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和动力分析

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； D H L

(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。

载荷补充：

1：压力荷载：

内压和外压：

内压：管壁上产生环向拉应力和纵向拉应力。其环向拉应力约为纵向拉应力的一半。

外压：管壁上产生环向压应力和纵向压应力。（外压出现的情况比较少）

2：持续外荷载：

包括：管道的基本荷载（管子及其附件的重量，管内介质的重量和管外保温的重量）、支吊架的反作用力、以及其他集中和均布的持续荷载。持续外荷载可使管道产生弯曲应力．扭转应力，纵向应力和剪应力。压力荷载和持续外荷载宰管道上产生一次应力，其特征是非自限性的。即应力随着荷载的增加而增加，当管道产生塑性变形时，荷载并不减少。

3：热胀和端点位移：

管道由安装状态过渡到运行状态，由于管内介质的温度变化，管道产生热胀或冷缩使之变形。与设备相连的管道，由于设备的温度变化而出现端点位移，端点位移也使管道变形。 这种变形使管道承受弯曲、扭转、拉伸和剪切等应力。属于二次应力，其特征是自限性的。当局部超过屈服极限而产生塑性变形时，可时应力不再成比例的增加，而限定在某个范围内。当温度恢复到原始状态时，则产生反方向的应力。

4：偶然性荷载

包括风雪荷载、地震荷载、水冲击以及安全阀动作而产生的冲击荷载。这些荷载都是偶然发生的临时荷载，而且不致同时发生。而一般静力分析中，不考虑这些荷载。

对于大口径，高温，高压，剧毒，可燃、易爆介质的管道应加以核算。

偶然荷载与压力荷载、持续外荷载组合后，允许达到许用应力的1.33倍。

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)为了计算管系的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子的位移量；

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AUTOPIPE ）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： D H L

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) 一公称管径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，使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。在管道柔性设计中，除考虑管道本身昀热胀冷缩外，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； D H L

(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D H L

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。此种肜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；

(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； D H L

(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奉时，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；

(3)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；

1)管内介质温度等于或大于400度的碳素钢材质的管道；

2)诋温管道；

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

1）承受管道的重量荷载（包括自重、介质重等）；

2）起限位作用，阴止管道发生非预期方向的位移；

3）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。

D H L

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菲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D H L

承；

(3)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；

(4)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。

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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

压力管道应力分析的内容及特点 马佳

压力管道应力分析的内容及特点马佳 发表时间：2019-10-10T10:51:38.057Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年13期作者：马佳 [导读] 压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。 新疆天麒工程项目管理咨询有限责任公司 834000 摘要：压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。因为压力管道上存在复杂性的各种载荷，进行压力管道的应力分析的难度较大，导致阻碍管道设计工作，而且管道在运行和生产过程中的安全和质量关键是因为应力而存在的，因此找到管道应力分析的方法具有重要意义。论述压力管道的应力特点和分布，能够提供给工程施工、管道选择和管道设计可靠的信息数据作参考，进而确保土建结构与管道连接的设备和管道自身的安全，保证了整个生产作业的安全，使压力管道提高使用价值。 关键词：应力；特点；压力；内容；管道 前言：压力管道具有十分广泛的应用范围，而且在各个场所中的应用作用十分关键，压力管道关键作用是运输物质，在重要的大型建设工程中应用，如冶金工程、电力工程、天然气体、石油化工等，为满足一些需要进行供给或运输。因为外界环境因素与整个管道系统均会很大程度的影响到压力管道应力，而且会受影响于流体的流动，这使应力分析增加了复杂度，应力分析压力管道应该结合实际的管道状况，尽量将接近实际、正确的分析结果准确模拟出来。 1应力分析压力管道的涵义 在市政建设行业、化工行业、石油石化等产业普遍应用到管道，这些行业存在较高要求的工程安全指数与投资额，对压力管道进行应力分析应该对概念充分了解。应力指的是管道构件应用在建设需要中承受的单位面积内力，其在荷载外力下形成的值较大，若是超出能够承受的材料极限强度，将造成管材失稳、破裂、变形等状况，关键在于因为外部热荷载与机械荷载导致的。应力分析管道的状况下，能够确保良好的使用工艺装置而且保持其柔软性，精准的计算与分析热荷载与机械荷载后，获取设计管道的配件参数，计算变形与应力、应力与荷载，提供给管道配置合理的数据凭据，能够使管道产生的震动干扰减少，进而错开震源的震动频率，使管道的可靠性与安全性得到确保。 2应力分析压力管道的内容 清楚了解分析的种类是应力分析压力管道的重要前提基础，按照不同种类应力的特点，应用针对性措施是压力管道减小应力，按照压力管道承受应力的作用方向、范围、强度大小，能够将压力管道上承受的应力分类成一、二次应力与峰值应力。应力分析压力管道的关键内容是管道材料的承受力、应力的影响因素、应力种类、管道应力分布、工作流程、分配的分析任务等。最重要的是应力种类，关于管道的设计工作技术方面的最基本要求是对应力的种类掌握了解并且快速分析。 2.1压力管道一次应力分析内容 导致压力管道形成一次应力是因为受到一定的外载荷，致使压力管道上存在外载荷的关键原因为受影响于外界力，如风压、介质压力、重力等，通过受到的平衡受力得知外界力与一次应力具有相同的大小，一次应力伴随改变的外界力改变，所以所以具备无自限性特点的一次应力所以出于无线增大的外力影响下，压力管道将无限制增长受到的应力，进而产生压力管道变形或裂缝的现象，然而压力管道受到的应力方向相反于外界力方向。因为压力管道受到的不确定方向的外界力，导致存在不同分布范围的应力，能够按照压力管道受到作用范围的一次应力，分成局部薄膜弯曲一次应力、一次应力与总体薄膜一次应力导致压力管道变形与破裂的关键原因在于被一次应力所影响，压力管道承受的一次应力大小若是比压力管道材料具备的塑性变形值大的状况下便会产生这种现象，进而致使运输流体在压力管道中对正常运行工程项目产生影响与损失。所以想要防止产生一次应力超出管材具备的塑性变形值，应该压力管道承受的外界力严格控制，而且在对压力管道选取管材时保证相较于外界力管材具备的塑性变形值更大。 2.2压力管道二次应力分析内容 像气体一样，被温度所影响，流体的体积大小将受到影响，因为对于液体来讲，压力管道具备的变形性特别小，在低温或高温的状况下，压力管道会出现热胀冷缩的状况，而且因为温度等原因导致连接于压力管道的设备出现初始位移，因为管道在这些状况下形成的变形致使被约束于外界条件，如土建结构、设备管口等，使应力形成，二次应力是因为附加位移与热胀冷缩等形成的。二次应力最基本的不同在于，二次应力没有一次应力存在的无自限性，而且二次应力不会由于改变外界力的大小而受到改变，若是外界力导致产生局部屈服的状况下，管道出现变形直到外界力和一次应力处于平衡状态，也不会影响到二次应力。在压力管道存在很大的塑性变形值的基础上，压力管道受到初次荷载的状况下，导致破坏压力管道的原因不是二次应力，压力管道受到多次变化的荷载的状况下，导致压力管道不断降低塑性变形值，使管道产生疲劳破坏的状况，压力管道会受到二次压力重要的破坏，关于管道受到二次应力而遭到破坏的状况，并非是受到一次应力限定的破坏时间，是因为循环次数与交变的应力导致的。 2.3压力管道峰值应力分析内容 在局部范畴中压力管道遭受的应力便是峰值应力，并非是压力管道承受的最大应力值，因为压力管道具有十分复杂的形状，会产生形状突变如急转等状况，受影响于突然产生变化的荷载致使峰值应力受力于压力管道，导致产生峰值的原因紧密关系着压力管道中构成设备仪器的形式，峰值压力不会导致压力管道产生破裂与变形的现象，然而在压力管道产生疲劳受力的状况下，若是受到峰值应力将导致压力管道破裂的状况形成。 3应力分析压力管道的特点探讨 伴随我国目前不断发展的科学技术和应力分析压力管道方面不断提高的技术水平，应力分析压力管道的状况下越发能够有效、清楚的将相关应力处理，然而在处理压力管道应力管道应力方面相比于西方发达国家还有明显的差异存在，导致产生差异的关键原因在于规范的校核原则不足。应力分析压力管道的过程中，设计人员通常情况下对局部薄膜应力和一次弯曲应力分析忽视，无法对产生一次应力的原因与受力全面的了解，进而致使对压力管道分析的数据有一定程度的差错产生，使工作人员编制的后期数据报告存在错误，从而使正常运行

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

压力管道应力分析计算软件在工程设计中应用的探讨

压力管道应力分析计算软件在工程设计中应用的探讨 摘要：随着新工艺和新设备的出现，发电、化工、海洋、石油、市政等领域， 管道的压力、温度、管径和壁厚不断加大，敷设的方式也越来越复杂。传统手工 进行管道应力分析的计算已不能满足实际的需要，各设计和研究单位借助专门的 管道应力分析软件进行计算已成为常态。 关键词：压力管道；应力分析；计算软件；工程应用 导言 上世纪60年代以来，随着发电、化工、市政等领域新工艺和新设备的不断出现，管道的压力、温度提高，管径和壁厚不断加大，管道应力分析也受到越来越 多的重视。由于计算机的不断普及，国际上出现了一批管道应力分析专用计算机 程序。国内虽然也出现了一些自行编制的管道应力分析程序但大多应用于少数特 定领域，与国外软件相比较，软件功能、开发完善、标准规范、技术支持等方面，还存在一定差距，实际使用中，大多数设计单位还是使用国外成熟的管道应力分 析软件。 1 管道应力分析的原则 管道应力分析主要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 压力管道应力分析的内容和目的 2.1管道应力分析的内容 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；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；3）管道对设备作 用力的计算；4）管道支吊架的受力计算；5）管道上法兰的受力计算。 动力分析包括：l）管道自振频率分析；2）管道强迫振动响应分析；3）往复 压缩机（泵）气（液）柱频率分析；4）往复压缩机（泵）压力脉动分析。 2.2 管道应力分析的目的 管道应力分析的目的：1）使管道和管件内的应力不超过许用应力值2）使与 管系相连的设备的管口荷载在制造商或规范规定的许用范围内；3）使与管系相 连的设备管口的局部应力在规定的允许范围内；4）计算管系的支架和约束的设 计荷载；5）进行操作工况碰撞检查而确定管子的位移量；6）优化管系设计。 3 工程设计中常用的压力管道应力分析软件 目前各大设计单位对压力管道应力分析计算基本采用计算机，但采用的软件 各院不尽相同，计算软件的开发品种较多。在压力管道计算方面采用软件情况： 化工、医药、机械行业设计采用美国的CAESAR II，AutoPipe较多，市政热水、蒸 汽及石油输送管道常用sisKMR、START软件。国内自主开发的软件有RJCAD热力 工程设计软件，主要用于热力管网的计算。 3.1.CAESAR II管道应力分析软件 CAESAR II软件历史久远，功能强大，包含动态和静态管道应力分析，在化工，石油，海洋工程方面有很多应用，在国内电力行业也有很多成功应用。 CAESARII可进行管系在承受自重、压力载荷、热载荷、地震载荷等静态载荷，和水锤、蒸汽锤以及安全阀泄放等动态载荷下的应力分析。软件的功能特点如下：

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；

压力管道应力分析报告部分

爪力管逍应力分析部分 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、压和外载或因管逍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 1）GB 50316-2000《工业金属管道设计规》 2）SH./T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规》 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《石油化工企业管逍支吊架设计规》 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《金属波纹管膨胀宵通用技术条件》 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讣算 4）特殊管架设计 4.工作程序 1）工程规定 2）管逍的基本情况 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）用目测法判断管逍是否进行柔性设汁 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垃

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/e915281447.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。

压力管道应力分析的内容及典型的案例分析

压力管道应力分析的内容及典型的案例分析 摘要：压力管道应力的分析是压力管道设计的重要内容，随着压力管道应用越来越普及，对它的认识也越来越深入，压力管道的重要性也逐渐的凸显出来。压力管道的应力作用直接关系到管道的正常使用和操作的安全。本文主要对压力管道应力进行分析，阐述其基本内容，从而更好的掌握压力管道的相关工作内容，促进压力管道应力分析的标准化和规范化。 关键词：压力管道；应力分析；内容；事例 引言 在压力管道使用的过程中，常常会伴随着一系列的问题，如果得不到很好的解决会严重的影响压力管道正常的使用。通过阐述管道应力分析内容为维护压力管道应力正常运行提供理论的依据。经过案例分析进步了解一些压力管道应力分析的机理。 一、压力管道应力分析的内容 压力管道应力的分析关系到压力管道安装后的使用情况，所以加强对压力管道应力分析，提高压力管道正常运行的重要依据。压力管道应力分析的内容主要涉及到以下的几个方面： （一）分析管道系统的载荷来源。 管路系统的载荷主要分为一次应力载荷和二次应力载荷，一次应力载荷通常指管道系统正常生产时的内外压力作用、管道系统自身的重力、设备运行中的压力脉冲对管道系统的作用以及瞬间内承受的载荷（风力、地震，泵瞬时启动的压力载荷等）。二次应力载荷通常是指管路运行时产生的热膨胀载荷、冷紧是产生的载荷、由于设备沉降产生的管道系统支点位移产生的载荷。 （二）静力分析 通过对管路系统内压荷载和持续荷载作用下的一次应力分析计算、管道系统冷热膨胀位移产生的二次应力分析计算、管道系统与相关设备的相互作用及管口校核、管道系统的支吊架的受力分析、可以有效防止管道发生塑性变形、管道疲劳损坏，确保管道系统与设备的安全运行。 （三）动力分析 管道系统设计应避免管道振动和管道共振，对振动管线特别是往复式压缩机、往复泵的相关管线要重点进行分析，主要包括管道内气（液）柱的频率分析，使其避开激振频率；压力脉冲不均匀度分析，控制压力脉动值；管道系统固有频

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

压力管道应力分析报告

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、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 1)GB 50316-2000《工业金属管道设计规》 2)SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规》 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》 6)/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7)/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)适用围 2)概述