管道应力分析主要内容及要点.doc

管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支 承或端点附加位移造成应力问题。 ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。它 们是子 ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。 每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来 的，如下所列： B31.1 压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分 区的供热和供冷系统中的管道。 B31.3 工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相 关的工艺流程装置和终端设备中的管道。 B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调 节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。 B31.5 冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道 B31.8 气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器） 间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。 B31.9 房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住 宅内的管道，但不包括 B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。 B31.11 稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含 水稀浆的管道。 管道应力分析的主要内容 一、管道应力分析分为静力分析 析 1.静力分析包括： 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算一一防止疲劳破坏； 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据： 5)管道上法兰的受力计算一防止法兰汇漏。 2.动力分析包括： 1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振： 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3)往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振； 4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 二、管道上可能承受的荷载 (1)重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等 (2)压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； (3)位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； (4)风荷载； (5)地震荷载； (6)瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击： (7)两相流脉动荷载； (8)压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动； (9)机械振动荷载：如回转设备的振动。 载荷补充： 1：压力荷载： 内压和外压： 内压：管壁上产生环向拉应力和纵向拉应力。其环向拉应力约为纵向拉应力的一半。 外压：管壁上产生环向压应力和纵向压应力。（外压出现的情况比较少） 2：持续外荷载： 包括：管道的基本荷载（管子及其附件的重量，管内介质的重量和管外保温的重量 ）、支 吊架的反作用力、以及其他集中和均布的持续荷载。持续外荷载可使管道产生弯曲应力．扭 转应力，纵向应力和剪应力。压力荷载和持续外荷载宰管道上产生一次应力，其特征是非自 限性的。即应力随着荷载的增加而增加，当管道产生塑性变形时，荷载并不减少。 3：热胀和端点位移： 管道由安装状态过渡到运行状态，由于管内介质的温度变化，管道产生热胀或冷缩使之 变形。与设备相连的管道，由于设备的温度变化而出现端点位移，端点位移也使管道变形。 这种变形使管道承受弯曲、扭转、拉伸和剪切等应力。属于二次应力，其特征是自限性的。 当局部超过屈服极限而产生塑性变形时，可时应力不再成比例的增加 ，而限定在某个范围内。 当温度恢复到原始状态时，则产 向的应力。 4：偶然性荷载 包括风雪荷载、地震荷载、水冲击以及安全阀动作而产生的冲击荷载。这些荷载都是偶然发 生的临时荷载，而且不致同时发生。而一般静力分析中，不考虑这些荷载。 对于大口径，高温，高压，剧毒，可燃、易爆介质的管道应加以核算。 偶然荷载与压力荷载、持续外荷载组合后，允许达到许用应力的 1.33 倍。 4．管道应力分析的目的 1)为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值； 2)为了使与管系相连的设备的管口荷载在制造商或国际规范（如 NEMA SM-23、API-610、 API-6 17 等）规定的许用范围内； 3)为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll 的允许范围内； 4)为了计算管系的支架和约束的设计荷载； 5)为了进行操作工况碰撞检查而确定管子的位移量； 6)为了优化管系设计。 5．管道柔性设计方法的确定 一般说来，下述管系必须利用应力分析软件（如 AUTOPIPE）通过计算机进行计算及分析。 1)与贮罐相连的，公称管径 12”及以上且设计温度在 100 度