管道应力分析及计算ppt课件

1、管道应力分析题目、工业管道材料设计和应力分析技术的高级培训；2、1、管道应力分析目的1、保证管道应力在规范允许范围内的管道系统的整体安全；2、使动(静)设备的管嘴负荷符合厂家和公认标准-实现长期、稳定运行3、 为结构和各种支撑提供设计载荷4，确定管道热位移和各种冲击载荷引起的管道位移5，解决管道动力学问题：机械振动、脉动、安全阀排放等6，优化管道设计32，管道应力分析基础知识2.1，应力、应变和应力状态2.2，材料机械性能2.3，强度理论2.4， 管道变形的基本形式2.5，管道中的应力状态2.6，管道应力分类2.6.1，应力分类检查原则2.6.2，管道应力分析中的应力分类2.6.3，管道应力分析中的初级和次级应力超出原因2.7，管道应力分析遵循的标准为4，3，管道柔性设计3.1， 柔性定义和柔性设计的方法和目的a )定义b )目的c )考虑端点位移的3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法a )应进行详细柔性设计的配管b )不进行详细柔性设计的配管c )判别式的使用方法和注意事项3.3、配管的热补偿、5、3、 管道柔性设计3.4、应力增大因子3.5、柔性分析方程3.6、弹性模量温度变化效应3.7、柔性分析另一规则6、4、管道应力分析作用4.1、应力分析(静力分析、动力分析)。 4.2、计算重要管线的壁厚。 包括特殊管道应力分析在内的4.3、动力设备(机械泵、空冷器、透过平等)喷嘴受力检查计算的4.4、机架设计4.5、审核供应商文件的4.6、编制和修改有关规定的4.7、应力分析和机架设计工程规定的4.8、 本专业人员培训4.9、进度、质量及人工控制4.10、参加现场技术服务7.5、管道机械专业(应力分析)常用标准1、GB50316-2000 工业金属管道设计规范 2、HG/T20645-1998 化工装置管道机械设计规定 3、SH/T3041-2002 石油化工企业管道柔性设计规范 4、GB150 钢制压力容器 5、JB/T8130.1-1999 恒力弹簧支吊架 6、JB/ T8130.2-1999 可变弹簧支吊架 7、GB50251-2003 输气管道工程设计规范 8、GB50253-2003 输油管道工程设计规范 9、 ASME/ANSIB31.1-PowerPiping，8，10、ASME/ansib 31.3流程piping 11、ASME/ansib 31.4 liquidtransmissionddistributeonpipingsystems 12、asme/ansib 31.8 gastransmissionddistributeonpipingsystems 13、API610-离心泵14、NEMASM23-涡轮15、API617-离心压缩机16、API618-往复式压缩机17、API661- APIRP520-制定安全阀、爆破膜、9、6、工程设计阶段管理机专业任务6.1、初步设计、基础设计阶段工程设计规定(应力分析、机架设计) (四级签名) (2)参加设备配置作业(3)将主要管线流程评价为应力分析。10、6.2、详细设计阶段修订工程设计规定(应力分析、机架设计) (四级签名)的重要管线壁厚计算、特殊接头的应力分析；(三级签名) -应力分析管线表静力分析；(三、四级)应力分析；(三、四级)动力分析；(四级)横型容器固定端确定、 立式设备支耳高程确定支管加固计算动力设备使用载荷检验(四级)、11、套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强度计算、内导叶定位，同时包括应力分析管道的全部)。 往复式压缩机、往复泵动力分析(四级)安全阀、爆破膜释放反作用力计算结构、建筑负荷条件、设备喷嘴负荷、焊接条件、制作弹簧架购买MR文件和弹簧架技术数据表的柔性部件(膨胀节、软管等) 制作MR文件和技术数据表，12，6.3，各文件应包含的内容：工程规定内容a，适用范围b，概要c .设计中采用的标准规格d .计算程序(软件) e，设计温度，压力，设置温度(环境温度)，压力f， 设计负荷-风压值-地震震级-雪负荷-土壤力学性质g、临界管线表的决定基准(哪条管线应该进行什么样的应力分析) h、计算和安全性评价基准I .应力分析工作流程。 j、其他13、壁厚计算a、当b、当t的决定必须综合考虑破坏理论、疲劳、热应力和材料特性等因素来决定。 c、外压直管的壁厚必须用GB150规定的方法确定。 d、其他配件(y型三通、节流孔等)根据相应的标准(GB50316-2000 )公式计算。 14，临界管线表达式方法： d0-管道外径(mm)Y管段总位移(mm)y=(x2y2z2)1/2l-管段的两个固定点的展开长度(m)(AB BC CD)U管段的两个固定点的直线距离(m)(AD之间的直线距离) (ASME/) 根据ANSIB31.1和B31.3 )，公式的适用范围，15，a，静力分析所包含的内容a )一次应力计算和评价-管道塑性变形破坏防止. b c )设备的喷嘴受力的计算(以及评价) -防止力过大，保证设备正常工作。 d )支撑点受力计算-为支撑吊架的设计提供依据。 e )管道上的法兰受力计算-防止法兰泄漏。 f )两相流和液压冲击载荷的计算为支撑吊架和结构设计提供依据。 16、b、动力分析中包含的内容a )配管固有频率分析-防止共振。 b )管道的强迫振动响应分析-控制管道的振动和应力。 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)的压力脉动分析-控制压力脉动值(值)。 17、c、动力分析点b )机械的动平衡差修改基础设计，18、c )减少脉动和气柱共振的方法：1)基于增大缓冲罐的API618计算缓冲罐的体积，通常为气缸容积的10倍以上，使缓冲罐尽可能向进出口2)2台或3台压缩机的汇流板截面积至少是进口管截面积的3倍，不增加柱塞流的冲击力。 3 )孔板消振-缓冲罐出口处放入孔板。 孔径大小：节流孔厚度=35mm节流孔位置-即使是大缓冲罐的进出口，也可减少19、d )激振力，减少弯管、三通、异径管等管道。 改百分之九十。 弯管接头45。 弯管接头。 e )改变线路的固有频率远离激振力频率。 (1)谐振区域、-放大率W1-固有频率(角频率) w0-激励频率(角频率)通常w1避开0.8W01.2W0的区域，在工序中避开0.5W01.5W0的范围的情况下振幅较小. 通常，W1是W0 (压缩机吸入或吸入频度)的1.2倍以上，在设计时希望抑制在1.5倍以上。 (3)激振频率n=旋转/分钟-控制压缩机转速，21，(4)压力脉动，注：旧苏联标准(5)确定卧式容器固定端和立式设备支耳高度，提高配管的柔软性，减少位移量，防止对设备喷嘴的推力过大。支管加固计算-降低局部应力-等面积加固WRC329、支耳高程确定、22、动力设备喷嘴许可负荷检查API610； API617； NEMASM23； API661。往复式泵动力分析安全阀、爆破膜释放反作用力计算(参照标准计算步骤) ANSI/B31.1 (气体) APIRP520 (气体、空气混合)结构、载荷条件： F1000Kgf、M750KgfBfBf梁叶片宽度。 提出条件进行土建：考虑沉降量的储罐抗震措施。 管端结构，安全阀和爆破片，23 .设备的喷嘴载荷和焊接前条件-用于设备专业验证的局部应力和设计用弹簧支架采购MR文件和弹簧支架技术数据表-选型、载荷、位移串联-最大载荷选择弹簧位移以最大位移量并列-同型号弹簧， 负荷平均分配负荷变化率-国标25% (可变更)制作柔性部件(膨胀节、软管等)采购MR文件和柔性部件技术数据表，插图设备喷嘴负荷能力表，24，7，配管应力分析中的特殊问题7.1，套管应力分析7.2，埋设管应力分析7.3， 高压管道应力分析8，有限元法在管道应力分析中的应用9.1，管道应力分析程序9.2，AUTOPIPE软件的应用，25，10，管道支架设计10.1，管道支架的分类和定义根据支架的作用分为三类。 1 )承重台：用于承受配管的重力及其他垂直向下载荷的支承台(包括可调整的支承台)。 a )滑架：支撑点下方支撑的托架除了垂直方向的支撑力和水平方向的摩擦力以外，没有阻力。 b )弹簧座：包括定力弹簧座和可变弹簧座。 c )刚性吊架：在支撑点的上方悬挂管子的重力和其他垂直向下的负荷，动臂处于拉伸状态。 d )滚动支架：采用辊支撑，摩擦力小。吊架、26、2 )约束支架：用于阻止、限制或控制管道系统位移的支架(包括可调约束支架)。 a )导向架：通过使管道仅沿轴向移动的支架，阻止弯曲力矩和扭矩引起的旋转。 b )挡块支架：挡块支架起到限制线位移的作用。 限制的轴线上至少有一个方向受到限制。 c )固定值限位器：将管道在任一轴线上的位移限制在所需值，称为固定值限位器。 d )支架：限制管道的所有位移。 3 )减振框架：用于控制或减少因重力和热膨胀作用以外的力(材料冲击、机械振动、风力、地震等外部负荷等)而产生的配管振动的框架。 减振框架有弹簧、液压和机械三种类型。27、28、10.2、管跨度和导距1 )管跨度-强度和刚度两个控制a )力学模型强度条件：连续铺设水平直管的允许跨度强度条件要求管的最大纵向应力不要超过设计温度下的材料允许应力。 b )配管跨度计算c )不考虑内压最大允许跨度d )内压最大允许跨度e )大径薄壁配管、29、10.2、配管跨度与导向节距2 )导向节距： a )水平配管b )垂直配管的最大导向节距，以保温管不充水的水平配管的支承节距大致为圆形。30、31、10.3、决定配管支撑位置的点10.3.1承重支撑的距离请控制在支撑的最大间隔以下。 10.3.2应尽可能利用现有土建结构的构件予以支撑，并用走廊梁柱予以支撑。 10.3.3在垂直管段的弯头附近或垂直管段的重心以上制作承重台，垂直较长时，可在下部增设导向台(负荷较大时，可采用弹簧承受部分负荷)。 10.3.4在集中负荷大的管道元件附近设置承重架。 10.3.5尽量减小设备交接的力量。 支架靠近接收管时，接收管不会产生大的热膨胀力矩。 10.3.6考虑到维护方便，拆卸管段时最好不要做临时托架。10.3.7支架的位置和类型应尽量减小力对被发生部件的不良影响，32，10.3.8配管支架应设置在弯头和大直径三通支管附近。 3.9对于需要详细应力计算的管道，应根据应力计算结果设计支架10.3.10。 为了防止必须在敏感设备(泵、压缩机)附近设置弹簧支架的设备口承受过大的管道载荷，10.3.11往复式压缩机吸入或排出管道及其他具有强振动的管道应设置独立的基础支架，以避免振动传播到建筑物。 10.3.12除振动管道外，应尽可能利用建筑物、建筑物梁柱作为支架的固定点，考虑固定点承受的载荷的固定点结构应能满足固定材料要求10.3.13管道支架应设置在不妨碍管道和设备连接和检修的部位，33. 管道布置过程中考虑支撑位置的10.4.1管道流应首先满足安全生产、技术要求，操作方便，安装修理方便。 10.4.2管尽量集中配置，排成一列，便于建立联合支架，尽量减少分散独立设置的柱架。 同时变得干净。 10.4.3管道布置应靠近为其他目的建造的建筑物，沿建筑物的墙壁、柱子布置。 或者为了用梁和柱子支撑，沿平台下铺设。 10.4.4组装配管时，应使各配管的被支承面对齐，即应使水平配管的支承底面与不保温配管的管底对齐，应使垂直配管的支承底面与不保温配管的管底对齐，设计支承台。 10.4.5采用弹簧支架或吊架时，管与发生部件之间需要足够的空间。 34、10.5、选择配管支架的原则： 10.5.1选择配管支架时，必须根据支架承受的负荷大小和方向、配管的位移状况、工作温度、保温还是保冷、配管材质等条件选择合适的支架冷管， 在管架设的时候，设计应该有防止冷桥发生的措施的10.5.2管道支架时，请尽量选择标准的管卡、管道支架、管道支架在10.5.3以下时，不得采用焊接型的管道支架和管道吊架： a ) 管内介质温度为400以上的碳钢材质的配管b )低温配管c )合金钢材质的配管d )生产中需要经常分解检查的配管，35、e )架设难以施工的配管f )衬管(金属制的管除外。 g )为了防止需要热处理配管(应力消除) 10.5.4配管的过大的横向位移和冲击载荷，一般为了保证配管仅沿轴向位移，在以下的位置设置导管b )横向位移对邻接的配管产生影响的可能性高的情况下，固定金属件间的距离过长， 可能发生横向不稳定的情况(柱压曲) c )为了防止凸缘和活接头的泄漏，配管需要过大的横向位移的情况，36、10.5.5架设的管路的热膨胀量超过100mm的情况，加长管路， 管道不得掉到管道梁下的10.5.6所有支架固定在设备上的，对于设备专用的焊锡条件必须提出的10.5.7负荷大的支架位置，应事先联系相关专业设计人员，提出支架位置、高程和负荷状况1010.5.9安全阀出口管线的支架必须十分重视，充分抵抗泄漏时的冲击载荷10.6，管道固定点的设置应当满足以下要求： 10.6.1复杂管道在固定点有几个比较简单形状的管段，如l形管段、u形管段37、10.6.2在确定配管固定点的位置时，如果选择有利于两个固定点之间配管段的自然补偿的10.6.3形补