CAESARⅡ软件在水煤气变换管道设计中的应用-论文.pdf

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1、一38一ZHEJIANGCHEMICALINDUSTRYVo1．45No．7(2014)CAESARⅡ软件在水煤气变换管道设计中的应用郑四仙(浙江工程设计有限公司，浙江杭州3lO0o2)摘要：介绍了管道应力分析的必要性。用CAESARII软件对水煤气变换过程中从变换塔到挟热器的管道进行应力分析计算与优化，并总结了使用CAESARII软件进行管道应力分析的注意点。关键词：管道应力；CAESARlI软件；计算与优化文章编号：1006—4184(2O14)7—0042—04随着现代工业技术的El新月异，化工装置规管道自身重力、压力等外力荷载，端

2、点的附加位模越来越大，管道的压力、温度、管径和壁厚也相移、管道支承设置不当等因素。基于以上原因若处应不断提高，因此管道的设计安全越来越受到重理不当往往会造成：(1)管道应力过大引起金属疲视。管道应力分析是管道工程设计的基础，是保证劳或管道推力过大造成支架破坏；(2)管道连接处装置安全运行的一种重要方法。产生泄漏；(3)管道推力或力矩过大，使与其连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运1管道进行应力分析计算的目1的行田。所以，必须使管道系统具有足够的柔性，从而在水煤气变换过程中，管道具有温度高的特避免上述情况的发生。点(最高温度可达3

3、50℃)。在管道设计过程中，对于高温管道，目前，国根据公式：内外大部分工程公司均采用CAESARII软件对管道进行应力分析[31。该软件是由美国COADE公司AI=al(t,一^)研发的压力管道应力分析的专业软件，它既可以式中，△2为温度变化时管长的变化量(m)；进行静态分析，也可进行动态分析。CAESARⅡ向O／为管道的线性膨胀系数(m／m·℃)，只与温度有用户提供完备的国际上通用的管道设计规范，软关；Z为管长(m)；t1为介质的极值温度(℃)；t2件使用方便快捷。现利用CAESAR11软件就水煤为管道的安装温度(℃)[1l。气变换过程

4、中从变换塔到换热器的管道进行应力由此可知，温度的变化对管道自身长度的变分析，使之符合规范要求。化有直接的影响，且直管段越长其变化值越大。这2实例分析时就要考虑增加管道柔性来吸收来自管道的位移，同时在满足管道柔性要求的前提下，使管道的2．1管道的主要参数长度尽可能短，从而使投资尽可能少。在管道柔性管道介质是变换气，管道的具体参数见表1。设计中，除考虑管道自身的热胀冷缩外，还要考虑设备管口许用荷载满足《化工装置管道机械设计修国日期：2014—06—12作者简介：郑四仙(1963一)，女，浙江杭州人，大学本科，高级工程师，从事化工工艺设计工作。

5、E-mail：kenzhao123@126．com。2014年第45卷第7期浙他一39一技术规定》(HG／T20645．5—1998)的要求，具体见表软件中建立三维模型，单线图见图1。2。假定管道连接的设备管口初始位移为0。表1管道计算参数⋯格，材质mmxmm中325x8A182F3043500．8137l11表2HG／T20645．5中设备管口许用荷载图1管道单线图(方案一)2．2CAESAR+¨软件应力计算2．2．1方案一通过CAESARII软件计算得到管道一次应根据以上条件和管道轴测图，在CAESAR11力、二次应力如表3所示，约束

6、点受力如表4所示。表3管道的一、二次应力从表3可知，该管系的一次应力符合标准规胀位移。而在节点33处设置了刚性支架，阻碍了范的要求，但二次应力不符合标准规范的要求。管道热位移，并通过管系将此力和应力传递到固从表4的计算结果可知，节点15变换塔气体出定支架和相连的设备上，使得连接管道两头的设口和节点80换热器气体进口分别在X方向、Y备管口产生较大的推力和力矩，对设备安全运行方向的推力均超过了50000N；变换塔气体出口的X方向的力矩超过了270oo0N·m，换热器气体进口的Y方向和Z方向的力矩超过了70000N·m，与HG／T20645．5

7、中设备管口许用荷载表(表2)对比，可知两台设备的管口受力和力矩均不符合规范要求。该管道管径、壁厚均较大，造成管道的刚度大，管道运行时的温度较高，因此热胀力对设备管口会产生较大的推力。由于管道冷态和热态工况的温度相差330oC，造成了两种工况下受力相差大。又由于整个管系温度较高，在Y方向和X方向的管道较长，在这两个方向上存在较大的热图2管道单线图(方案二)—．40—．ZHEJIANGCHEMICALINDUSTRYVo1．45No．7(2014)构成了威胁，也造成了支架的过载，所以应在节点将方案一中节点33处的刚性支架改为弹簧支架，33处设

8、置弹簧支吊架。单线图见图2。2．2．2方案二通过CAESAR11软件计算得到管道一次应为了有效解决管道热位移和固定支架过载，力、二次应力如表5所示，约束点受力如表6所示。表5管道的一、二次应力