压力管道的强度计算

压力管道的强度计算1.内压管的强度分析根据应力分类，管道受到压力载荷产生的应力，属于薄膜应力。如果此应力超出了一定的限制，则在管道损坏之前，它将整体变形。在内部压力管道中，管道壁任意点的应力状态可以表示为三个垂直主应力：沿管道壁圆周切向方向的环形应力、平行于管道轴方向的轴向应力z、沿管道壁直径方向的径向应力r(图2.1，将p设置为管道内部介质压力，将Dn设置为管道内径，将s设置为管道壁厚)。三个主应力的平均应力表现法为管壁的三个主应力遵循以下关系： z r根据最大剪应力强度理论，材料损坏是由最大剪应力造成的，等效应力是最大主应力和最小主应力之间的差异，因此强度条件为e=950-r通过自下而上替换管道壁的应力表达式，可以获得理论壁厚公式图2.1内压管道壁的应力状态在项目中，管道尺寸大部分表示为外径Dw，因此应用理论壁厚公式2.计算管道壁厚内压管道理论壁厚公式，根据管外径确定根据管道的内径确定正在样式中：Sl管理论壁厚，mm；P管道设计压力，MPa；Dw管外径，mm；Dn管直径，毫米；焊接系数；设计温度下t 管材料的基本允许应力，MPa。管道的理论壁厚，是受到强度条件确定的内部压力所需的最小管道壁厚。这仅考虑称为内部压力的基本载荷，不考虑制造过程等导致管道强度减弱的因素，因此仅反映管道正常部分强度未减弱的情况。项目中使用的管道壁厚计算公式还应考虑强度减少系数。因此，项目中使用的管道壁厚计算公式如下Sj=Sl C (2-3)样式：Sj管计算壁厚，mm；C管道壁厚增值，mm(1)熔接系数()焊缝系数是确定默认许用应力安全系数时未考虑的因素。焊接系数与管道的结构、焊接工艺、焊缝的检查方法等有关。根据我国管制造的实际情况，焊接系数选择如下：1对于无缝钢管，=1.0；单面焊接螺旋钢管，=0.6；对于纵向接缝焊接钢管，请参阅钢制压力容器的相关标准选择。双面焊缝全焊缝对接焊缝：100%无损检测=1.0；本地无损检测=0.s5对于对接熔接，沿熔接根的整个长度有衬垫：100%无损检测=0.9；局部无损检测=0.8；(2)添加壁厚(c)壁厚附加量c补偿管的负偏差、曲管减少、腐蚀、磨损等薄量，以确保管的足够强度。计算方法如下：C=C1 C2(2-4)样式：C1管壁厚负偏差，弯头薄正附加值，mm；C 23354管腐蚀，减少磨损增值，mm管壁厚度的负偏差和肘部减少量的附加值：管道制造标准允许恒定壁厚的负偏差，并且存在壁厚的负偏差时，必须计算管道计算壁厚与管道壁厚负偏差的附加值，以确保管道的最小壁厚不小于理论计算壁厚。管道标准中壁厚允许的负偏差通常表示为壁厚的百分比，而则表示为管道壁厚的负偏差百分比热轧无缝钢管。值的规定值见表2.1。表2.1普通钢管厚度负偏差值2钢管的种类壁厚(mm)负偏差%通常高级碳钢和低合金钢20 201512.512.510不锈钢10 10-20152012.515如果还需要计算弯头薄厚度的补偿，可按如下方式考虑壁厚度的附加值：3弯曲管道时，肘部的外壁厚度变薄，内壁厚度增强。目前常用的热弯曲过程是弯头减少量约为8%到10%，但是在内部压力下，弯头的应力分布与直管不同，弯头弯曲半径大于管外径的4倍，弯头减少量为8%到10%时，内部压力产生的圆周应力比直管大约5%。在这种情况下，通常管道和直管道具有相同的理论壁厚，壁厚的增加值计算出恒定馀量。作为对弯头薄量的补偿。壁厚的增加值计算如下：这是无缝钢管壁厚增值C1的计算方法。对于钢板或钢带的焊接钢管，壁厚的负偏差是钢板或钢带的允许负偏差。此时，根据以下数据，可以使用C1值：如果墙厚度小于或等于5.5mm，则C1=0.5mm；如果墙厚度小于7mm，则C1=0.6mm；如果墙厚度小于25mm，则C1=0.8mm；管腐蚀磨损减少增值介质中的管腐蚀不严重。也就是说，如果腐蚀速度低于0.05mm/a(年)，则单面腐蚀为C2=1至1.5mm，双面腐蚀为C2=2至2.5mm。在管道外部涂防腐蚀涂料可以被视为单面腐蚀，如果管道内部和外墙有更严重的腐蚀，则可以被视为双面腐蚀。如果介质的腐蚀速度大于管材料的0.05mm/a，则必须根据腐蚀速度和使用年限确定C2值。3.弯管壁厚计算弯管承受内部压力时，如果点壁厚度相同，并且没有椭圆效果，则内部应力最大，外部应力最小，并且弯管破坏发生在内部。但是，在用直管道折弯创建弯头后，壁厚度会发生变化。图2.2，外侧侧壁厚度Sa减薄，内侧侧壁厚度5e厚；横截面由于特定椭圆度对应力的影响，应力分布也发生了变化，外部由于壁厚的减小而增加了应力，内部由于壁厚的增加而减少了应力。综合来说，弯管外壁的实际环应力仍然大于直管，内壁的环应力小于直管。应力值是弯管的弯曲半径和相关值。弯管的径向应力与直管相同，不会发生变更。因此，计算折弯弯管的管路理论壁厚公式如下图2.2弯头Dp-平均直径；Sa-外侧侧壁薄；Se-内侧侧壁厚度；R-折弯半径。样式：Slw弯头理论计算壁厚，mm；R弯头弯曲半径，mm壁厚Sl (2-1)层代(2-7)的直线管理目前，通常使用直线(2-8)来计算折弯弯管的理论壁厚。弯曲弯管时，弯管的横截面不是圆形的，影响应力，可以用最大外径和最小外径的差值Tu表示。型式：Tu弯头最大外径和最小外径之间的差异(%)Dmax弯头截面最大外径，mm；Dmin弯头横截面的最小外径，mm在内部压力下，非圆形横截面变为圆形，缩短伸长，长轴缩短，f点和a点处的拉伸应力更大，更容易发生纵向裂纹(参见图2.3)。Tu越大，局部应力越大。达到固定值后，弯管的支撑力减小，从而导致损坏。因此，各国技术规格中，对最大外径和最小外径的差异有规定。中国的GB5023597 工业金属管道工程施工及验收规范规定，携带剧毒流体的钢管或承载设计压力P10MPa的钢管Tu不超过5%，携带剧毒流体的钢管或设计压力P不超过10MPa的钢管Tu不超过8%。44.焊接三向壁厚计算管网经常使用各种尺寸的t形三通。图2.4。t形三通处的曲率半径突然变化，方向发生变化，导致主管分支接管出现明显的应力集中，因此应力比管道正常部分高6-7倍。但是，此应力集中现象仅发生在局部区域，并且很快衰减，使其距离接管有点远。只要使用加厚(或主、分支同时加厚)或加固方法，就可以减少最大应力以满足强度要求。三向主理论壁厚公式为5图2.3如果肘部不圆图2.4方向样式：Slz主管理论计算壁厚，毫米；强度弱化系数，对于单筋、蝴蝶等部分加强的三通，=0.9。类型(2-10)Dw660mm，支管内径与主内径的比率dn/dn 0.8，主外径与内径的比率范围为1.051.5的焊t。用于三通焊接的管材是无缝钢管(否则，必须考虑焊接系数)。t形管的理论壁厚：风格：Sld管理理论壁厚，毫米；Dw管道外径，mm熔接t形管长度通常为3.5Dw，高度通常为1.7Dw。减速器壁厚计算图2.5中所示大小的头部可以使用以下计算(日本yudepartment使用的计算方法)的理论壁厚：6风格：Slt减速器理论最小壁厚，mm；Dn最小壁厚内径，mm； -圆锥顶角的二分之一。使用图2.5中所示的结构时，不能大于30，1=设置时，1对应于p/( t )的值不能超过表2.2中列出的值，中间值可以通过插值方法获得。表2.2P/t0.20.512481012.5teta 146912.517.5242730图2.5减速器6.焊接弯头的强度计算焊接弯头也称为斜弯头或虾腰弯头。这里介绍了美国国家标准压力管道规格ANSI B31.3和中国化学工业标准中规定的计算方法。571)多接头弯头对于图2.6中所示的多节距斜接弯头，角度小于或等于22.5时允许的最大内部压力通过以下两个公式计算，并通过两个公式