管道應(yīng)力分析及計(jì)算

1、管道應(yīng)力分析主題、工業(yè)管道材料設(shè)計(jì)和應(yīng)力分析技術(shù)的高級培訓(xùn)，一、管道應(yīng)力分析的目的1、保證管道應(yīng)力在規(guī)范的允許范圍內(nèi)的管道系統(tǒng)的整體安全2、使動(靜)設(shè)備的水口負(fù)荷符合廠家和公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，可以長期穩(wěn)定運(yùn)行3、為結(jié)構(gòu)和各種支撐提供設(shè)計(jì)負(fù)荷4、 確定管道熱位移和各種沖擊載荷引起的管道位移5、解決管道動力學(xué)問題：機(jī)械振動、脈動、安全閥排出等6、優(yōu)化管道設(shè)計(jì)2、管道應(yīng)力分析基礎(chǔ)知識2.1、應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)力狀態(tài)2.2、材料機(jī)械性能2.3、強(qiáng)度理論2.4、管道變形基本形式2.5、管道中的應(yīng)力狀態(tài)2.6、 管道應(yīng)力分類2.6.1、應(yīng)力分類檢查遵循的原則2.6.2、管道應(yīng)力分析中的應(yīng)力分類2.6.3、管道應(yīng)力分

2、析中一次和二次應(yīng)力超過基準(zhǔn)的原因2.7、管道應(yīng)力分析遵循的基準(zhǔn)3、管道的柔性設(shè)計(jì)3.1、柔性定義和柔性設(shè)計(jì)的方法和目的a )定義b 端點(diǎn)位移為3.2、是否進(jìn)行詳細(xì)柔性設(shè)計(jì)的判別方法a )應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)柔性設(shè)計(jì)的配管b )不進(jìn)行詳細(xì)柔性設(shè)計(jì)的配管c )判別式的使用方法和注意事項(xiàng)3.3、配管的熱補(bǔ)償3、配管的柔性設(shè)計(jì)3.4、應(yīng)力增大因子3.5、柔性分析方程式3.6、彈性模數(shù)的溫度變化效果4.2、計(jì)算重要輸油管道的壁厚。 4.3包括特殊管道應(yīng)力分析，4.4檢查計(jì)算動力設(shè)備(機(jī)械泵、空冷器、穿透平等)噴管所受力，4.5機(jī)架設(shè)計(jì)，4.6審查供應(yīng)商文件，4.7制定有關(guān)規(guī)定，4.8制定應(yīng)力分析和機(jī)架設(shè)計(jì)工程規(guī)

3、定，4.9培訓(xùn)本專門人才質(zhì)量及人工控制4.10、參加現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)5、管道機(jī)械專業(yè)(應(yīng)力分析)中常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格1、GB50316-2000工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)格2、HG/T20645-1998化工裝置管道機(jī)械設(shè)定規(guī)定3、SH/T3041-2002石油化學(xué)工業(yè)企業(yè)管道柔性設(shè)計(jì)規(guī)格4 GB150鋼制壓力容器5、JB/T8130.1-1999定壓彈簧支撐晾衣架6、JB/T8130.2-1999可變彈簧支撐晾衣架7、GB 50251-2003導(dǎo)氣管設(shè)計(jì)規(guī)范8、GB 50253-2003導(dǎo)氣管設(shè)計(jì)規(guī)范9、ASME/ansi b 31.1-電源管道1.0、ASME/ansi b 31.3流程管道1.1、ASM

4、E/ansib 31.4質(zhì)量傳輸和分布式管道系統(tǒng)1.2、asme/ansib 31.8 gastransmissionanddistributionpipingsystems 1.3、API610 -離心泵1.4、NEMA SM23 -透平機(jī)1.5、API617 -離心式壓縮機(jī)1.6、API618 -往復(fù)式壓縮機(jī)1.7、API661 -空冷器B31.1、APIRP520 -安全閥、爆破膜、6、工程設(shè)計(jì)階段管機(jī)專業(yè)任務(wù)6.1、初步設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段制定工程設(shè)計(jì)規(guī)定(應(yīng)力分析、支架設(shè)計(jì)) (四級簽名) (2)參加設(shè)備配置工作(3)應(yīng)力分析和做評估主要輸油管道流程。6.2、在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段修改工程設(shè)計(jì)

5、規(guī)定(應(yīng)力分析、支架設(shè)計(jì)) (四級簽名)制作重要輸油管道的壁厚計(jì)算、特殊接頭的應(yīng)力分析臨界輸油管道表(三級簽名)應(yīng)力分析輸油管道表靜力分析應(yīng)力分析(三、四級)的動力分析臥式容器固定端確定， 立式設(shè)備支耳高程確定支管加固計(jì)算動力設(shè)備包括載荷檢驗(yàn)(四級)、茄克衫(蒸汽、熱油、熱水)計(jì)算(包括端部強(qiáng)度計(jì)算、內(nèi)部導(dǎo)葉定位、云同步應(yīng)力分析管道的全部內(nèi)容)的往復(fù)式壓縮機(jī)、往復(fù)泵動力分析(四級)安全閥、爆破膜釋放反作用力計(jì)算結(jié)構(gòu)， 建筑負(fù)荷條件設(shè)備噴嘴負(fù)荷，焊錫前條件彈簧斯坦共和國購入MR文件和彈簧斯坦共和國技術(shù)數(shù)據(jù)表制作柔性零配件(膨脹節(jié)、軟管等)購入MR文件和技術(shù)數(shù)據(jù)表，6.3，各文件應(yīng)包含的內(nèi)容：工程

6、規(guī)定內(nèi)容a，適用范圍b， 概要c .設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)d .計(jì)算程序(軟件) e、設(shè)計(jì)溫度、壓力、設(shè)置溫度(環(huán)境溫度)、壓力f .設(shè)計(jì)載荷風(fēng)壓值地震的地震烈度雪荷載土壤力學(xué)性質(zhì)g、臨界輸油管道表決定標(biāo)準(zhǔn)(哪些輸油管道應(yīng)進(jìn)行怎樣的應(yīng)力解析) h、計(jì)算和安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)I .應(yīng)力解析工作流。 j、其他壁厚計(jì)算a、當(dāng)量b、當(dāng)量t的確定必須綜合考慮破壞理論、疲勞、熱應(yīng)力和材料特性等因素。 c、外壓直管的壁厚應(yīng)用GB150中規(guī)定的方法確定。 d、其他配件(y型三通、節(jié)流孔等)根據(jù)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(GB50316-2000 )式進(jìn)行化學(xué)基計(jì)算。 臨界尺輸油管道： D0管外徑(mm) Y管段總位移(mm) Y=(X2 Y

7、2 Z2)1/2 L管段的兩個固定點(diǎn)的展開長度(m) (AB BC CD) U管段的兩個固定點(diǎn)的直線距離(m) (AD之間的直線距離) (ASME/依據(jù)ANSI B31.1及B31.3 )式的適用范圍a、靜力分析包含的內(nèi)容a )一次應(yīng)力計(jì)算和評定管的塑性形變破壞防止. b )二次應(yīng)力計(jì)算和評定疲勞破壞防止。 c )設(shè)備噴嘴受力計(jì)算(及評定)力過大，保證設(shè)備正常工作。 d )支撐點(diǎn)的受力計(jì)算為晾衣架設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 e )管道上的耳朵皮受到力，防止耳朵皮泄漏。 f )兩相流和液體沖擊載荷的計(jì)算，為分岔晾衣架和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 b、動力分析中包含的內(nèi)容a )配管固有頻率分析防止共振。 b )管

8、道的強(qiáng)迫振動響應(yīng)分析控制管道的振動和應(yīng)力。 c )往復(fù)式壓縮機(jī)(泵)氣(液)柱頻率分析防止氣柱共振。 d )往復(fù)式壓縮機(jī)(泵)壓力脈動分析控制壓力脈動值(值)。c、動力分析點(diǎn)b )機(jī)械的動平衡誤差修正基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、c )減少脈動和氣柱共振的方法：1)增大緩沖罐，基于API618計(jì)算緩沖罐的體積，一般使其為氣缸容積的1.0倍以上，使緩沖罐盡可能接近出口2)2臺或3臺壓縮機(jī)的集成截面積至少是進(jìn)口管截面積的3倍，以防止柱塞流的沖擊力增加。 3 )節(jié)流孔的振動將節(jié)流孔放入緩沖罐的出口。 孔徑大?。嚎装搴穸?35mm孔板的位置可以是大緩沖罐的進(jìn)出口，d )減少激振力減少彎頭、三通、異徑管等管。 改9.0。

9、是彎頭4.5。 彎頭。 e )改變線路的固有頻率，遠(yuǎn)離激振力頻率。 (1)諧振區(qū)域、放大率W1的固有頻率(角頻率) W0的激勵頻率(角頻率)通常應(yīng)該避開W1為0.8W0 1.2W0的區(qū)域，在工序中避開0.5W0 1.5W0的范圍振幅更小。 (2)通常W1為W0 (壓縮機(jī)的吸入或吸入頻率)的1.2倍以上，設(shè)計(jì)時優(yōu)選為1.5倍以上。 (3)激振力頻率n=旋轉(zhuǎn)/分壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，(4)控制壓力脈動，注：前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)(5)臥式容器固定端和立式設(shè)備支耳標(biāo)高提高了配管的靈活性，減少了位移量，避免對設(shè)備噴嘴的推力過大。支管加固計(jì)算減少局部應(yīng)力等面積，加固WRC329，確定支耳標(biāo)高，移動設(shè)備噴嘴行政許可載荷檢查A

10、PI 610的API 617； NEMA SM 23； API 661。 往復(fù)式泵動力分析安全閥、爆破膜釋放反作用力計(jì)算(參照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算計(jì)程儀程序) ANSI/B 31.1 (瓦斯氣體) API RP 520 (氣體、空氣混合)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷條件： F1000Kgf、M750Kgf Bf Bf梁翼寬。 提出條件建成土建：考慮沉降量的儲罐抗震措施。 管端構(gòu)造、安全閥和爆破片設(shè)備的管口負(fù)荷和焊接前條件，是為設(shè)備的專業(yè)驗(yàn)證為局部應(yīng)力和設(shè)計(jì)制作的彈簧架采購MR文件和彈簧架技術(shù)數(shù)據(jù)表的選定、負(fù)荷、位移串聯(lián)或最大負(fù)荷下選擇彈簧位移，在最大位移量下并行選擇同型號的彈簧，負(fù)荷平均分配負(fù)荷變化率的國標(biāo)2.5 (可變)

11、 編制了MR文件和柔性技術(shù)數(shù)據(jù)表，購置了拉斯特設(shè)備噴管負(fù)荷能力表，七、管道應(yīng)力分析中的特殊問題7.1、茄克衫應(yīng)力分析7.2、埋管應(yīng)力分析7.3、高壓管道應(yīng)力分析8、有限單元法在管道應(yīng)力分析中的應(yīng)用9、管道應(yīng)力分析計(jì)程儀9.1， CAESAR II軟件的應(yīng)用9.2，AUTOPIPE軟件的應(yīng)用，十，管道支撐通訊端口設(shè)計(jì)10.1，管道支撐通訊端口的分類和定義根據(jù)支撐通訊端口的作用分為三類。 1 )承重臺：承受管道重力和其它垂直向下載荷的支承臺(包括可調(diào)整的支承臺)。 a )滑架：在支承點(diǎn)的下方支承的包圍曝光除了垂直方向的支持力和水平方向的摩擦力以外沒有阻力。 b )彈簧座：包括定力彈簧座和可變彈簧座

12、。 c )剛性晾衣架：在支承點(diǎn)的上方承受管的重力和其他垂直向下的負(fù)荷，動臂處于拉伸狀態(tài)。 d )滾動包圍曝光：采用支重輪支撐，摩擦力小。 晾衣架，2 )約束包圍曝光：阻止、限制或控制管道系統(tǒng)位移的包圍曝光(包括可調(diào)擋塊)。 a )導(dǎo)向信息幀：是使管僅沿軸向移動的包圍曝光，阻止彎曲力矩和扭矩引起的旋轉(zhuǎn)。 b )限位包圍曝光：限位包圍曝光起到限制紗線位移的作用。 在限制的軸線上，至少有一個方向受到限制。 c )固定值限位器：將管在任意軸線上的位移限制為所需值稱為固定值限位器。 d )支架：限制管道的所有位移。 3 )減振信息幀：控制或減少因重力和熱脹冷縮作用以外的力(材料的沖擊、機(jī)械的振動、風(fēng)力、

13、地震等外部負(fù)荷等)產(chǎn)生的管道振動的信息幀。 減振信息幀有彈簧、液壓和機(jī)械三種類型。10.2、管道搖鏡頭和導(dǎo)程1 )管道搖鏡頭強(qiáng)度和剛度兩個控制a )力學(xué)模型強(qiáng)度條件：水平直管連續(xù)敷設(shè)的允許搖鏡頭強(qiáng)度條件是管道最大豎向應(yīng)力不可超過設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力。 b )配管搖鏡頭計(jì)算c )不考慮內(nèi)壓最大容許搖鏡頭d )內(nèi)壓最大容許搖鏡頭e )大徑薄壁配管、10.2、配管搖鏡頭和導(dǎo)向節(jié)距2 )導(dǎo)向節(jié)距： a )水平配管b )垂直配管的最大導(dǎo)向節(jié)距大致是保溫管以不填充水的水平配管斯坦共和國節(jié)距被卷起。10.3、決定管道支撐通訊端口位置的點(diǎn)10.3.1承重傳感器通訊端口的距離必須小于或等于支撐通訊端口的最大

14、間隔。 10.3.2應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有土建結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行支撐和用走廊的梁柱進(jìn)行支撐。 在10.3.3垂直管段的彎頭附近或垂直管段的重心以上制作承重臺，垂直較長時，可在下部增設(shè)導(dǎo)向臺(負(fù)荷較大時，可采用彈簧承受部分負(fù)荷)。 在10.3.4集中荷載大的管道元件附近設(shè)置承重架。 盡可能減小10.3.5設(shè)備交接的力度。 當(dāng)心臟支架靠近接收管時，接收管不會產(chǎn)生大的熱脹冷縮力矩。 考慮到10.3.6維護(hù)方便，拆卸管段時最好不要制作臨時包圍曝光。10.3.7心臟支架的位置和類型要盡量減小力對被發(fā)部件的不良影響。 10.3.8配管支撐吊材必須設(shè)置在彎管和大徑三方式分支管附近。 3.9對于需要詳細(xì)計(jì)算應(yīng)力的管道，

15、應(yīng)根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)心臟支架10.3.10。 必須在敏感設(shè)備(泵、壓縮機(jī))附近設(shè)置彈簧心臟支架，以防止設(shè)備口承受過大的管道負(fù)荷，10.3.11往復(fù)式壓縮機(jī)的吸入或排出管道以及其他具有較強(qiáng)振動的管道，應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的基礎(chǔ)支撐，避免振動傳遞到建筑物。 1.0.3 .除了1.2振動配管以外，必須盡量將建筑物、構(gòu)筑物的梁柱作為支架的固定點(diǎn)利用，必須考慮固定點(diǎn)受到的負(fù)荷。 定影點(diǎn)的結(jié)構(gòu)可以滿足定影材料的要求。 10.3.13管道支撐通訊端口晾衣架必須設(shè)置在不妨礙管道和設(shè)備連接和檢查的部位。 10.4、管道布置過程中考慮支撐通訊端口位置的10.4.1管道流動首先應(yīng)滿足安全生產(chǎn)、技術(shù)要求，操作方便，安裝和維護(hù)

16、方便。 10.4.2管子盡量集中配置，排成一列，便于制作聯(lián)合心臟支架，盡量減少分散獨(dú)立設(shè)置的柱架。 成為云同步的漂亮地。 10.4.3配管的配置，應(yīng)靠近為了其他目的而建造的建筑物，沿著建筑物的墻壁、柱子進(jìn)行配置。 或者，為了用南朝梁和柱子支撐，沿著平臺下面鋪設(shè)。 在裝配10.4.4管道時，應(yīng)使各管道的被支撐面對齊，即水平管道的支撐底面與不保溫管道的管底對齊，垂直管道的支撐底面與不保溫管道的管底對齊，設(shè)計(jì)支撐臺。 采用10.4.5彈簧座或晾衣架時，管與發(fā)件之間必須有一盞茶空間。10.5、管道支撐通訊端口晾衣架的選擇原則： 10.5.1管道支撐通訊端口晾衣架的選擇，必須根據(jù)通訊端口點(diǎn)承受的載荷大小

17、和方向、管道位移情況、工作溫度、保溫還是保溫、管道材質(zhì)等條件選擇合適的薩通訊端口晾衣架，在管道架設(shè)的時機(jī)， 應(yīng)采取措施防止冷橋發(fā)生的10.5.2在設(shè)計(jì)管道支撐通訊端口晾衣架時，應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)的管道卡、管道支撐通訊端口、管道支撐通訊端口10.5.3以下時，不得采用焊接型的管道支撐和管道吊： a )管道內(nèi)介質(zhì)溫度在400以上的碳鋼材質(zhì)的管道b ) 低溫配管c )合金鋼材材質(zhì)的配管d )生產(chǎn)中需要經(jīng)常分解檢查的配管，e )架空敷設(shè)難以施工的配管f )襯管(金屬制的除外。 (g )需要熱處理的配管(消除應(yīng)力) 10.5.4為了防止配管的過大橫向位移和沖擊負(fù)荷，一般來說，為了保證配管僅在軸向位移，在以下位置設(shè)置導(dǎo)管的b )橫向位移對鄰接的配管影響的可能性高的情況下，固定配件間的距離過長， 可能發(fā)生橫向不穩(wěn)定的情況(柱壓曲) c )為了防止耳朵皮和活接頭的泄漏，配管需要過大的橫向位移的情況，10.5.5架空鋪設(shè)的配管的熱膨脹量超過100mm的情況下，延長配管， 管道不得不滑動到機(jī)架南朝梁下的10.5.6所有心臟支架在設(shè)備中固定使用時，必須提出設(shè)備專用焊接條件的10.5.7負(fù)荷大的心臟支架各就各位，事先聯(lián)系有關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員，提出心臟支架的位置、標(biāo)高和負(fù)荷情況的10.5.710.5.9安全閥出口管線的