管道应力技术-张世忱.ppt

管道应力分析技术，主讲人：中国环球工程公司，主持人：中国石油化工协会培训中心，2011年3月，张，电话管道应力分析专业的职责和任务，职责应力分析(静态分析、动态分析)计算重要管道的壁厚。包括特殊管件的应力分析、动力设备(泵、空冷器和穿甲弹)管口应力的校核和计算、管架标准的制定、非标准管架设计的审核、供应商文件的编制、相关工程规范的修订、应力分析和管架设计工程规范的编制、相关设计人员的专业培训、进度、质量和工时的控制以及参与现场技术服务。首先，管道应力分析专业的职责和任务。b .工作任务和基础设计阶段的初步设计(1)工程设计规程的编制(应力分析、管支架设计)(4级签名)(2)参与设备布置工作(3)主要管道趋势的应力分析和评估详细设计阶段(1)工程设计规程的编制(应力分析、管支架设计)(4级签名)(2)重要管道壁厚的计算、特殊管件、高压管道的应力分析。 大直径薄壁管(3)编制关键管线清单(三级签署)-应力分析管线清单，一、管线应力分析专业的职责和任务，静态分析(4)应力分析(三级和四级)，动态分析(5)卧式容器固定端的确定。 垂直设备耳标高的确定(6)支管钢筋的计算(7)运行设备允许负荷的检查(4级)夹套管(蒸汽、热油、热水)的计算(端部强度的计算，内部导向翼板位置的确定，包括同时进行任何应力分析管道的所有内容)(9)往复压缩机，往复泵(4级)(10级)安全阀的动态分析，爆破膜(11)结构的排放反作用力的计算， 建筑荷载条件，(1)管道应力分析专业的职责和任务，设备管口荷载和预焊件条件管架表的编制* 非标准管架图的编制* 管架综合材料表的编制* 弹簧架采购的准备磁流变文件和弹簧架技术数据表柔性部件(膨胀节、软管等)的编制。 )采购磁共振文件和技术数据表管架施工和安装说明*，1。管道应力分析专业的职责和任务。每份文件应包括的内容和工作内容：工程规范的适用范围甲、乙、丙、设计中采用的标准规范、计算程序(软件)设计温度、压力、安装温度(环境温度)、压力、设计荷载、风荷载(风压值)、形状系数、地震烈度、水平加速度系数、雪荷载、土壤化学和力学性质、水(蒸汽)锤荷载、1。管道应力分析专业的职责和任务。G关键管线表确定标准(哪些管线应进行哪些类型的应力分析)H计算和安全评估标准I应力分析工作流程J其他壁厚计算A当、I .管线应力分析专业B当T确定的职责和任务应综合考虑断裂理论、疲劳、热应力和材料特性等因素来确定。(高压管道计算)外压直管的壁厚应按GB150规定的方法确定。d .其他管件(如y型三通、孔板等。)应根据相关规范(GB50316-2000)或公式计算。高压管道的应力分析大直径薄壁管道的应力分析，1。管道应力分析专业的职责和任务，(3)关键管道表，1。管道应力分析专业的职责和任务，公式法：D管道外径(mm)Y总位移(mm)Y=(X2Y2Z2)1/2L管道总长度(mm)U直线距离(mm)(根据美国机械工程师协会/美国国家标准学会31.1和B31.3)，1。管道应力分析专业的职责和任务。管道应力分析专业的职责和任务。应力分析包括静态分析(包括A.静态分析包括以下内容(什么是应力和强度理论): a)主应力计算和评估防止管道的塑性变形和损坏；b)次应力计算和评估防止疲劳损坏；c)设备喷嘴的机械计算(和评估)防止过大的力。确保设备正常运行d)支撑点应力计算-为支吊架设计提供依据e)管道法兰应力计算-防止法兰泄漏f)两相流和液体冲击载荷计算-为支吊架和结构设计提供依据。首先，管道应力分析专业的职责和任务。b .动态分析包括a)管道固有频率分析-防止共振b)管道受迫振动响应分析-管道振动和应力控制c)往复式压缩机(泵)气(液)柱频率分析-防止气柱共振d)往复式压缩机(泵)压力脉动分析-压力脉动值控制(值)，1。管道应力分析专业的职责和任务。c .动态分析的要点。振动源机器动平衡差异基础设计不当气流脉动气柱共振阻力、流速和流向变化。激振力共振激振力频率等于或接近管道b)的固有频率。机器动平衡差异-基础设计修改，1。管道应力分析专业的职责和任务。减少脉动和气柱共振的方法：1)增加缓冲罐-根据API618计算缓冲罐容积，一般是气瓶容积的10倍以上；使缓冲罐尽可能靠近入口和出口；然而，它不能放置在谐振管长度的位置2)两个或三个压缩机的歧管是入口管面积总和的三倍。3)孔板减振-在缓冲罐的出口处增加一个孔板。孔径尺寸：孔板厚度=3-5毫米孔板位置-在较大缓冲罐的入口和出口。一、管道应力分析专业的职责和任务。降低激振力。减少管件，如弯头、三通、异径管等。到90岁。肘部45。手肘。e)改变(增加)管道的固有频率，使其远离激振力频率。(1)共振区，W1固有频率(角频率)W0激励频率(角频率)放大系数通常W1应避开0.8W01.2W0的区域，工程上最好避开0.5W01.5W0的范围，因此振幅较小。(1)管道应力分析专业的职责和任务，(2)通常W1应大于W0(压缩机吸入或吸入频率)的1.2倍。最好将设计控制在1.5倍以上。(1)管道应力分析专业的职责和任务，(3)激振力频率W0=气缸数，单(双)动作数(1/秒)n=转数/分钟-压缩机转数(4)控制压力脉动n:并联的压缩机数，(1)管道应力分析专业的职责和任务，(5)确定水平容器的固定端和垂直设备的吊耳的高度，以提高管道的灵活性，减小位移差，防止设备喷嘴上的推力过大。(6)计算支管钢筋降低局部应力等面积钢筋WRC329 (7)设备喷嘴API610、api617、NEMASM23、api661的容许荷载检查。(8)管道计算导管架计算(2)端部强度计算(3)内导流翼板位置确定(9)往复泵动态分析(见(4) (10)安全阀，爆破膜排放反作用力计算(见标准计算程序)- ANSI/B31.1(气体)APIRP520(气体、气体混合物)，1。管道应力分析专业的职责和任务，(11)结构，荷载条件F1000千英尺/秒，M750千英尺/秒。BfBf梁法兰宽度。土建工程需要提高的条件；考虑和解；储罐的抗震措施。设备管口载荷和预焊件条件-为设备专业检查局部应力和设计 略，1。管道应力分析专业的职责和任务，编制弹簧架表选型、载荷和位移系列，根据最大载荷选择弹簧位移，根据最大位移选择同类型并联弹簧，载荷平均分布变化率，GB 25%(可变)编制柔性件技术特性表，二、管道应力分析专业常用标准和规范，GB 50316-2000 工业金属管道设计规范 GB/T 20801-2006 压力管道规范HG/T 2066管道应力分析中常用的标准规范。美国机械工程师学会/美国机械工程师学会31.4流体传输和分配管道系统美国机械工程师学会/美国机械工程师学会31.8流体传输和分配管道系统美国机械工程师学会610离心泵美国机械工程师学会23涡轮API617离心式压缩机API618往复式压缩机API661空气冷却器ANSI/B31.1，APIRP520安全阀，爆破膜，三级。管道应力分析专业与其他专业的分工及沟通情况；1、管道应力分析与工艺2、管道应力分析与设备(静态设备、动态设备、设备管口承载力)3、管道应力分析与结构4、管道应力分析与工业炉5、管道应力分析与管材6、管道应力分析与管道(设备布置与管道布置)、管道支架设计4、1。管道支架的分类和定义根据支架的功能分为三类；承重架、限位架和减震架。1.1承重架：用于承受管道重力和其他垂直向下载荷的支架和吊架(包括可调支架)。滑动框架：支撑在支撑点下方的支架除了垂直支撑力和水平摩擦力外，没有其他阻力。弹簧架：包括恒力弹簧架和可变弹簧架。c .刚性吊架：在支撑点上方，以悬挂的方式承受管道重力和其他垂直向下的载荷，吊架处于受拉状态。滚动支撑：采用滚动支撑，摩擦力小。4.管道支架的设计，1.2限制性支架：用于防止、限制或控制管道系统位移的支架(包括可调限位支架)。导向框架：允许管道仅沿轴向移动并防止由弯矩或扭矩引起的旋转的框架。限位框：限位框的作用是限制线位移。受限轴上至少有一个方向受限。c .定值限位框：将管道的位移限制在任意轴上的要求值，称为定值限位框。固定框架：限制管道的总位移。4.管道支架的设计，1.3减振支架：用于控制或减少除重力和热膨胀之外的任何力(如材料冲击、机械振动、风力、地震和其他外部载荷)引起的管道振动的支架。减振框架有三种类型：弹簧、油压和机械。4，管支架设计，4，管支架设计，2，管跨度和导向间距1)管跨度-强度和刚度两个控制强度控制-轻微刚度控制-装置内13mm，装置外25mm2)导向间距：a)水平管b)垂直管垂直管的最大导向间距可以根据水平管支架间距粗略地舍入，而不用将管装满水。表1:垂直管道导管间距表，4。管道支架设计，3。确定管架位置的要点：3.1承重支架的距离不得大于支架的最大间距。3.2充分利用现有土建结构的构件支撑和管廊梁柱上的支撑。3.3在垂直管段的弯头附近或垂直管段的重心上方，可以制作一个承重框架。在垂直截面较长的情况下，可在下部增加一个导向架(当载荷较大时，可使用弹簧架来分担载荷)。3.4承重框架应设置在集中荷载较大的管道构件附近。3.5尽量减少设备连接管上的应力。如果支架靠近连接管，t不会产生大的热膨胀弯矩3.7支架的位置和类型应尽量减少作用力对根部的不利影响。4.管架的设计。3.8管道支吊架应位于弯管和大直径三通支管附近。3.9对于需要进行详细应力计算的管道，应根据应力计算结果设计管架。3.10弹簧支架应安装在敏感设备(泵、压缩机)附近。3.11为防止设备端口承受过大的管道负荷，3.11往复式压缩机的吸入或排出管道及其它振动大的管道，应单独设置独立基础的支架(支架扎根于管墩或地面管支架上)，以避免将振动传递给建筑物3.12。除振动管道外，建筑物和构筑物的梁柱应尽可能用作支架的支撑点，并应考虑支撑点能承受的负荷。发根点的结构应满足发根部分3.13的要求，管道支吊架应位于不妨碍管道和设备连接和维护的位置。4.管架的设计。4.管道布置过程中支架位置的考虑4.1管道走向应首先满足安全生产和技术要求，并便于操作、安装和维护。4.2管道应尽可能集中布置，如成排布置，以便于联合支撑，并尽量减少单独布置的立柱支撑数量。同时达到整洁美观。4.3管道布置应靠近支撑点，例如靠近建筑物墙壁和柱子上用于其他目的的结构。或者沿着由梁和柱支撑的平台。4.4管道成组布置时，各管道的支撑面应对齐，即水平管架的底面与非保温管的底面应对齐，垂直管架的底面与非保温管的底面应并排对齐，以便设计支架。4.5当使用弹簧支架或吊架时，管道和生根构件之间应留有足够的空间。4.管架的设计。5.管道支吊架的选择原则：5.1在选择管道支吊架时，应根据支撑点所承受载荷的大小和方向、管道的位移、工作温度、保温或保冷、管道材料等选择合适的支吊架。对于冷管道，应采取措施防止管道架设时出现冷桥。5.2设计管架和吊架时，应尽可能选用标准管夹、管架和吊架；4.管架设计、5.3在下列情况下不得使用焊接管架和管道吊架：由中温等于或大于400的碳钢制成的管道；低温管道；合金钢管；生产中需要经常拆卸和检修的管道；架空敷设且难以施工和焊接的管道；非金属衬里管道；对于要进行热处理(消除应力)的管道，IV。管道支架设计。5.4为了防止管道发生过大的横向位移和可能的冲击载荷，导管支架一般布置在以下位置，以保证管道仅沿轴向移动：可能产生振动的两相流管道；横向位移过大可能影响相邻管道时；当固定支架之间的距离太长，可能发生横向不稳定时；(柱不稳定性)当需要管道的过度横向位移以防止法兰和管接头泄漏时；4、管道支架设计为5.5，当架空管道热膨胀量大于100毫米时，应选择加长管道支架，以免管道支架在管道支架梁下滑动；5.6当支架在需要整体热处理的设备上生根时，所用预焊件的条件应提交给设备专业人员。5.7对于荷载较大的支撑位置，应提前联系相关专业设计人员，提出支撑位置、标高和荷载。5.8当需要限制管道位移时，应考虑限制框架。5.9安全阀出口管道的支撑应高度重视，并应足以承受排放时的冲击负荷。4.管道支架的设计。6.管道固定点的设置应满足以下要求：6.1对于复杂的管道，固定点可用于将其划分为几个相对简单的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等。用于分析和计算。6.2在确定管道的固定点位置时，有利于两个固定点之间管段的自然补偿；6.3选择形状补偿器时，宜将其设置在两个固定点的中间；6.4固定点应靠近需要限制支管位移的地方；6.5固定点应设置在管道振动、冲击载荷或管道多向位移需要限制的地方。6.6对于作用在管道固定点上的荷载，应考虑两侧各滑动支座的摩擦反力；6.7进出装置的工艺管线和非常热的公用管线，应在装置边界设置固定点。4.管道支架的设计。7.1在设备上生根：当设计从设备上生根的支架时，需要在设备上预先焊接生根部件。如果现场安装支架直接焊接在设备墙上，许多设备需要重新检查，施工进度将会延迟。焊接后的残余应力