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1、第32卷第3期辽 宁 化 工Vol.32,No.32003年3月LiaoningChemicalIndustryMarch,2003化工设计中的管道应力分析12许文欣,张 强(1.盘锦辽河规划设计院,辽宁盘锦124021;2.盘锦华锦集团生产管理部,辽宁盘锦124021)摘 要:介绍了化工设计中管道应力分析的重要性、应力分类、哪些管道需要进行应力分析以及管道应力分析的主要内容,提出了改善管系受力状况的几种方法。关 键 词:应力分析;计算;载荷;设计;化工+中图分类号:TH123.4文献标识码:A文章编号:10040935(2003)03011703水
2、冲击和安全阀动作冲击等荷载而产生的应力均1 前 言属一次应力。近20年来,管道设计技术逐渐为人们所重2.2 二次应力视,并取得了较大进展,管道应力分析与计算是管二次应力是指由于热胀、冷缩和其它位移受道设计的基础,它研究管道在各种荷载作用下产到约束而产生的应力。生的力、力矩和应力,从而作出对于管道安全性的二次应力的特征是有自限性的,它不直接与评价,使设计的管道尽可能经济合理。目前管道外力平衡,当载荷超过材料的屈服极限时,由于管应力分析在安全生产、优化设计、节约材料等方面道局部的屈服和产生少量塑性变形就能使应力降起到了很大的作用,并已在石油、化工、电力等燃低下来,
3、这时应力重新分布,使材料的应变达到自化工业管道设计中占据了十分重要的位置。均衡。2.2 峰值应力2 应力分类峰值应力是管道或附件由于局部结构不连续管道在内压、持续外载以及热胀、冷缩和其它或局部热应力效应(包括局部应力集中)附加到一位移等载荷作用下,其最大应力往往超过材料的次应力或二次应力的增量。它的特点是不引起显屈服极限,使材料在工作状态下发生塑性变形,另著的变形,而且在短距离内从它的根源衰减,它是外高温管道的蠕变和应力松弛,也将使管系上的一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因。管道www.bzfxw.com应力状态发生变化。对于不同种类的应力应当区附件上小半径
4、圆角处、焊缝未焊透处的应力,均属别对待,根据它可能产生的效应和对于破坏所起于峰值应力。的作用不同,给予不同的限定。管道上的应力,一3 需要进行应力分析的管道般分为一次应力、二次应力和峰值应力三类。并非所有管道都要进行详细的应力分析,一2.1 一次应力般管道已具有较好的柔性,不需进行详细的应力一次应力是指由于外加荷载,如压力和重力分析和计算,或只需简化计算,只有下述管道在设等作用而产生的应力。计时要进行严格的应力计算和分析:一次应力的基本特征是非自限性的,它满足(1)对于汽轮机进、出口连接管道,离心式压与外加荷载的平衡关系,始终随所加荷载的增加而增加,当其值超过
5、材料的屈服极限时,管道就发 收稿日期:2002211222生塑性变形而破坏。管道承受风载荷、地震载荷、 作者简介: 许文欣(1971-),女,工程师。©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 辽 宁 化 工 1182003年3月缩机进、出口连接管道,往复式压缩机进、出口连σCσ,h-热态和冷态管材的许用应力;接管道;f-在全部工作年限内,根
6、据管道伸缩的总循环次数确定的应力降低系数(2)对泵进、出口连接管道,当公称直径等于当一次应力小于许用应力值,其剩余部分可或大于100mm、温度等于或高于230℃或者等于加到上式中的0.25σh项内,增大热胀许用应力范或低于-20℃时,或泵接管口尺寸比管道直径围的数值。小;(3)计算管道对设备的作用力,防止作用力(3)与炉子连接的管道,当公称直径等于或太大,保证设备正常运行。设备管嘴受力不应超大于150mm,温度等于或高于230℃时;(4)与空冷器连接的管道,当公称直径等于过制造厂提供的允许值,对离心泵、加热炉、空冷器等设备管嘴允许受力的最严格标准为美国石油或大
7、于150mm,温度等于或高于120℃时;(5)对于一般管道,有下列情况之一的需进学会标准(API),蒸汽轮机管嘴受力的最严格标准为美国电气制造商协会标准(NEMASM23),计算行应力分析和计算:时可参照执行。1)温度高于或等于340℃的所有管道;(4)计算管道支吊架受力,为支吊架设计提2)所有冷箱(整体冷装置)的管道;供依据。3)公称直径等于或大于150mm且温度等于(5)计算管道上的法兰受力,防止法兰泄露。或高于230℃或者温度等于或低于-20℃的;据一般经验,管道上法兰处的应力(不计内压产生4)所有衬里的管道(脆性材料衬里);的管道应力)应控制在70MP
8、a以下,进一步较为5)所有由工艺专业提
