空分装置中压蒸汽管道的设计(修改稿)

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1、空分装置中压蒸汽管道的设计3热应力分析与管道设计的优化通过对管道应力的分析，可以发现配管存在的问题，从而优化管道设计。下面介绍在设计汽轮机中压蒸汽管道时，怎样应用应力分析软件，对设计的管道进行应力分析，并调整管道走向，增加管系柔性，优化管道设计。管道的应力分析包括一次应力分析和二次应力分析。管道承受持续外载作用产生的应力为一次应力。管道由于热胀冷缩等二次应力荷载的作用而产生的应力为二次应力。一次应力通常用于计算安装载荷。本文重点分析二次应力。按照规定，管道的二次应力SE不得超过许用应力SA，即：SE≤SA=1.25SC+0.25

2、Sh式中：SC—管子材料在20℃时的许用应力，MPa；Sh—管子材料在设计温度下的许用应力，MPa。对于选定的碳钢管道，在20℃时的许用应力SC为113.0MPa，在370℃时的许用应力Sh为92.0MPa，所以4.0MPa、370℃时，碳钢管道的许用应力SA＝164.25MPa。应力分析步骤：根据管道平面布置，从空分装置界区到汽轮机进口的蒸汽管道很长，先根据经验设置了5个固定点，将管道分为4部分，每2个固定点间为1段，再画出三维轴测应力分析图，用应力分析软件D0271计算，并将计算的二次应力SE与SA进行比较。如果管道的二次应

3、力SE超过运行温度下碳钢管道的许用应力SA，则需重新调整管道走向。只有当SE≤SA且管系对汽轮机管口的推力、力矩等小于汽轮机管口受力限定值（该值由汽轮机厂商提供）时，管系和汽轮机才被认为是安全的。限于篇幅，本文重点分析汽轮机进口与其前一个固定点之间的管段。根据现场按管路最短方式布置，作出了汽轮机进口与前一个固定点之间的管段接点图，如图1，管道规格为ф168.3mm×11.0mm（公称直径DN150）。由汽轮机厂商提供的进汽管口受力限定值：进汽法兰最大允许位移为X=4.55mm，Y=0.65mm，Z=-4.1mm；最大允许力为：F

4、X=-2.3kN，FY=5.5kN，FZ=4.5kN；最大允许力距为：MX=3.5kN·m，MY=1.6kN·m，MZ=1.6kN·m。5图1优化前管道走向经过应力软件D0271计算，管系两端点的力与力矩结果见表1。表1优化前管系端点力和力矩点北向力FN/N向上力FU/N东向力FE/N北向力矩MN/N·M向上力矩MU/N·M东向力矩ME/N·M51157.-252.-1557.503.6560.234.45-1157.1207.1557.-3888.-1870.-1691.注：上表中点5为管道固定点；点45为汽轮机蒸汽管口。各点

5、的位移、力矩和二次应力结果见表2。表2优化前管系各点的位移、力矩和二次应力点北向力FN/N向上力FU/N东向力FE/N北向力矩MN/N·M向上力矩MU/N·M东向力矩ME/N·M应力S/kPa50.000.000.00503.6560.234.32785.102.350.002.81-1010.-382234.5502.102.350.002.81-1010.-382234.5502.15A4.330.665.23-1034.-6364.234.32132.15A4.330.665.23-1034.-6364.234.52700

6、.154.280.825.29-679.-6629.499.54579.20A4.121.225.07658.-6629.1492.33997.20A4.121.225.07658.-6629.1492.55758203.961.274.901014.-6273.1756.53846.252.360.002.131014.-945.1740.11079.252.360.002.131014.-945.1740.11079.30A0.74-1.67-1.011014.4429.-2429.25659.30A0.74-1.67-1.

7、011014.4429.-2429.42084300.49-1.75-1.06738.4521.-2705.43451.35-0.22-1.75-0.36-1063.2795.-2705.2008240A-0.43-1.73-0.09-1753.2134.-2705.19253.40A-0.43-1.73-0.09-1753.2134.-2705.3157740-0.52-1.61-0.01-1673.1870.-2440.28591.45-0.460.06-0.413888.1870.1691.23077.注：上表中“点”表示

8、管系中管道的支撑点和转弯点，与图中标注的序号一致。5由上述结果得知，应力最大的点是20点（弯头），为55.758MPa，小于4.0MPa、370℃时碳钢的许用应力164.25Mpa(SA)，因此管道的热应力符合要求。但第45点汽轮机蒸汽进口力矩MX（3888N·