《管道应力分析11》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管道应力分析11（3页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、管道应力分析管道设计中在满足工艺要求的同时，还应使管道的设计既经济合理又安全可 靠，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。 一管道应力分析的任务：压力、重力、风、地震、压力脉冲、冲击等外力载荷和热膨胀的存在，是管 道产生应力问题的主要原因，其中，热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常 见和主要的问题。一般来讲，管道应分析可分为静力分析和动力分析两部分。静力分析指在静 力载荷作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范 的要求。动力分析则主要是指往复式压缩几和往复泵管道的振动分析、管道的地 震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的振动分析，其目的是使地震和振动的影响 得到有效控制
2、。1管道静力分析的任务：a. 计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求，保证管道自身的安全（包 括防止法兰泄漏）；b. 计算管道对其相连的机器、设备的作用力，并使之满足标准规范的要求， 保证机器、设备的安全；c. 计算管道对支吊架和土建结构的作用力，为支吊架和土建结构的设计提供 依据，保证支吊架和土建结构的安全；d. 计算管道位移，防止位移过大造成管道托座脱落或管道碰撞，并为弹簧支 吊架的选用提供依据。2管道动力分析的任务：a. 管道的地震分析，防止管道在地震中发生破坏；b. 往复式压缩机和往复泵管道的固有频率和振型分析，防止管道系统发生机 械共振；c. 往复式压缩机管道的强迫振动分析，控制管
3、道的振动应力，防止管道因振 动发生疲劳破坏；d. 往复压缩机管道气体压力脉动的声学模拟分析，计算管内气体的气柱固有 频率和压力脉动，避免气柱共振和压力脉动过大，从而防止管道振动过大；e. 水锤、安全阀泻放荷载和两相流所产生的支架荷载计算，为支架和土建结 构的设计提供依据。二管道应力分类：虽然管道的相关标准中没有明确给出应力分类的定义，但根据应力校核准则 可以看出，实际上管道应力校核中，根据应力的载荷不同，将应力划分为一次应 力和二次应力两大类。一次应力：由于压力、重力与其他外力荷载的作用所产生的应力。它是平衡 外力荷载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。一次应力的特点是没有自限性， 即当管道内
4、的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变的机构时，即使外力 荷载不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。二次应力：由于热胀、冷缩、端点位移等荷载的作用所产生的应力，它不直 接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必须的应 力。二次应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条 件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。一般来讲，只要不反 复加载，二次应力不会导致管道破坏。也就是说，二次应力引起的主要是疲劳破 坏。当然，当位移荷载极大，局部屈服或小量变形不足以使位移约束条件或自身 变形连续要求得到满足时，管道也可能在一次加载过程中就发
5、生破坏。 三确定需进行详细应力分析的管道：确定哪些管道需要进行详细的应力分析，是管道应力分析的一项重要的内 容。所有管道都进行详细的应力分析，显然不现实，也没有必要。但如果进行详 细应力分析的管道过少，则可能漏掉某些重要管道，造成安全隐患。因此恰到好 处地确定需进行详细应力分析的管道非常必要。管道是否需进行详细的应力分 析，一般与管径、温度、管系形状和所连接的设备有关。但由于管内介质的危害 程度、配管标准规范的完善程度和配管设计人员的经验水平都对管道是否需进行 详细应力分析具有重要影响，因此不同行业、不同工程公司以至于不同设计项目 对哪些管道需要进行详细应力分析也有不同的规定。在工业金属管道设
6、计规范（GB50316-2000）中对管道柔性计算的范围和方法做出了如下规定：1）管道的设计温度小于或等于-50C或大于等于100C，均应为柔性设计的 范围。2）对柔性计算的公称直径范围应按设计温度和管道布置的具体情况在工程 设计时确定。3）第 1）条所述条件以外的，且符合下列条件之一的管道，应列入柔性计算的范围：a. 受室外环境温度影响的无隔热层长距离的管道；b. 管道端点附加位移量大，不能用经验判断其柔性的管道；c. 小支管与大管连接，且大管有位移并会影响柔性的判断时，小管应与大管同时计算。4）具备以下条件之一的管道，可不做柔性分析：a. 该管道与某一运行情况良好的管道完全相同；b. 该管
7、道与已经过柔性分析合格的管道比较，几乎没有变化。5）柔性计算方法应符合下列规定：a. 对于与敏感机器、设备相连的或高温、高压或循环当量大于 7000（笔者认为应是在使用年限内）等重要的以及工程设计有严格要求的管道，应 采用计算机程序进行柔性计算；b. 对于简单的L型、n型、Z型等管道，可采用表格法、图解法等验算，但所采用的表和图必须是经过计算验证的；c. 无分支管道或管系的局部作为计算机柔性计算前的初步判断时，可采用 简化的分析方法。由于工业金属管道设计规范是一般标准，对如何确定需进行详细应 力分析的管道，只在某些方面做出了原则性的规定，对于细节并未做出具体 规定，因此可操作性有限。因此要想解
8、决这一问题，需冶金行业和我公司的 标准在参考上述规定的基础上，进一步做出具体的规定，如：压缩机进出口 管道、透平进出口管道及荒煤气管道等。四进行详细的应力分析：首先根据管道的设计参数（管径、压力、操作荷栽、温度、支吊架形式等） 在应力计算软件中建立管道模型进行计算，若管道一次应力、二次应力不合格或 管道对支架推力过大，则应根据情况采取措施增加管道的柔性，直至应力和推力 合格为止。五增加管道柔性的方法：在管道设计中增加管道柔性的主要方法有：改变管道的走向（包括设置n型弯）、选用波纹管补偿器和弹簧支吊架。在条件允许的情况下，应首先考虑采用 改变管道走向和选用弹簧支吊架的方法来增加管道柔性。一般来讲，当两固定点位置一定时，增加管系的长度可以增加管道的柔性； 管系在某一方向过于刚硬时，增加与其垂直方向的管道长度可减小管系的刚度。 选用弹簧支吊架可使吊架处存在垂直位移，从而将约束放松，增加管系的柔性。 当管径较大，场地受到限制且所需补偿量较大时，可考虑采用波纹管补偿器来增 加管道柔性。
管道应力分析11
