裕度、管道布置的柔软、管内介质温度不高等因素，往往一次应力和二次应力之和小于管材的屈服极限，这样的管系就完全没有冷紧的必要，任何冷紧都属于浪费。
由此可见，由于管子规格和布置不一，管系柔度大小不一样，管子温升的不同，管系危险断面上可能出现的最大应力也是千变万化的。因此对于不同的情况就不能千篇一律地以一定的冷紧比（如0.5）来对待，而应以管系不发生屈服现象为标准来选取冷紧比。
2 蠕变范围内的管道
对于蠕变管道，从理论上讲，无论是在第一次升温过程，还是在正常工作温度下的长期运行中，都有塑性变形产生。但是，在实际工程中，由于一次应力和二次应力之和都比管材的热屈服极限低，因而在第一次升温过程中，一般都不会产生塑性变形，而是在正常运行中，只有在蠕变作用下才不断产生塑性变形。例如，采用12Cr1MoVG的材料管道，当管系在540℃运由此可知，蠕变管道基本上不会出现非蠕变塑性变形，更不会出现全面屈服现象。因此分析蠕变管道，主要是在蠕变产生的塑性变形上。从所列举的例子可见，当采用70%的冷紧比时，管系中的热态合成应力1.6〔 〕t就接近于钢材的长期强度1.5〔 〕t。这是在一次应力和二次应力都处于极限情况下的结果，而在实际工程中不太可能都处于极限状态，此时其热态合成应力可能是长期强度的1.5、1.4、1.3甚至1.2倍。这与管子规格、管材特性以及管系布置等情况有关。此时也就没有必要一定采用70%的冷紧比，只用60%或50%的冷紧比即可。相反，如果另一种钢材的特性不同，在70%的冷紧比下，管系中产生的热态合成应力还是很高的话，那么就应当选取更大的冷紧比。
因此，与非蠕变管道一样，蠕变管道的冷紧比应当针对管系的具体情况来决定，而不能用定值。只要选取的冷紧比在管道冷紧后其最大热应力不大于管材工作温度下的长期强度极限即可。
同理，无论对于非蠕变管道还是蠕变管道，管系中的冷态应力都应加以限制，管系中的最大冷态应力（一次应力加上冷紧应力之和）不应超过管材在常温下的屈服极限。所以冷紧比相对于管道的具体情况也不宜选取过大。否则，管道会朝着相反的方向屈服或变形。而且还会给施工带来不必要的困难。
3 结束语
综上所述，冷紧比的选取，应根据管系的实际情况进行，同时不能忽视初期热态应力水平对管系的影响。
对于非蠕变管道，冷紧比应使管系在升温过程中不发生屈服现象，即危险断面上最大热应力（一次应力和二次应力之和）不大于管材的热屈服极限。
对于蠕变管道，冷紧比应比危险断面外侧的初期热态应力（一次应力和二次应力之和）不大于管材设计采用的长期强度极限。
值得注意的是，管系不一定都要冷紧。当管系柔度较大，在不冷紧的条件下，其初期热态应力对于非蠕变管道而言小于热屈服极限，对于蠕变管道而言小于长期强度极限，那么管系就不应当冷紧。
参考文献：
[1] 电厂动力管道设计规范 GB50764-2012[S].
关键词：管道安装 冷紧比 选取
中图分类号：TK17 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-036-02
管道的冷紧在电厂设计中常常遇到，也就是管道安装时在管段一定位置上先切去一段预定长度，形成豁口，然后强行冷拉接上。它的作用就是使管道在冷态时产生一个与热胀应力相反的冷紧力和力矩，从而降低管道在运行初期的热应力，减少其对两端连接设备及支吊架的推力和力矩，也减少管道自身从常温升至工作温度的第一次升温过程中出现的屈服塑性变形及其内部的蠕变速度。因此冷紧对管系和设备的安全运行是非常有利的。
那么这段需要预定切去的管道长度到底是多少呢？这就牵涉到冷紧比（ =冷紧值/全补偿值）的选取问题。从理论上讲，冷紧比取1.0是最理想的，但在实际应用中很难达到。为此我国发布的《电厂动力管道设计规范》（GB50764-2012）规定：“（1）设计温度在430℃及以上的管道宜进行冷紧，冷紧比不宜小于0.7；（2）当需要减小管道在工作状态下对设备的推力和力矩时，可进行冷紧，冷紧有效系数，对工作状态取2/3，对冷状态取1”。
这些数值究竟在什么条件用什么值却很难选定，而在实际应用上往往采用0.7的定值，但其结果对冷紧未能恰如其分的运用，而造成冷紧不是过之就是不及的现象。现在就此探讨寻求一个比较合适且确切的冷紧比。
1 非蠕变范围内的管系
对于非蠕变范围内的管系，在第一次温升变化过程中可能出现两个转折，即屈服和全面屈服。
现以10号钢为例
由上可知，不冷紧时，管系可能出现全面屈服，考虑50%的冷紧比时仅有轻微屈服现象。
当然上述所举的例子都是在极限情况下所发生的，即一次应力和二次应力都处于极限状态下，这只是一种理论状态（这种状态在规程中是允许出现的，应当考虑之）。但在实际工程中，由于管壁厚度、支吊架间距的裕度、管道布置的柔软、管内介质温度不高等因素，往往一次应力和二次应力之和小于管材的屈服极限，这样的管系就完全没有冷紧的必要，任何冷紧都属于浪费。
由此可见，由于管子规格和布置不一，管系柔度大小不一样，管子温升的不同，管系危险断面上可能出现的最大应力也是千变万化的。因此对于不同的情况就不能千篇一律地以一定的冷紧比（如0.5）来对待，而应以管系不发生屈服现象为标准来选取冷紧比。
2 蠕变范围内的管道
对于蠕变管道，从理论上讲，无论是在第一次升温过程，还是在正常工作温度下的长期运行中，都有塑性变形产生。但是，在实际工程中，由于一次应力和二次应力之和都比管材的热屈服极限低，因而在第一次升温过程中，一般都不会产生塑性变形，而是在正常运行中，只有在蠕变作用下才不断产生塑性变形。例如，采用12Cr1MoVG的材料管道，当管系在540℃运由此可知，蠕变管道基本上不会出现非蠕变塑性变形，更不会出现全面屈服现象。因此分析蠕变管道，主要是在蠕变产生的塑性变形上。从所列举的例子可见，当采用70%的冷紧比时，管系中的热态合成应力1.6〔 〕t就接近于钢材的长期强度1.5〔 〕t。这是在一次应力和二次应力都处于极限情况下的结果，而在实际工程中不太可能都处于极限状态，此时其热态合成应力可能是长期强度的1.5、1.4、1.3甚至1.2倍。这与管子规格、管材特性以及管系布置等情况有关。此时也就没有必要一定采用70%的冷紧比，只用60%或50%的冷紧比即可。相反，如果另一种钢材的特性不同，在70%的冷紧比下，管系中产生的热态合成应力还是很高的话，那么就应当选取更大的冷紧比。
因此，与非蠕变管道一样，蠕变管道的冷紧比应当针对管系的具体情况来决定，而不能用定值。只要选取的冷紧比在管道冷紧后其最大热应力不大于管材工作温度下的长期强度极限即可。
同理，无论对于非蠕变管道还是蠕变管道，管系中的冷态应力都应加以限制，管系中的最大冷态应力（一次应力加上冷紧应力之和）不应超过管材在常温下的屈服极限。所以冷紧比相对于管道的具体情况也不宜选取过大。否则，管道会朝着相反的方向屈服或变形。而且还会给施工带来不必要的困难。
3 结束语
综上所述，冷紧比的选取，应根据管系的实际情况进行，同时不能忽视初期热态应力水平对管系的影响。
对于非蠕变管道，冷紧比应使管系在升温过程中不发生屈服现象，即危险断面上最大热应力（一次应力和二次应力之和）不大于管材的热屈服极限。
对于蠕变管道，冷紧比应比危险断面外侧的初期热态应力（一次应力和二次应力之和）不大于管材设计采用的长期强度极限。
值得注意的是，管系不一定都要冷紧。当管系柔度较大，在不冷紧的条件下，其初期热态应力对于非蠕变管道而言小于热屈服极限，对于蠕变管道而言小于长期强度极限，那么管系就不应当冷紧。
参考文献：
[1] 电厂动力管道设计规范 GB50764-2012[S].