利用caesarii软件对汽轮机进汽管道进行分析

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1、山东豪迈化工技术利用CAESARII软件对汽轮机进汽管道进行分析闫付鹏，山东豪迈化工技术有限公司摘要：汽轮机进汽管道介质一般为高温高压蒸汽，通过合理的管道走向、支吊架设置、柔性设计可以使其应力在规范的许用应力范围内，同时使汽轮机管口荷载符合制造商的要求或NEMASM23的要求，本文利用应力分析软件CAESARⅡ对汽轮机进汽管道进行应力分析，验证其柔性设计和支吊架设置是否满足NEMASM23和制造厂商给出的受力要求，为汽轮机的安全运行提供理论和数据依据。汽轮机在石化行业应用非常广泛，是装置运行的关键设备

2、，汽轮机是离心式压缩机、往复式压缩机等东设备的主要动力来源，他的主要功能是将余热蒸汽的热能转化成机械动能，汽轮机属于动设备，由于汽轮机转速较高，受力敏感，因此对进气和排气管道的设计有较高的要求，如果管道布置不当，其对汽轮机的作用力超出其所能承受的范围，容易导致汽轮机的机壳产生变形、位移，进而导致定子与转子发生偏心、间隙变化，引起机组及管道系统的强烈震动，有引发事故的危险，影响正常的生产。汽轮机的受力限制一般有制造厂提出或参考美国电器制造商协会标准NEMASM23，本文针对采用CAESARⅡ软件对某项目

3、汽轮机进气高温管道的受力情况进行应力分析，通过柔性设计和设置支吊架，使汽轮机进气管口的受力情况满足汽轮机的受力要求要求，从而保证汽轮机正常安全运行。1NEMASM23对汽轮机管口受力的限制定义机轴的方向为X方向，铅锤直方向为+Y，汽轮机各管口受力必须满足下列各项要求。作用于任一管口上的合力及合力矩应满足以下要求：0.9144FR+MR≤26.689De式中De——当量直径，mm；FR——单个管口上的合力，当接管采用无约束膨胀节时应包括压力产生的作用力（凝汽式汽轮机垂直向下的出口可不考虑膨胀节内压推力）

4、，N；MR——单个管口上的合力矩，N·m。当管口直径小雨或等于200mm时，De=管口公称直径；当管口公称直径大于200mm时，De=管口直径+400）/3。222222FYYYMMMMRxyz；Rxyz式中Fx、Fy、Fy——单个管口上X、Y、Z方向的作用力，NMx、My、Mz——单个管口上X、Y、Z方向的力矩，N·m。1.1进汽口、抽气口和排汽口上的力和力矩合成到排汽口中心处的合力就合力矩应满足以下条件：0.6096Fc+Mc≤13.345De式中Fc——进汽口、抽汽口和排汽口的合力，

5、N；Mc——进气口、抽汽口和排汽口的力和力矩合成到排汽口中心处的合力矩，N·m；Dc——按公称直径计算得到的各管口面积之和的当量直径，mm。当各管口面积只和折合成圆形的折算直径小于或等于230mm时，Dc=折算直径；当各管口面积之和折合成圆形的折算直径大于230mm时，Dc=（折算直径+460）/3。12当代化工2014年0月1.2Fc和Mc在X、Y、Z三个方向的分力和分力矩应满足以下条件：

6、Fcx

7、≤8.756Dc

8、Mcx

9、≤13.345Dc

10、Fcy

11、≤21.891Dc

12、Mcy

13、≤6.672Dc

14、F

15、cz

16、≤17.523Dc

17、Mcz

18、≤6.672Dc式中Fcx、Fcy、Fcz——Fc在X、Y、Z三个方向上的分力，N；Mcx、Mcy、Mcz——Mc在X、Y、Z三个方向上的分力矩，N·m。1.3对于具有向下排汽口的凝汽式汽轮机，其排汽口安装无约束膨胀节时，允许存在由压力引起的附加力（此附加力垂直于派出口法兰面并作用于中心）。对于此种汽轮机进行1、2两项的校核中，计算排汽口上的垂直力时不包括压力荷载。对于具有向下排汽口的凝汽式汽轮机，还应进行如下校核：同时考虑压力荷载和其他荷载时，如果作用于排汽口的垂直

19、分力不超过排汽口面积的0.1069倍，则认为压力荷载在排汽口英气的作用力是允许的。力的单位是N，面积单位为mm²。NEMASM23是对机器制造厂家的基本要求,是厂家必须要保证的，但从多年石化装置的配管工程实践中看．管道的布置常常难以达到此要求．因此一般会在汽轮机技术谈判时要求厂家将汽轮机的允许受力及力［4］矩放大到NEMASM23标准的2倍．并且要落实到图纸上或协议及纪要里。本文中采用的汽轮机是杭州中能汽轮动力有限公司提供的，厂家给出了汽轮机的安装要求和受力要求。2汽轮机进汽管线参数及受力要求2.1进

20、汽管线参数管道介质为中压蒸汽，管道介质密度11.6Kg/m³，管道材质为15CrMo，管径为114×6.0mm，管道的设计压力为3.82MPa，设计温度为460℃，保温厚度为100mm，保温材料密度200Kg/m³管道材质许用应力冷态为110MPa热态为61MPa。2.2汽轮机进汽管口的受力要求进汽管道对汽轮机的作用力在X、Y、Z方向均不超过2500N汽轮机进汽管口（节点260）的初始位移见表1表1汽轮机蒸汽管口（节点260）的初始位移表1（mm）管口节