ASME B31.3与空分装置冷箱内管道应力分析.pdf

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1、308化工机械2015钲ASMEB31．3与空分装置冷箱内管道应力分析李超4彭喜魁刘洪仁(开封空分集团有限公司设计研究院)摘要通过对ASMEB31．3-2012版本与早期版本的对比，解释说明了标准中管道一次应力计算方法的变化、一次应力计算过程中应力增大系数的确定、应力计算过程中对管道厚度负偏差的考虑和标准对材料的许用位移应力的特殊规定，从而对采用CAESARH软件利用B31．3标准进行管道应力分析评定的过程提出需要注意的地方，使空分冷箱内管道设计更加安全合理。关键词空分装置ASMEB31．3应力分析CAESARⅡ中图分类号TQ051．8文献标识码A文章编

2、号0254-6094(2015)03-0308-03ASMEB31．3作为管道设计的权威规范，其对管道设计过程中的各项规定已经得到世界行业内用户的广泛认可。CAESARH是一款通用的管道应力分析专业软件，其遵循的标准包括ASMEB31．3、B31．1以及BS806等。B31．3标准每两年修订一次，最新版本为B31．3-2012，新版标准与B31．3—2010之前的版本相比有较大变化，这些变化直接影响了采用CAESARⅡ进行管道应力分析评定的工作。1ASMEB31．3标准中管道一次应力计算公式的变化关于管道一次应力s。的计算是否包括扭矩引起的扭转切应力，业

3、内一直有不同的看法，而ASMEB31．3标准在2010版本之前并未给予明确的信息。在早期，B31．3章节委员会已将Js。给出解释为包括由轴向载荷和弯矩引起的应力¨。。在B31．3-2010版本之前扭矩并未提及，通常Js。的计算表达式为：S￡=F^J／A。+[(，．M。)2+(IoM。)2]⋯／Z+Pd。／4t从材料力学的强度理论可知，最大切应力理论较符合材料发生屈服破坏的情况。早期的B31．3版本还给出了一个包括扭矩载荷可替代计算s。的规范案例——cAsE178，在这个案例中，s，的计算表达式为：SL=√(Is。I+s6)2+(2s。)2其中，S。=F。

4、／A，，S6=~／(，iMi)2+(10M。)2／z，S。=I,M。／2Z(23e)。从2010年6月25日开始，B31．3．CASE178已经废除，原因在B31．3-2010版本中解释为规范案例已经被包含在规范条文之中。在2010版的B31．3中新增了条文“320．ANALYSISOFSUS．TAINEDLOADS”，在“320．2StressDuetoSus．tainedLoads”节中，明确指出了．s，．的计算表达式，与早期B31．3版本中CASE178对S。的计算方法相同。对于采用CAESARH软件进行管道应力分析计算的单位来说，如果按照B31．

5、3标准来进行应力校核，还需要根据CAESARH的软件版本来进行静态配置的设置。对于某些CAESARH版本(例如5．0等)来说，计算一次持续纵向应力时系统默认是不考虑扭矩因素的，此时应该在静态配置页将“AddTorsioninSLStress”项设置为“YES”，或者将“ImplementB31．3CodeCase178”选项选中，从而在．s，的计算过程中将扭矩因素考虑进去。2ASMEB31．3对计算一次应力S。时应力增大系数的考虑根据材料力学的理论可知，对于塑性材料制成的构件，由于局部结构不连续产生的应力集中$李超，男，1985年12月生，助理工程师。河

6、南省开封市，475002。第42卷第3期化工机械309对其在静载荷作用下的强度几乎无影响。在B31．3-2010版本之前，B31．3并未对一次应力是否采取应力增大系数作出明确规定，只是在附录S的应力计算范例中给出过参考的应力增大系数选取方法。在B31．3-2008版本的附录S中，范例在计算一次持续应力．s。时采用了0．75倍的应力增大系数，但是同时标准在附录s中给出了注释⋯：ASMEB31．3不认可使用应力增大系数来进行管道组件的一次持续载荷设计。应力增大系数是基于疲劳试验的结果。选择适当的应力增大系数是设计者的责任。本例使用0．75倍的应力增大系数用于

7、持续不变的工况场合口o。B31．3在1987年12月1413的释义6-03中指出，在校核一次应力时可以不考虑应力增大系数的影响。鉴于此，当利用CAESARII软件采用B31．3标准进行管道应力分析计算时，在软件的静态配置页有关于一次应力Js，计算时SIF的选项，软件提供了3种不同的选项：可以选择忽略应力增大系数的影响；可以采用0．75倍的应力增大系数；可以采用应力增大系数。以上情况均为B31．3-2010版本未正式发行之前的情况。在B31．3．2010版本中“320．2StressDuetoSustainedLoads”节，公式(23a)、(23b)、(

8、23C)中明确指出了管道组成件进行一次应力计算时平面内和平面外应力增大系数的选择