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CAESARII 管道应力分析 培训

CAESARII 管道应力分析 培训
CAESARII 管道应力分析 培训

CAESARII软件培训资料

北京艾思弗计算机软件公司

2002年4月12日

1.管道应力分析的原则

管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。

2.管道应力分析的主要内容

管道应力分析分为静力分析和动力分析。

静力分析包括:

1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏;

2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏;

3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大,保证设备正常运行;

4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据;

5)管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。

动力分析包括:

l)管道自振频率分析——防止管道系统共振;

2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力;

3)往复压缩机(泵)气(液)柱频率分析——防止气柱共振;

4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。

3.管道上可能承受的荷载

(1)重力荷载:包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等;

(2)压力荷载:压力载荷包括内压力和外压力;

(3)位移荷载:位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等;

(4)风荷载;

(5)地震荷载;

(6)瞬变流冲击荷载:如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击:

(7)两相流脉动荷载;

(8)压力脉动荷载:如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动;

(9)机械振动荷载:如回转设备的振动。

4.管道应力分析的目的

1)为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值;

2)为了使与管系相连的设备的管日荷载在制造商或国际规范(如NEMA SM-23、API-610、API-6 17等)规定的许用范围内;

3)为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASME Vlll的允许范围内;

4)为了计算管系中支架和约束的设计荷载;

5)为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移;

6)为了优化管系设计。

5.管道柔性设计方法的确定

一般说来,下述管系必须利用应力分析软件(如CAESAR II)通过计算机进行计算及分析。

1)与贮罐相连的,公称管径12”及以上且设计温度在100度及上的管线;

2)离心式压缩机(API 617)及往复式压缩机(API 618)的3”及以上的进、出口管线:

3)蒸汽透平(NAME SM23)的入口、出口和抽提管线;

4)泵(API 610)——公称管径4”及以上且温度100度及以上或温度-20度及以下的吸入。

排出管线;

5)空冷器(API 661)——公称管径6”及以上且温度120度及以上的进、出口管线;

6)加热炉(API 560)——与管口相连的6”及以上和温度200度及以上的管线;

7)相当长的直管,如界区外的管廊上的管线;

8)法兰处的泄漏会造成重大危险的管线,如氧气管线、环氧乙烷管线等。

9)公称管径4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管线;

6.摩擦系数的确定

除非另有规定,在进行管道柔性分析时摩擦系数应作如下考虑:

滑动支架:

钢对钢0.3

不锈钢对聚四氟乙烯0.1

聚四氟乙烯对聚四氟乙烯0.08

钢对混凝土0.6

滚动支架:

钢对钢(滚珠)0.3

钢对钢(滚柱)0.3

注:滚珠沿轴向运动时应采用滑动摩擦系数.

7.管道柔性设计

管道柔性是反映管道变形难易程度的一个物理概念,表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。

进行管道设计时,应在保证管道具有足够的柔性来吸收位移应变的前提下,使管道的长充尽可能短或投资尽可能少。在管道柔性设计中,除考虑管道本身的热胀冷缩外,还应考虑管道端点的附加位移。设计时,一般采用下列一种或几种措施来增加管道的柔性:

(1)改变管道的走向;

(2)选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器;

(3)选用弹性支吊架。

8.管道柔性设计的目的

管道柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道回热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因造成下列问题;

(1)管道应力过大引起金属疲劳和(或)管道推力过大造成支架破坏;

(2)管道连接处产生泄漏;

(3)管道推力或力矩过大,使与其相连接的设备产生过大的应力或变形,影响设备正常运行。9.应进行详细柔性设计的管道

(1)进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道;

(2)进出汽轮机的蒸汽管道;

(3)进出离心压缩机,透平鼓风机的工艺管道;

(4)进出离心分离机的工艺管道;

(5)进出高温反应器的管道;

(6)温度超过400℃的管道;

(7)利用图表或其他简化法初步分析后,表明需要进一步详细分析的管道:

(8)与有受力要求的其他设备相连的管道。

10.管道柔性设计计算结果的内容

(1)输入数据;

(2)各节点的位移和转角;

(3)各约束点的力和力矩;

(4)各节点的应力;

(5)二次应力最大值的节点号、应力值和许用应力范围值;

(6)弹簧参数表。

11.管道柔性设计合格的标准

(1)管道上各点的二次应力值应小于许用应力范围;

(2)管道对设备管口的推力和力矩应在允许的范围内;

(3)管道的最大位移量应能满足管道布置的要求。

12.冷紧问题

冷紧是指在安装时(冷态)使管道产生一个初位移和初应力的一种方法。

如果热胀产生的初应力较大时,在运行初期,初始应力超过材料的屈服强度而发生塑性变形,或在高温持续作用下,管道上产生应力松弛或发生蠕变现象,在管道重新回到冷态时,则产生反方向的应力,这种现象称为自冷紧。

冷紧的目的是将管道的热应变一部分集中在冷态,从而降低管道在热态卜的热胀应力和对端点的推力和力矩,也可防止法兰连接处弯矩过大而发生泄漏。但冷紧不改变热胀应力范围。

冷紧比为冷紧值与全补偿量的比值。

通常应尽量避免采用冷紧,在必须采用冷紧的情况下,要遵循下列原则:

●为了降低管道运行初期在工作状态下的应力和管道对连接设备或固定点的推力、力矩以及位

移量,可以采用冷紧,但冷紧不能降低管道的应力范围;

●对于材料在蠕变条件下(碳钢380度以上,低合金钢和高铬钢420度以上)工作的管道进行

冷紧时,冷紧比(亦即冷紧值与全补偿量的比值)应不小于0.7。对于材料在非蠕变条件下工

作的管道,冷紧比它取0.5。对冷紧有效系数,热态取2/3,冷态取1。

●对连接转动设备的管道,不宜采用冷紧。

●与敏感设备相连的管道不宜采用冷紧。因为由于施工误差使得冷紧量难于控制,另一方面,在管

道安装完成要将与敏感设备管口相连的管法兰卸开,以检查该法兰与设备法兰的同轴度和平行度,如果采用冷紧将无法进行这一检查。

13.带约束的金属波纹管膨胀节类型

(1)单式铰链型膨胀节,由一个波纹管及销轴和铰链板组成,用于吸收单平面角位移;

(2)单式万向铰链型膨胀节,由一个波纹管及万向环、销轴和铰链组成,能吸收多平面角位移;

(3)复式拉杆型膨胀节,由用中间管连接的两个波纹管及拉杆组成,能吸收多平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移;

(4)复式铰链型膨胀节,由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成,能吸收单平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移;

(5)复式万向铰链型膨胀节,由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成,能吸收互相垂直的两个平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移;

(6)弯管压力平衡型膨胀节,由一个工作波纹管或用中间管连接的两个工作波纹管及一个平衡波纹管构成,工作波纹管与平衡波纹管间装有弯头或三通,平衡波纹管一端有封头并承受管道

内压,工作波纹管和平衡波纹管外端间装有拉杆。此种膨胀节能吸收轴向位移和/或横向位

移。拉杆能约束波纹管压力推力。常用于管道方向改变处;

(7)直管压力平衡型膨胀节,一般由位于两端的两个工作波纹管及有效面积等于二倍工作波纹管有效面积、位于中间的一个平衡波纹管组成,两套拉杆分别将每一个工作波纹管与平衡波纹

管相互连接起来。此种膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。

带约束的金属波纹管膨胀节的共同特点是管道的内压推力(俗称盲板力)没有作用于固定点或限位点外,而是由约束波纹膨胀节用的金属部件承受。

14.对转动设备允许推力的限制

管道对转动设备的允许推力和力矩就由制造厂提出,当制造厂无数据时,可按下列规定进行核算:(1)单列、中心线安装、两点支承的离心泵,其允许推力和力矩应符合API610规定;

(2)尺寸较小的非冷凝式通用汽轮机,蒸汽管道对汽轮机接管法兰的最大允许推力和力矩应符合NEMA SM23的规定。

(3)离心压缩机的管道对压缩机接管法兰的最大允许推力和力矩应取NEMA SM23规定值的1.85 倍。

15.热膨胀量(初位移)的确定

(l)封头中心管口热膨胀量的计算

封头中心管口只有一个方向的热膨胀,即垂直方向,考虑到从分钦塔固定点至封头中心管口之间可能存在操作温度和材质的变化,故总膨胀量按下式计算;

(2)封头斜插管口热膨胀量的计算

封头斜插管口有两个方向的热膨胀,即垂直方向和水平方向的热膨胀,垂直方向的热膨胀量计算同式,水平方向的热膨胀量按下式计算:

(3)上部筒体径向管口有两个方向的热膨胀,即垂直方向和水平方向的热膨胀,垂直方向的热膨胀量计算同式,水平方向的热膨胀量按下式计算:

16.管道设计中可能遇到的振动

(l)往复式压缩机及往复泵进出日管道的振动;

(2)两相流管道呈柱塞流时的振动;

(3)水锤:

(4)安全阀排气系统产生的振动;

(5)风载荷、地震载荷引起的振动。

17.往复压缩机、往复泵的管道振动分析的内容

振动分析应包括:

(1)气(液)柱固有频率分析,使其避开激振力的频率;

(2)压力脉动不均匀度分析,采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措施,将压力不均匀度控制在允许范围内:

(3)管系结构振动固有频率、振动及各节点的振幅及动应力分析,通过设置防振支架优化管道布置,消除过大管道振动。

18.共振

当作用在系统上的激振力频率等于或接近系统的因有频率时,振动系统的振幅会急剧增大,这种现象称为共振。

往复泵管道设计中可能引发共振的因素有:管道布置出现共振管长:缓冲器和管径设计不当造成流体固有频率与激振频率重叠导致气(液)柱共振;支承型式设置不当,转弯过多等造成管系机械振动固有频率与激振力频率重叠。

要避免发生共振,应使气(液)柱固有频率、管系的结构固有频率与激振力频率错开。管道设计时应进行振动分析,合理设置缓冲器,避开共振管长,尽可能减少弯头,合理设置支架。

19.管道支吊架的类型

管道支吊架可分为三大类:承重支吊架、限制性支吊架和防振支架。

承重支吊架可分为:刚性支吊架、可调刚性支吊架、弹簧支吊架和恒力支吊架。

限制性支吊架可分为:固定支架、限位支架和导向支架。

防振支架可分为:减振器和阻尼器。

20.管道支吊架选用的原则

(1)在选用管道支吊架时,应按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温度是否保温式保冷、管道的材质等条件选用合适的支吊架:

(2)设计管道支吊架时,应尽可能选用标准管卡、管托和管吊;

(2)焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省钢材,且制作简单,施工方例,因此,除下列情况外,应尽量采用焊接型的管插和管吊;

l)管内介质温度等于或大于400度的碳素钢材质的管道;

2)低温管道;

3)合金钢材质的管道:

4)生产中需要经常拆卸检修的管道;

21.管道支吊架的作用

第一:承受管道的重量荷载(包括自重、介质重等);

第二:起限位作用,阴止管道发生非预期方向的位移;

第三:控制振动,用来控制摆动、振动或冲击。

固定架限制了三个方向的线位移和三个方向的角位移;

导向架限制了两个方向的线位移;

支托架(或单向止推架)限制了一个方向的线位移。

22.恒力弹簧支吊架、可变弹簧支吊架和刚性支吊架的刚度

恒力弹簧支吊架的刚度理论上为零:

刚性支吊架的刚度理论上为无穷大;

可变弹簧支吊架的刚度等于弹簧产生单位变形所需要的力。

23.恒力弹簧支吊架和可变弹簧支吊架在应用上的限制

恒力弹簧支吊架适用于垂直位移量较大或受力要求荷刻的场合,避免冷热态受力变化太大,导致设备受力或管系应力超标。恒力弹簧的恒定度应小于或等6%,以保证支吊点发生位移时,支承力的变化很小。

可变弹簧适用于支承点有垂直位移,用刚性支承会脱空或造成过大热胀推力的场合。与恒力弹簧相比,使用可变弹簧会造成一定的荷载转移,为防止过大的荷载转移,可变弹簧的荷载变化弯应小于或等于25%。

24.设计振动管道支架时,应注意下列问题

(1)支架应采用防振管卡;

(2)支架间距应经过振动分析后确定;

(3)支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度;

(4)宜设独立基础,尽量避免生根在厂房的梁柱上;

(5)当管内介质温度较高,产生热胀时,应满足柔性分析的要求;

(6)支架应尽量沿地面设置。

25.管道支吊架位置的确定

(1)应满足管道最大允许跨度的要求;

(2)当有集中载荷时,支架应布置在靠近集中载荷的地方,以减少偏心载荷和弯曲应力;

(3)在敏感的设备(泵、压缩机)附近,应设置支架,以防止设备嘴于承受过的管道荷载;

(4)往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道,直单独设置支架,(支架生根于地面的管墩或管架上),以避免将振动传递到建筑物上;

(5)除振动管道外,应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的上根点,且应考虑生根点所能承受的荷载,生根点的构造应能满足生根件的要求。

(6)对于复尽可能的管道,尤其是需要作详细应力计算的管道,尚应根据应力计算结果调整

(7)管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位;

(8)管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近;

(9)安全泄压装置出口管道应根据需要,考虑是否设置支架。

26.设置管道固定点应考虑下列问题

(l)对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段,如L形管段、U形管段、Z 形管段等以便进行分析计算:

(2)确定管道固定点位置时,使其有利于两固定点间管段的自然补偿;

(3)选用II形补偿器时,宜将其设置在两固定点的中部;

(4)固定点直靠近需要限制分支管位移的地方;

(5)固定点应设置在需要承受管道振动、冲击载荷或需要限制管道多方向位移的地方。

(6)作用于管道中固定点的载荷,应考虑其两侧各滑动支架的磨擦反力;

(7)进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道,它在装置分界人设固定点。

27.压缩机进出口管道支架设计要点

(1)往复式压缩机的吸入和排出管道上的管架(或管墩)宜与建、构筑物基础脱开;不宜在楼板和平台上生根,当设计独立的管架(或管墩)时,第一个支架应靠近压缩机;

(2)往复式压缩机吸入和排出管道支架(或管墩)的高度应尽可能低,以便于管道的支承;

(2)往复式压缩机的管道抑振管架,宜设在管道集中荷载处、管道拐弯、分支以及标高有变化处;

(3)由于离心式压缩机吸入和排出管口一般均向下,机体热膨胀及管道热膨胀均向下,因此,管道支架宜采用弹簧支架或弹簧吊架。

28.泵管道支架设置要点

各类泵嘴均有荷载限制,支架设置时应考虑这一因素。

(1)在靠近泵的管段上设置支,吊架或弹簧支吊架;

(2)泵出口嘴垂直向上时,在距泵最近拐弯处,于泵基础以外的位置设置支架;也可在泵嘴正上方的拐弯处设吊架:

(3)对大型机泵的高温进出口管道,为减轻泵嘴受力而设置的支架,应尽量使约束点和泵嘴之间的相对热伸缩量最小;

(4)泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上设置可调支架,也可采用吊架或弹簧吊架;

(5)为防止往复泵管道的脉动,应缩短管道支架之间的距离,尽量采用管卡型支架,不宜采用吊架(6)泵的管道为常温时,应在泵嘴最近处设固定支架或导向架;

(7)泵附属小管道尽量成组布置,以便安装支架:

(8)末经泵制造厂许可,不得在泵底座上安装支架。

弹簧支吊架设计

1,可变弹簧支吊架设计基础

当管子移动时,弹簧载荷稍微发生变化,但从应力的观点看:当管于从冷态变化到热态时,弹簧载荷有一些变化是允许的。一个预设在某个位置的可变弹簧支吊架,在管子运动的全过程都对管子提供支承。当管于向上移动时,弹簧支吊架上的承重板上移,允许弹簧伸长,因而降低弹簧作用在管子上的载荷;当管子向下移动时,弹簧支吊架上的承重板也下移,使弹簧压缩,因而使弹簧作用在管子上的载荷增大。

弹簧支吊架设计的目的是选择一个符合下列要求的弹簧:

①当管子从冷态(安装状态)变化到热态(操作状态)后,弹簧提供必要的重力载荷支撑以平衡管系。

②从冷态到热态的总位移在允许的范围内。

③当弹簧载荷从冷载荷变化到热载荷时,不会在管系中造成过大的膨胀应力。

因为当管于从冷态到热态时,可变弹簧支吊架的载荷是变化的,并且弹簧支吊架设计的一个目的是提供必要的重量支撑载荷以平衡在热态位置的管系,因而有必要用不平衡的“冷态载荷”来安装弹簧支吊架。

2.载荷变化率

在某些情况下,管道规范推荐通过限制载荷变化率为10%或25%来使弹簧载荷的变化为最小。因为热态载荷和热位移取决于管系的结构,所以一个弹簧支吊架的可变性只能通过改变弹簧刚度来控制。大多数制造商对于每个载荷值提供三种(或更多)不同弹簧刚度的弹簧,分别推荐用于短程。中程和长程的位移。因为在一个给定载荷值下的所有弹簧,在它们的全部行程中支承相同的载荷变化,通常长程弹簧的刚度(及其载荷变化率)是中程弹簧的一半,而后者又是短程弹簧的一半。

3.弹簧选型表

弹簧是从弹簧表中选出来的。弹簧表显示了每一号弹簧在工作范围内的负载能力,以及每一号的短、中、长程弹簧的弹簧刚度。在已知热态载荷、热位移和变化率的条件下,从表中选择弹簧的步骤为:

①计算最大许用弹簧刚度;

②在弹簧表的各列中找到热态载荷,来确定弹簧载荷的大小;

③针对载荷大小,选择弹簧刚度小于或等于上面计算值的弹簧系列;

④计算冷态载荷并确认冷态载荷也落在弹簧的工作范围内;

⑤如果不能满足条件,换相同号码的不同弹簧系列或邻近号的弹簧再试。

4.弹簧设计过程一约束重量,热态吊零及其它

上面描述的过程都是假设弹簧选型所需的热态载荷和热位移已知,但是工程师怎样来计算热态载荷和热位移呢?整个弹簧支吊架设计的步骤如下所述。

①利用标准跨距原理来选择管架位置。假设在这点有一个刚性Y向约束,然后进行重量载荷分析。

这种分析称为“约束-重量”分析。在这一分析中,分布在每个约束上的重量载荷将被作为弹簧

选型时的热态载荷。

②其次,从管架位置除去约束,进行热膨胀分析。这种分析称为“自由-热态”分析。每个支架位

置的热态位移将被作为弹簧选择时的热位移。(注意:由于管系中可能有非线性约束的影响,

CAESARII进行的不是一个真正的“自由-热态”工况分析,而是一个“弹簧位移下的操作”工况分析,它包括热态载荷、重量载荷和在约束重量作用下的弹簧热态载荷。因为管系的重量载荷和

弹簧热态载荷基本上相互抵消,这样有效地造成一个只有热态的工况,而不考虑非线性作用。)

③利用从约束-重量计算得出的热态载荷和自由-热态得到的位移,对每个点从上述弹簧表中选择一

个弹簧,利用弹簧刚度来确定安装所需冷态载荷(预置的弹簧载荷)。

④通过在每个弹簧作用点增加一个刚度等于弹簧刚度的约束并且通过增加弹簧预置载荷(冷态载

荷)作为在持续载荷工况起作用的力来调整模型以反映弹簧的存在,然后重新分析所有载荷工况

以获得弹簧真实存在时的效应。

只要用户在管系中指定弹簧,上述四个步骤(除了确定弹簧支吊架的位置)将由CAESARll自动完成。

5.弹簧支吊架设计说明

1)如果内装比重小于1.0的液体管系需要作水压试验,通常在水压试验期间弹簧支吊架的定位块不应拆除,所选用的弹簧零部件(管卡、吊杆等)和支架结构必须能够承受水压试验载荷,而水压试

验载荷通常应作为这些支架的控制载荷。

2)在指定弹簧支吊架的热态和冷态载荷时,附加零部件的预期重量应加到CAESARII的计算载荷上,特别是:当认为这些重量很重要时(如在大管卡或由型钢制成的吊架组件的情况),弹簧必须同时支承零部件;如果在定义弹簧参数时没有考虑这点,管系的重量载荷将由于弹簧零部件的重量而造成不平衡。

3)为了保证管子不至于运动太大而从管架上掉下来,在设计管架时必须考虑弹簧支吊架位置的水平位移,另外,弹簧制造商往往限制弹簧吊在一个6度的范围内。当水平位移特别大时,建议将支架安装在偏置的位置以减小在冷态和热态位置时支架垂直作用线的偏差。

4)在由于不平衡冷态载荷造成的法兰配合问题使得安装有困难时,最好在现场调整弹簧以考虑一旦系统开车后的热态载荷。在管口操作载荷不是主要因素,而法兰配合问题是关心的主要问题时,CAESARII可以提供冷态载荷设计,其中在冷态工况,而不是在热态工况平衡重量载荷。

5)CAESARII提供同时计算弹簧的“理论”和“实际”冷态载荷的选项。理论冷态载荷是弹簧在安装前必须被预置的载荷(通常这个工作在制造厂做,弹簧被定位块销住在这个载荷值)。只要在这个位置没有垂直位移,这就是弹簧将在冷态工况施加给管系的载荷。因为与管系的重量载荷相比,冷态载荷几乎总是不平衡的,在冷态工况下管系的这个位置将存在净载荷。如果这个净载荷较大,或管系的柔性较大,管系将在这个载荷作用下产生位移,造成弹簧伸长或压缩,相应引起弹簧读数的变化。弹簧载荷的新读数就是CAESARII计算的“实际”冷态载荷,或更简单地说:“理论”

冷态载荷就是在弹簧的制造厂订货单中指定的冷态载荷,而“实际”冷态载荷是在定位块被从初始安装位置拉起后弹簧载荷的读数。如果在冷态位置调整或检验弹簧,或在安装位置而不是在工厂设定弹簧的冷态载荷时,实际安装载荷工况是很重要的。

6)过多地使用弹簧将造成由于缺少约束刚度而使管系动态不稳定(低自然频率)。这些管系本质上没有水平支架,而有很小的垂直刚度以限制Y方向的位移。注意:恒力弹簧支吊架对管系没有动态影响。

7)由于管系的不平衡部分将会以其它管架为轴而旋转,在约束一重量情况下选定的弹簧位置可能实际上影响管子向下运动。CAESARII在分析过程中用警告来指出这些位置,并在输出报告的弹簧表中将它们列为恒力弹簧支吊架。当发生上述情况时,应除去这些肇事弹簧或考虑邻近的管架位置。

8)当在同一个问题中存在冷紧和弹簧设计时,有一些特殊规定是要考虑的。在约束-重量情况下忽略

冷紧,而在操作工况包括冷紧以计算弹簧位移。实际安装工况应考虑冷紧以便确定存在冷紧时的弹簧安装设置。用户有责任证实在实际安装工况下的位移应在制造商建议的载荷范围内。通常只是当在立管上有很大的冷紧而邻近又有一个或多个弹簧支吊架时会有问题。

9)在充满液体的管线中,弹簧支吊架通常是在管系空的时候安装。在这种情况下有必要忽略“实际”

冷态载荷,在某些情况下最好在现场调整弹簧支吊架来负担一旦管系充液的冷态载荷。

6.CAESARII弹簧支吊架设计控制及选项

CAESARII为用户进行自动弹簧设计时提供了很多选项。这些控制选项可能在很大程度上适用于整个管系,或者部分管系。这些选项在CAESARII用户手册中有详尽描述,这里重点讲解几个选项。

实际冷态载荷计算——这一点在上面已经详细描述了。如果存在下面的情况,用户应定义YES。

l)当管子被弹簧支吊架支承并能够自由垂直移动的情况下要调整弹簧的安装载荷(亦即:在弹簧支吊架底板和承重板周围设有钢带以防止承重法兰在弹簧冷态位置调整时发生移动)。

2)弹簧附近的管系柔性非常大和/或者弹簧的刚度非常大。

3)对于充液的管系,弹簧在管系全空时安装及设置,用户希望知道空的安装载荷。

采用短程弹簧——CAESARII的弹簧设计法首先试图选择使用短程弹簧,接着是中程弹簧,然后才是长程弹簧。在某些施工现场,短程弹簧被认为是特殊件。只有当已有的弹簧安装间隙很小且从冷态到热态弹簧的行程很小时才使用。在这些情况下,用户可以指定设计法不考虑短程弹簧(而以中程弹簧开始),除非空间限制要求这样。

许用载荷变化率——当热态载荷小于冷态载荷时,固化在弹簧表建议范围内的最大可能载荷变化率接近100%,而当热态载荷大于冷态载荷时大约为50%。一般的许用载荷变化率是10%到25%。用户可以通过在一个点指定一个极小的载荷变化率来设计一个恒力弹簧支吊架。

刚性支架位移标准——为了经济(采购、安装及维护)及防振。一般刚性支架比弹簧支吊架更好。因此,当可以在某个位置选择刚性支架来代替弹簧支吊架时,工程师通常希望这种情况发生。弹簧支吊架的定义是:“通过热位移来支承给定载荷的约束”。如果热位移为零或非常小,那么可以假定用刚性支架来代替弹簧。假如周围的管于与刚性吊杆相比相对较柔时,这的确是正确的。在某种程度上可以用这个标准来控制刚性支架的选择。在操作工况下计算弹簧处的垂直位移小于给定刚性支架位移标准时,都可以选择刚性支架并作用在其后的工况。注意:在泵或其他旋转设备的附近或者在立管上的弹簧支吊架位置可能并不

希望如此,因为这可能造成大的管口载荷或管架的热态锁死或托空。

释放固定架/约束——通常弹簧支吊架设计的一个主要目的是使由于重量造成的设备管口载荷最小。这可以通过在离设备管日最近的弹簧位置强加一个不平衡的热态载荷(通常是过载的)来实现。这个不平衡力作用在管口,因而消除通常在自然分布条件下加在管口上的一些重力,在理想情况下,不平衡的弹簧力可以使设备管口上的载荷尽量接近零。为了施加这个不平衡力,在约束重量情况中,设备管口的固定架通常被“释放”,使其所有重量都加在最近弹簧支吊架的热态载荷上。对于在距离被释放管口的水平方向三倍管径内没有弹簧支吊架的管系要保守地使用这个方法。当在固定点/约束点释放Y方向以外的方向时应特别小心,因为释放附加的自由度可能造成大的倾斜及垂直位移,使得弹簧的设计载荷不真实。

弹簧表——这一选项用来指定使用哪个制造商的弹簧,以及在表内与选择弹簧有关的特定设计标准。这些选型标准包括:

l)使用最大载荷范围(相对于建议范围);

2)使弹簧在表内居中;

3)冷态(相对于热态)载荷设计。

已有安装空间——在特定情况下,管顶和高处型钢之间或管底与下面基础或平台之间的距离,决定了可能用在某些特定位置的弹簧支吊架的类型(及数量)。这个值可以在个别的弹簧位置给定,以用于弹簧选型。

“己有安装空间”和“允许弹簧数目”选项一起允许用户设计多弹簧支吊架系统。

允许弹簧数量——如果在一个给定的弹簧位置处有多个弹簧,用户可以在这里指定弹簧的数量。同样,用户可以指定允许的最多弹簧数(如果CAESARII必须分解载荷以满足空间标准)。在多弹簧情况下,CAESARII将在所有弹簧间均匀分配载荷。

用户指定的操作载荷——在某些管系中,程序选择的弹簧操作(或热态)载荷不能消除设备管口载荷以满足设计要求。在这种情况下,用户可以强加一个(较高或较低的)热态载荷,覆盖程序计算值以试图重新调整重量分布并使设备载荷能满足许用值。这时用户的输入通常是程序弹簧选择法提议的初始值变化。

旧弹簧重新设计——当部分管系重新设计时,最好尽最大可能选择系统中已有的弹簧。当旧弹簧可以使用时,用户必须确定新的载荷范围,这样只需在现场重新调整弹簧即可。当已有弹簧不能用时,建议使用新的。旧弹簧重新设计选项允许用户完成这一工作。

多工况弹簧支吊架设计——这个选项适用于当管系有多个不同的热状态,并且进行弹簧支吊架设计时

必须考虑每个状态的情况。

CAESARll中用于选择弹簧的设计工况有:

①按热态载荷工况1设计:

②按热态载荷工况2设计;

③按热态载荷工况3设计;

④按最大操作载荷设计:

⑤按最大位移设计;

③按平均载荷和平均位移设计;

①按最大载荷和最大位移设计。

问题集锦

北京艾思弗计算机软件公司2002年4月12日

管道应力分析基础知识

管道应力分析基础知识 2009-04-09 13:55 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内; 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准; 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载; 4) 解决管道动力学问题; 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容?各种分析的目的是什么? 答:管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括: (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏; (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏; (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大,保证设备正常运行; (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据; (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏; (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括: (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振; (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力; (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振; (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有:目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什

么分析方法,应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型(编节点号),进行计算机应力分析时,管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点: (1)管道端点 (2)管道约束点、支撑点、给定位移点 (3)管道方向改变点、分支点 (4)管径、壁厚改变点 (5)存在条件变化点(温度、压力变化处) (6)定义边界条件(约束和附加位移) (7)管道材料改变处(包括刚度改变处,如刚性元件) (8)定义节点的荷载条件(保温材料重量、附加力、风载、雪载等) (9)需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算(输入数据符合要求即可进行计算) (1) 利用计算机推荐工况(用CASWARII计算,集中荷载、均布荷载特别加入) (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力(垂直荷载、水平荷载) (8) 查看弹簧表

管道设计资料-压力管道应力分析[汇编]

压力管道应力分析部分 第一章任务与职责 1.管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性 ,用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况; 1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏; 2)管道接头处泄漏; 3)管道的推力或力矩过大 , 而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形 ,影响设备正常运行; 4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏; 2.压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10)GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责 1) 应力分析(静力分析动力分析) 2) 对重要管线的壁厚进行计算 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4.工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系 ,尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型 U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置

管道应力分析程序使用说明

管道应力分析程序(GLIF)使用说明 第一章概述 本程序吸收了国内管道应力计算程序和美国2010管道应力计算程序的优点,采用结构程序设计方法,开发的符合《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定(SDGJ6-90)》的程序。 11功能 程序计及了内压、自重、外载、设备接口附加位移、冷紧、安全阀排放产生的载荷、以及风载、静力地震载荷等,既能对持续荷载,又能对临时荷载、偶然荷载进行分析计算。 程序可对正常运行条件下的热状态、冷状态,由热至冷及由冷至热状态进行计算。其中对冷状态考虑了管道运行初期和应变达到自均衡后两种情况。 程序可对水压试验工况进行分析计算。程序可对异常运行条件下的安全阀排放荷载、风载、地震荷载的静力分析计算。 本程序管道结构分析和应力验算更趋于精细和合理,提高了管道投资的经济性和运行的安全性。 12特点 程序的编制,按功能采用模块型结构,使其可读性和可维护性好。尽量用标准语言而避免采用依赖于机型和硬件的特殊语句,使程序可

移植性好。程序功能强,使用简便,程序对管道的结构没有限制,按管道的设计模型组织数据文件,为CAD绘图创造了良好条件。输入灵活易学,输出集中简明。输入数据、输出成果的单位可分别选取工程制和法定单位制。程序应力验算符合SDGJ6-90标准,为了使用户计算方便、便于掌握程序按照定工况进行组织,可自动检查出输入数据的错误。减少对错误题目进行运算的可能性,节省时间和费用。 13计算内容 a.管道在工作状态下,由持续荷载(即内压、自重等)作用下产 生的应力进行验算,计算持续荷载对设备或端点的推力。 b.管道在运行初期工作状态下,计算管道约束装置的荷载及管道 对设备(或端点)的推力。考虑自重、热膨胀、有效冷紧和端点附加位移的影响。 c.管道应变自均衡后在冷状态下,计算管道刚性约束装置的荷载 及管道对设备(或端点)的推力。 d.管道由冷状态到工作状态的热位移计算,按管道沿坐标轴的全 补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算,并考虑弹簧附加力的影响。 e.管道热膨胀应力范围的验算。 f.管道在运行初期冷状态下,计算管道约束装置的荷载及对设备 (或端点)的推力。 g.管道由于冷紧和弹簧附加力作用下的冷位移的计算,以其作为

管道应力分析和计算

管道应力分析和计算

目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2管道的柔性分析与计算 2.1管道的柔性 2.2管道的热膨胀补偿 2.3管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算

3 管道的应力验算 3.1管道的设计参数 3.2钢材的许用应力 3.3管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件

1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道(以下简称管道)应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力;判断计算管道的安全性、经济性、合理性,以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 (1)DL/T 5366-2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程(2)ASME B 31.1-2004动力管道 在一般情况下,对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时,采用B 31.1进行管道应力验算。 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 对于静荷载,例如:管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算,采用静力分析法。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时,它们也用简化方法计及了地震作用的影响,适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷,例如:往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在9度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载

管道应力分析报告概述

管道应力分析概述 CAESARII软件介绍 CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析,也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范,使用方便快捷。交互式数据输入图形输出,使用户可直观查看模型(单线、线框,实体图)强大的3D计算结果图形分析功能,丰富的约束类型,对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库,并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模,并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头,三通应力强度因子(SIF)的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。 一、管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 二、管道应力分析的主要内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括: 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏; 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏; 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大,保证设备正常运行; 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据; 5)管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。 动力分析包括:

l)管道自振频率分析——防止管道系统共振; 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力; 3)往复压缩机(泵)气(液)柱频率分析——防止气柱共振; 4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。 三、管道上可能承受的荷载 (1)重力荷载:包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等; (2)压力荷载:压力载荷包括内压力和外压力; (3)位移荷载:位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等; (4)风荷载; (5)地震荷载; (6)瞬变流冲击荷载:如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击: (7)两相流脉动荷载; (8)压力脉动荷载:如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动; (9)机械振动荷载:如回转设备的振动。 四、管道应力分析的目的 1)为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值; 2)为了使与管系相连的设备的管口荷载在制造商或国际规范(如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17等)规定的许用范围内; 3)为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内; 4)为了计算管系中支架和约束的设计荷载;

附塔管道的应力分析

附塔管道的应力分析 摘要:结合某装置反应塔附塔管道的应力分析,概述管道应力分析的目的、方法、必要性以及工作过程 关键词:附塔管道应力分析管道走向 压力管道在现代化工生产中被越来越广泛的使用,管道配管直接决定着工艺管道的安全性及经济性,也直接影响着整个工程的质量和安全事故的发生率以及整个装置的寿命。而对压力管道进行详细的应力分析,可得出整个管系的应力水平、薄弱点位置,可针对性的设置管道支吊架,合理地确定管道的走向,消除应力峰值,为安全生产打好基础。 管道应力分析的任务是指对管道进行包括应力计算在内的力学分析,并使分析结果满足标准规范的要求,从而保证管道自身和与其相连的机器、设备及土建结构的安全。 管道在使用过程中会受到各种载荷的影响,如果载荷超出了管道的承受能力,管道就会发生弯曲、变形、断裂等现象,也会对与管道相连的机器、设备及土建结构造成危险甚至破坏。为便于分析,将管道中各种载荷对管道产生的应力分为:一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力是指管道所受载荷,如内压、地震载荷、风载荷等引起的管道对抗外部载荷所必须的内部应力,随外力的增大而增大,具有非自限性的特点,超过某一限度,将使管道整体变形直至破坏。二次应力与外载荷没有直接关系,是由热胀冷缩、端点位移等位移载荷所产生的应力,具有自限性,即局部屈服和小量变形就可使应力减小。峰值应力是管道由于局部结构不连续或局部应力集中附加到一次应力或二次应力的增量。 管道应力分析可划分为静力分析和动力分析。静力分析是指在静力载荷作用下对管道进行力学分析,并进行相应的安全评定。需完成下列任务:计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求,保证管道自身的安全(包括防止法兰泄露);计算管道对与其相连的机器、设备的作用力,保证机器、设备的安全;计算管道对支吊架和土建结构的作用力,为支吊架和土建结构的设计提供依据;计算管道位移,防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞,并为弹簧支吊架的选用提供依据;埋地管的稳定性计算,避免管道失稳。动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击载荷作用下管道的振动分析,使地震和振动的影响得到有效控制。需完成下列任务:管道的地震分析,防止管道在地震中发生破坏;往复压缩机和往复泵管道的固有频率和振型分析,防止管道系统发生机械共振;往复压缩机和往复泵管道的强迫振动分析及声学模型分析,防止管道因振动发生疲劳破坏;水锤、安全阀泄放载荷和两相流所产生的支架载荷计算。 管道热胀冷缩产生的位移应力(二次应力)与管径、壁厚、管道的布置走向及温度高低等诸多因素直接相关,比较复杂,因此对管道二次应力的分析是管道应力分析最重要的任务,必须使管道系统具有足够的柔性。管道柔性设计的一般

PDMS11.6管道应力分析接口用户指南

psi116/psi_user_guide116 Issue 201106 Rev 1 PDMS 11.6管道应力分析接口用户指南 NOTE: AVEVA Solutions has a policy of continuing product development: therefore, the information contained in this document may be subject to change without notice. AVEVA SOLUTIONS MAKES NO WARRANTY OF ANY KIND WITH REGARD TO THIS DOCUMENT, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. While every effort has been made to verify the accuracy of this document, AVEVA Solutions shall not be liable for errors contained herein or direct, indirect, special, incidental or consequential damages in connection with the furnishing, performance or use of this material. This manual provides documentation relating to products to which you may not have access or which may not be licensed to you. For further information on which Products are licensed to you, refer to your license conditions. Copyright 1991 through 2006 AVEVA Solutions Limited All rights reserved. No part of this document may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without prior written permission of AVEVA Solutions. The software programs described in this document are confidential information and proprietary products of AVEVA Solutions or its licensors. For details of AVEVA's worldwide sales and support offices, see our website at: https://www.wendangku.net/doc/2d18602521.html, PSI 11.6 User Guide Contents-i Contents 1 Introduction (1) 1.1 About this User Guide (1) 1.2 Overview of the PSI application (1) 2 Starting the application (2) 3 The Groups Tab (5) 3.1 Creating a Stress Group (5) 3.2 Adding and Removing Members (5) 3.3 Rebuild Selected Group (7) 3.4 Find a Group (7) 4 The Display Tab (8) 4.1 Graphics (8) 4.2 Animation (10) 4.2.1 Animation Speed (10) 4.2.2 Processing Order (11) 4.3 Active Stress Group (11) 5 Menus and

管道应力分析设计规定——寰球标准

2003年 月 日发布 2003年 月 日实施 质 量 管 理 体 系 文 件 HQB-B06-05.306PP-2003 设计规定 管道应力分析设计规定 版 号:0 受控号:

管道应力分析设计规定HQB-B06-05.306PP- 2003版号编制校核审核批准批准日期 主编部室:管道室参编部室: 参编人员: 参校人员: 会签部室 签署 会签部室 签署 会签部室 签署 说明: 1.文件版号为A、B、C......。 2.每版号中局部修改版次为1/A、2/A……,1/B、2/B……,1/C、2/C……。

本规定(HQB-B06-05.306PP-2003)自2003年月实施。 目录 1. 总则 (1) 2. 应力分析管线的分类及应力分析方法 (2) 3. 管道应力分析设计输入和设计输出 (6) 4. 管道应力分析条件的确定 (9) 5. 管道应力分析评定准则 (11) 附件1 管线应力分析分类表 (14) 附件2 设备管口承载能力表 (15) 附件3 柔性系数k和应力增强系数i (16) 附件4 API 610《一般炼厂用离心泵》(摘录) (17) 附件5 NEMA SM23 (摘录) (22) 附件6 API 661 《一般厂用空冷器》(摘录) (23)

1. 总则 1.1 适用范围 1.1.1 本规定适用于石油化工生产装置及辅助设施中的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力分析设计工作。 本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。 1.1.2 管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下,具有足够的强度和合适的刚度,防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它的荷载(如压力、自重、风、地震、雪等)造成下列问题: 1)管道的应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏。 2)管道连接处泄漏。 3)管道作用在与其相联的设备上的载荷过大,或在设备上产生大的变形或应 力,而影响了设备的正常运行。 4)管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。 5)管道的位移量过大而引起的管道自身或其它管道的非正常运行或破坏。 6)机械振动、声频振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动荷载造成的管 道振动及破坏。 1.2 应力分析设计工作相关的标准、规范: 1) GB150-1999 《钢制压力容器》 2) GB50316-2000 《工业金属管道设计规范》 3) HG/T20645-1998 《化工装置管道机械设计规定》 4) JB/T8130.2-95 《可变弹簧支吊架》 5) JB/T8130.1-95 《恒力弹簧支吊架》

管道应力分析

第一章任务与职责 1. 管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性,用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况; 1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏; 2) 管道接头处泄漏; 3) 管道的推力或力矩过大,而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形,影响设备正常运行; 4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏; 2. 压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10) GB 150-1998《钢制压力容器》 3. 专业职责 1) 应力分析(静力分析动力分析) 2) 对重要管线的壁厚进行计算 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4. 工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系,尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析

6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置 10) 设置、调整支吊架 11) 设置、调整补偿器 12) 评定管道应力 13) 评定设备接口受力 14) 编制设计文件 15) 施工现场技术服务 5. 工程规定 1) 适用范围 2) 概述 3) 设计采用的标准、规范及版本 4) 温度、压力等计算条件的确定 5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法 6) 应用的计算软件 7) 需要进行详细应力分析的管道类别 8) 管道应力的安全评定条件 9) 机器设备的允许受力条件(或遵循的标准) 10)防止法兰泄漏的条件 11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求 12)业主的特殊要求 13)计算中的专门问题(如摩擦力、冷紧等的处理方法) 14)不同专业间的接口关系 15)环境设计荷载 16)其它要求 第二章压力管道柔性设计 1. 管道的基础条件 包括:介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。

管道应力分析主要内容及要点

管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成,每卷均为美国国家标准。它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。 每一卷的规则表明了管道装置的类型,这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的,如下所列: B31.1 压力管道:主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。 B31.3 工艺管道:主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂,以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。 B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统:工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。 B31.5 冷冻管道:冷冻和二次冷却器的管道 B31.8 气体输送和配气管道系统:生产厂与终端设备(包括压气机、调节站和计量器)间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。 B31.9 房屋建筑用户管道:主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道,但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。 B31.11 稀浆输送管道系统:工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。 管道应力分析的主要内容 一、管道应力分析分为静力分析析 1.静力分析包括: 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏; 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算一一防止疲劳破坏; 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大,保证设备正常运行; 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据: 5)管道上法兰的受力计算一防止法兰汇漏。 2.动力分析包括: 1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振: 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力; 3)往复压缩机(泵)气(液)柱频率分析一一防止气柱共振; 4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。 二、管道上可能承受的荷载 (1)重力荷载:包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等 (2)压力荷载:压力载荷包括内压力和外压力; (3)位移荷载:位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等; (4)风荷载;

管道应力分析和计算

新生培训教材 管道应力分析和计算 (机务专业篇) 国核电规划设计研究院机械部 二零一零年十一月 北京

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目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2 管道的柔性分析与计算 2.1 管道的柔性 2.2 管道的热膨胀补偿 2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法 2.9 管道对设备的推力和力矩的计算 3 管道的应力验算

3.1 管道的设计参数 3.2 钢材的许用应力 3.3 管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7 力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件

1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道(以下简称管道)应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力;判断计算管道的安全性、经济性、合理性,以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 (1)DL/T 5366-2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程及其勘误 (2)ASME B 31.1-2007动力管道 (3 ) DL/T 5054-1996 火力发电厂汽水管道设计技术规定 在一般情况下,对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或用户有要求时,可采用B 31.1进行管道应力验算。 1.5.3 应力 在外力作用下,构件发生变形,这说明构件材料内部在外力作用下变形时原子间的相对位置产生了改变,同时原子间的相互作用力(吸引力与排斥力)也发生了改变。这种力的改变量称为内力。 内力是沿整个断面连续分布的,单位面积上的内力强度,即应力,以“σ”表示。

埋地管道应力分析方法_刘仕鳌

274 网络出版时间: 2012-3-16 10:47:56 网络出版地址:https://www.wendangku.net/doc/2d18602521.html,/kcms/detail/13.1093.TE.20120316.1047.001.html 由于埋地管道所具有的特殊性和控制规范要求,其应力分析与工艺管道存在较大差异,埋地管道轴向受约束,因此,受压力和温度影响将产生较大的轴向应力。埋地管道应力分析的关键是模拟管道与土壤的相互作用[1] ,主要包括两个方面:土壤对管道的轴向摩擦力及土壤对管道的横向推力。前者只有当管道存在轴向移动趋势时存在,后者是管道产生横向位移时的反作用力。目前,埋地管道应力分析均采用双线性弹簧约束模拟土壤对管道的作用,由于受管道长度所限而无法在管道沿线不间断地设置弹簧约束,因此,需要解决3个问题:其一,合理设置弹簧约束的间距;其二,研究土壤约束性质;其三,解决土壤约束和弹簧约束之间的转化问题。 1应力分析影响参数 在温度、压力及地震载荷的作用下,埋地管道中的弯头和三通等管道走向发生改变的区域会产生较大的弯矩(使管道产生横向形变)和轴向力,距离此类管道元件越远,管道的弯矩越小[2] 。为了准确模拟土壤和管道的相互作用,从而得到较准确的应力分析结果,在弯头和三通等管道元件处必须将土壤约束间距设置很小;在远离弯头和三通的区域,只需模拟土壤与管道摩 埋地管道应力分析方法 刘仕鳌1 蒲红宇2 刘书文3 蒋洪2 1.中国石油冀东油田分公司油气集输公司,河北唐山 063000; 2.西南石油大学,四川成都 610500; 3.四川科宏石油天然气工程有限公司,重庆 400021 刘仕鳌等.埋地管道应力分析方法.油气储运,2012,31(4):274-278. 文章编号:1000-8241(2012) 04-0274-05摘要:油气输送管道大部分为埋地管道,其应力分析与工艺管道不同,关键在于准确模拟管道与土壤 的相互作用。结合国际上广泛运用的CAESARII 和AUTOPIPE 软件设计思路,阐述了埋地管道应力分析模型中对埋地管道离散化的理论基础和方法,模拟土壤与管道相互作用的原理以及相关数据的计算方法;对比分析了ASMEB31.4、ASMEB31.8及国内相关油气输送管道设计规范对管道应力的校核要求;结合工程实例深化了埋地管道应力分析方法,对于开展管道应力分析工作具有积极作用,有利于增进对于管道应力分析及管道应力安全问题的认识。关键词:埋地管道;应力;约束;土壤中图分类号:TE89 文献标识码:A doi :10.6047/j.issn.1000-8241.2012.04.009擦造成的管道轴向力,此时可以将土壤约束间距设置稍大。1.1模型离散 根据连续弹性地基上的柔性梁在力R 作用下的受力分析(图1),可以计算位移分布: γ(x )= e βx (cos βx +sin βx ) (1) (2) 式中: γ(x )为位移分布,mm;R 为作用力,N;β为设置的中间变量;E 为管道的弹性模量,MPa;I 为管道的惯性矩,mm 4;k 为单位长度的土壤线刚度,N/mm 2。 对于带有弯头或三通的埋地管道,其横向承载性能与连续弹性地基上的柔性梁相似(图1C),弯头一端 图 1 带弯头的埋地管道和连续弹性 地基上无限长梁的受力分析

浅谈压力管道应力分析及计算

浅谈压力管道应力分析及计算 摘要:压力管道在工业生产或社会建设中被越来越广泛的使用,以其自身的特殊性和有针对性的特点,成为工业社会的一个重要课题。管道质量及应力的大小直接影响到工程的质量及安全事故的发生率,应力的分析与计算也显得十分重要。压力管道应力可分为一次应力、二次应力及峰值应力,三种类型,各种类型应力的特点各有不同,可以通过科学的方法如CAESAR II分析系统及复杂的公式多次计算,得出准确数值。 关键词:压力管道应力分析计算 随着我国现代化技术的革新,工业蓬勃发展,国家大力支持公共设施建设项目,油田建设、大兴水利、天然气工程、南水北调工程等,压力管道成为最常见设备之一,其承担着输送易燃易爆能源、放射性及高腐蚀性物资的重大任务。压力管道的安全与质量问题也成为从设计、安装、维护到使用等各个环所有相关部门都关注的重点防范问题,但其生产和使用过受到各种荷载因素的影响,加之自身应力的原因,使得压力管道事故频频发生,成为重大公共安全隐患,其也是国家相关安全监督管理项目之一[1]。压力管道的应力分析与计算成为各种建设项的必要课题。现对当前常用的压力管道应力进行分析及计算,相关报告如下: 一、压力管道的特点 压力管道在工作过程中所承担的重任和性质的特殊性,使其呈现出与一般管道与压力容器完全不同的特性,按照使用领域来划分,压力管道了分为一般工业压力管道和大跨度的公用管道,具体分以下几点:①工业压力管道构建出现代工业化生产体系,其特点是连接点多,管道的弯曲较多,分布密度大。各个车间职能不同,使用的压力管道材料、规格要求各不一样,降低了整个系统的均衡质量。生产过程中影响荷载的因素众多,如温度、运送物资质量、密度、化学性质等[2]。②大跨度公用管道该类工程均跨越地理、气候各不一样的省市,有以下几个特点即长度极大,压力荷载复杂,性质不稳定,且受自然条件影响较多,如地质压力、风雪天气、地震塌陷等。各项安全指标的测量准确度不高,维护难度大。 二、压力管道应力的分类 在使用过程中,压力管道会受到各种荷载的影响,发生弯曲、变形、断裂等现象,也使得压力管道的安全管理问题难度很大,也直接影响到压力管道的使用寿命。因此压力管道的应力分析十分必要。一般压力管道应力分为以下三种:①一次应力一次应力是压力管道在对抗外在载荷时所必须的内部应力,其随着外力的增大而增大,且始终保持微妙的平衡关系,具有非自限性的特点。一次应力按照分布状况又可分为三个类型:一次整体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力;②二次应力二次应力(Q)与外部荷载没有直接关系,而是自身结构上的各个部件的组合、连接,互相作用变形产生的正应力。在管道受到外部荷

管道应力分析

管道应力分析 应力分析 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内; 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准; 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载; 4) 解决管道动力学问题; 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容?各种分析的目的是什么? 答:管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括: (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏; (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏; (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大,保证设备正常运行; (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据; (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏;

(6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括: (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振; (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力; (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振; (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有:目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法,应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型(编节点号),进行计算机应力分析时,管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点: (1) 管道端点 (2) 管道约束点、支撑点、给定位移点 (3) 管道方向改变点、分支点 (4) 管径、壁厚改变点 (5) 存在条件变化点(温度、压力变化处)

管道受力分析计算

管道计算 第一章任务与职责 1. 管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性,用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况; 1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏; 2) 管道接头处泄漏; 3) 管道的推力或力矩过大,而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形,影响设备正常运行; 4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏; 2. 压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10) GB 150-1998《钢制压力容器》 3. 专业职责 1) 应力分析(静力分析动力分析) 2) 对重要管线的壁厚进行计算 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4. 工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系,尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置 10) 设置、调整支吊架 11) 设置、调整补偿器 12) 评定管道应力 13) 评定设备接口受力 14) 编制设计文件 15) 施工现场技术服务 5. 工程规定 1) 适用范围 2) 概述 3) 设计采用的标准、规范及版本 4) 温度、压力等计算条件的确定 5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法 6) 应用的计算软件 7) 需要进行详细应力分析的管道类别

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