管道应力分析及计算

1、管道应力分析主题、工业管道材料设计和应力分析技术的高级培训，一、管道应力分析的目的1、保证管道应力在规范的允许范围内的管道系统的整体安全2、使动(静)设备的水口负荷符合厂家和公认的标准，可以长期稳定运行3、为结构和各种支撑提供设计负荷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、安全阀排出等6、优化管道设计2、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、应力分类检查遵循的原则2.6.2、管道应力分析中的应力分类2.6.3、管道应力分

2、析中一次和二次应力超过基准的原因2.7、管道应力分析遵循的基准3、管道的柔性设计3.1、柔性定义和柔性设计的方法和目的a )定义b 端点位移为3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法a )应该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3、配管的柔性设计3.4、应力增大因子3.5、柔性分析方程式3.6、弹性模数的温度变化效果4.2、计算重要输油管道的壁厚。 4.3包括特殊管道应力分析，4.4检查计算动力设备(机械泵、空冷器、穿透平等)喷管所受力，4.5机架设计，4.6审查供应商文件，4.7制定有关规定，4.8制定应力分析和机架设计工程规

3、定，4.9培训本专门人才质量及人工控制4.10、参加现场技术服务5、管道机械专业(应力分析)中常用的标准规格1、GB50316-2000工业金属管道设计规格2、HG/T20645-1998化工装置管道机械设定规定3、SH/T3041-2002石油化学工业企业管道柔性设计规格4 GB150钢制压力容器5、JB/T8130.1-1999定压弹簧支撑晾衣架6、JB/T8130.2-1999可变弹簧支撑晾衣架7、GB 50251-2003导气管设计规范8、GB 50253-2003导气管设计规范9、ASME/ansi b 31.1-电源管道1.0、ASME/ansi b 31.3流程管道1.1、ASM

4、E/ansib 31.4质量传输和分布式管道系统1.2、asme/ansib 31.8 gastransmissionanddistributionpipingsystems 1.3、API610 -离心泵1.4、NEMA SM23 -透平机1.5、API617 -离心式压缩机1.6、API618 -往复式压缩机1.7、API661 -空冷器B31.1、APIRP520 -安全阀、爆破膜、6、工程设计阶段管机专业任务6.1、初步设计、基础设计阶段制定工程设计规定(应力分析、支架设计) (四级签名) (2)参加设备配置工作(3)应力分析和做评估主要输油管道流程。6.2、在详细设计阶段修改工程设计

5、规定(应力分析、支架设计) (四级签名)制作重要输油管道的壁厚计算、特殊接头的应力分析临界输油管道表(三级签名)应力分析输油管道表静力分析应力分析(三、四级)的动力分析卧式容器固定端确定， 立式设备支耳高程确定支管加固计算动力设备包括载荷检验(四级)、茄克衫(蒸汽、热油、热水)计算(包括端部强度计算、内部导叶定位、云同步应力分析管道的全部内容)的往复式压缩机、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，焊锡前条件弹簧斯坦共和国购入MR文件和弹簧斯坦共和国技术数据表制作柔性零配件(膨胀节、软管等)购入MR文件和技术数据表，6.3，各文件应包含的内容：工程

6、规定内容a，适用范围b， 概要c .设计采用的标准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 .设计载荷风压值地震的地震烈度雪荷载土壤力学性质g、临界输油管道表决定标准(哪些输油管道应进行怎样的应力解析) h、计算和安全评价标准I .应力解析工作流。 j、其他壁厚计算a、当量b、当量t的确定必须综合考虑破坏理论、疲劳、热应力和材料特性等因素。 c、外压直管的壁厚应用GB150中规定的方法确定。 d、其他配件(y型三通、节流孔等)根据对应的标准(GB50316-2000 )式进行化学基计算。 临界尺输油管道： D0管外径(mm) Y管段总位移(mm) Y=(X2 Y

7、2 Z2)1/2 L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/依据ANSI B31.1及B31.3 )式的适用范围a、静力分析包含的内容a )一次应力计算和评定管的塑性形变破坏防止. b )二次应力计算和评定疲劳破坏防止。 c )设备喷嘴受力计算(及评定)力过大，保证设备正常工作。 d )支撑点的受力计算为晾衣架设计提供了依据。 e )管道上的耳朵皮受到力，防止耳朵皮泄漏。 f )两相流和液体冲击载荷的计算，为分岔晾衣架和结构设计提供了依据。 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

8、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)压力脉动分析控制压力脉动值(值)。c、动力分析点b )机械的动平衡误差修正基础设计、c )减少脉动和气柱共振的方法：1)增大缓冲罐，基于API618计算缓冲罐的体积，一般使其为气缸容积的1.0倍以上，使缓冲罐尽可能接近出口2)2台或3台压缩机的集成截面积至少是进口管截面积的3倍，以防止柱塞流的冲击力增加。 3 )节流孔的振动将节流孔放入缓冲罐的出口。 孔径大小：孔板厚度=35mm孔板的位置可以是大缓冲罐的进出口，d )减少激振力减少弯头、三通、异径管等管。 改9.0。

9、是弯头4.5。 弯头。 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的固有频率(角频率) W0的激励频率(角频率)通常应该避开W1为0.8W0 1.2W0的区域，在工序中避开0.5W0 1.5W0的范围振幅更小。 (2)通常W1为W0 (压缩机的吸入或吸入频率)的1.2倍以上，设计时优选为1.5倍以上。 (3)激振力频率n=旋转/分压缩机的转速，(4)控制压力脉动，注：前苏联标准(5)卧式容器固定端和立式设备支耳标高提高了配管的灵活性，减少了位移量，避免对设备喷嘴的推力过大。支管加固计算减少局部应力等面积，加固WRC329，确定支耳标高，移动设备喷嘴行政许可载荷检查A

10、PI 610的API 617； NEMA SM 23； API 661。 往复式泵动力分析安全阀、爆破膜释放反作用力计算(参照标准计算计程仪程序) ANSI/B 31.1 (瓦斯气体) API RP 520 (气体、空气混合)结构、负荷条件： F1000Kgf、M750Kgf Bf Bf梁翼宽。 提出条件建成土建：考虑沉降量的储罐抗震措施。 管端构造、安全阀和爆破片设备的管口负荷和焊接前条件，是为设备的专业验证为局部应力和设计制作的弹簧架采购MR文件和弹簧架技术数据表的选定、负荷、位移串联或最大负荷下选择弹簧位移，在最大位移量下并行选择同型号的弹簧，负荷平均分配负荷变化率的国标2.5 (可变)

11、 编制了MR文件和柔性技术数据表，购置了拉斯特设备喷管负荷能力表，七、管道应力分析中的特殊问题7.1、茄克衫应力分析7.2、埋管应力分析7.3、高压管道应力分析8、有限单元法在管道应力分析中的应用9、管道应力分析计程仪9.1， CAESAR II软件的应用9.2，AUTOPIPE软件的应用，十，管道支撑通讯端口设计10.1，管道支撑通讯端口的分类和定义根据支撑通讯端口的作用分为三类。 1 )承重台：承受管道重力和其它垂直向下载荷的支承台(包括可调整的支承台)。 a )滑架：在支承点的下方支承的包围曝光除了垂直方向的支持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

12、。 c )刚性晾衣架：在支承点的上方承受管的重力和其他垂直向下的负荷，动臂处于拉伸状态。 d )滚动包围曝光：采用支重轮支撑，摩擦力小。 晾衣架，2 )约束包围曝光：阻止、限制或控制管道系统位移的包围曝光(包括可调挡块)。 a )导向信息帧：是使管仅沿轴向移动的包围曝光，阻止弯曲力矩和扭矩引起的旋转。 b )限位包围曝光：限位包围曝光起到限制纱线位移的作用。 在限制的轴线上，至少有一个方向受到限制。 c )固定值限位器：将管在任意轴线上的位移限制为所需值称为固定值限位器。 d )支架：限制管道的所有位移。 3 )减振信息帧：控制或减少因重力和热胀冷缩作用以外的力(材料的冲击、机械的振动、风力、

13、地震等外部负荷等)产生的管道振动的信息帧。 减振信息帧有弹簧、液压和机械三种类型。10.2、管道摇镜头和导程1 )管道摇镜头强度和刚度两个控制a )力学模型强度条件：水平直管连续敷设的允许摇镜头强度条件是管道最大竖向应力不可超过设计温度下材料的许用应力。 b )配管摇镜头计算c )不考虑内压最大容许摇镜头d )内压最大容许摇镜头e )大径薄壁配管、10.2、配管摇镜头和导向节距2 )导向节距： a )水平配管b )垂直配管的最大导向节距大致是保温管以不填充水的水平配管斯坦共和国节距被卷起。10.3、决定管道支撑通讯端口位置的点10.3.1承重传感器通讯端口的距离必须小于或等于支撑通讯端口的最大

14、间隔。 10.3.2应尽可能利用现有土建结构的构件进行支撑和用走廊的梁柱进行支撑。 在10.3.3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)。 在10.3.4集中荷载大的管道元件附近设置承重架。 尽可能减小10.3.5设备交接的力度。 当心脏支架靠近接收管时，接收管不会产生大的热胀冷缩力矩。 考虑到10.3.6维护方便，拆卸管段时最好不要制作临时包围曝光。10.3.7心脏支架的位置和类型要尽量减小力对被发部件的不良影响。 10.3.8配管支撑吊材必须设置在弯管和大径三方式分支管附近。 3.9对于需要详细计算应力的管道，

15、应根据应力计算结果设计心脏支架10.3.10。 必须在敏感设备(泵、压缩机)附近设置弹簧心脏支架，以防止设备口承受过大的管道负荷，10.3.11往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他具有较强振动的管道，应设置独立的基础支撑，避免振动传递到建筑物。 1.0.3 .除了1.2振动配管以外，必须尽量将建筑物、构筑物的梁柱作为支架的固定点利用，必须考虑固定点受到的负荷。 定影点的结构可以满足定影材料的要求。 10.3.13管道支撑通讯端口晾衣架必须设置在不妨碍管道和设备连接和检查的部位。 10.4、管道布置过程中考虑支撑通讯端口位置的10.4.1管道流动首先应满足安全生产、技术要求，操作方便，安装和维护

16、方便。 10.4.2管子尽量集中配置，排成一列，便于制作联合心脏支架，尽量减少分散独立设置的柱架。 成为云同步的漂亮地。 10.4.3配管的配置，应靠近为了其他目的而建造的建筑物，沿着建筑物的墙壁、柱子进行配置。 或者，为了用南朝梁和柱子支撑，沿着平台下面铺设。 在装配10.4.4管道时，应使各管道的被支撑面对齐，即水平管道的支撑底面与不保温管道的管底对齐，垂直管道的支撑底面与不保温管道的管底对齐，设计支撑台。 采用10.4.5弹簧座或晾衣架时，管与发件之间必须有一盏茶空间。10.5、管道支撑通讯端口晾衣架的选择原则： 10.5.1管道支撑通讯端口晾衣架的选择，必须根据通讯端口点承受的载荷大小

17、和方向、管道位移情况、工作温度、保温还是保温、管道材质等条件选择合适的萨通讯端口晾衣架，在管道架设的时机， 应采取措施防止冷桥发生的10.5.2在设计管道支撑通讯端口晾衣架时，应尽量选择标准的管道卡、管道支撑通讯端口、管道支撑通讯端口10.5.3以下时，不得采用焊接型的管道支撑和管道吊： a )管道内介质温度在400以上的碳钢材质的管道b ) 低温配管c )合金钢材材质的配管d )生产中需要经常分解检查的配管，e )架空敷设难以施工的配管f )衬管(金属制的除外。 (g )需要热处理的配管(消除应力) 10.5.4为了防止配管的过大横向位移和冲击负荷，一般来说，为了保证配管仅在轴向位移，在以下位置设置导管的b )横向位移对邻接的配管影响的可能性高的情况下，固定配件间的距离过长， 可能发生横向不稳定的情况(柱压曲) c )为了防止耳朵皮和活接头的泄漏，配管需要过大的横向位移的情况，10.5.5架空铺设的配管的热膨胀量超过100mm的情况下，延长配管， 管道不得不滑动到机架南朝梁下的10.5.6所有心脏支架在设备中固定使用时，必须提出设备专用焊接条件的10.5.7负荷大的心脏支架各就各位，事先联系有关专业设计人员，提出心脏支架的位置、标高和负荷情况的10.5.710.5.9安全阀出口管线的