化工设计中管道应力论述

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1、化工设计中管道应力论述　　摘要：本文首先介绍了应力的分类、需要做详细应力分析的管道以，进而阐述了管道应力分析的主要内容及载荷种类、改善管系受力状况的几种方法，最后简要介绍了CAESARII管道应力计算软件的理论基础及应用范围。以供同行参考。关键词：应力分析；设计；化工中图分类号：TQ042文献标识码：A文章编号：前言随着技术的进步和化工产业的发展,国内化工装置的规模逐步增大,单套炼油装置的产能已达到千万吨级规模,乙烯装置的产能也达到了百万吨级规模化工装置的大型化带来了连接设备的管道直径不断扩大,如10Mt/a常减压蒸馏装置的减压转油线直径达DN4000,1M

2、t/a乙烯装置的裂解气总管直径达到DN3000旧,做好口径管道的布置施工等是保证装置长周期安全运行的条件之一,因此做好大口径管道设计是实现化工装置大型化必须研究的课题之一。1、应力的分类8管道在持续外载、内压以及热胀、冷缩和其它位移等载荷作用下，其最大应力往往超过材料的屈服极限，从而使材料在工作状态下发生塑性变形，另外高温管道的应力松弛和蠕变，也将使管系上的应力状态发生变化。对于不同种类的应力应当区别对待，根据它可能产生的效应和对于破坏所起的作用不同，给与不同的限定。管道上的应力，一般分析一次应力、二次应力和峰值应力三类。众所周知，一次应力(PrimaryS

3、tress)是指由于外加荷载，如压力和重力等的作用而产生的应力。对于一次应力，其特点是：满足与外加荷载的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将产生塑性变形而破坏。管道承受的介质内压、自重、介质重量等持续外荷载而产生的应力属于一次应力。一般认为，二次应力(SecondaryStress)是由于管道变形受到约束而产生的应力，它不直接与外力平衡，二次应力的特点就是具有自限性，当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降下来。二次应力过大时，将使管道产生疲劳破坏。在管道中，二次应力一般由热胀冷缩和端点位移引起。对于峰值应力(Pe

4、akStress)，是管道或附件由于局部结构不连续或局部热应力效应(包括局部应力集中)附加到一次应力或二次应力的增量。它的特点是不引起显著的变形，而且在短距离内从它的根源衰减，它是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因。管道附件上小半径圆角处、焊缝未焊透处的应力，均属于峰值应力。2、需要做详细应力分析的管道8一般认为，并非所有的管道都需要进行详细的应力分析，一般管道已具有较好的柔性，不需进行详细的应力分析和计算。对于管道是否需要进行详细的应力分析，一般综合考虑管径、温度、压力以及所连接的设备，同时综合考虑管内介质的危害程度、配管标准的完善程度以及设计人员的经验

5、等因素确定。一般来说，下列管道在设计时均应考虑进行严格的应力计算和分析。2．1与离心压缩机、往复压缩机、往复泵、透平、汽轮机等载荷敏感设备进出口相连的管道；2．2工艺专业提出的两相流、可能发生严重震动的管道；2．3进出高温反应器的大口径管道；2．4大口径浆料、粉料输送管道；2．5与离心泵相连的3”及以上的进出口管道；2．6与空冷器连接的4”及以上的进出口管道；2．7安全泄放系统管道；2．8夹套管道；2．9与可能沉降设备相连的3”及以上的管道；2．10ASMEB3l.3中M类流体管道；2．11直径在3”以上的稀有金属管道。3、管道应力分析的主要内容及载荷种类3

6、.1管道应力分析8管道应力分析分为静力分析和动力分析。3.1.1静力分析静力分析包括:a)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏;b)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大,保证设备正常运行;c)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏;d)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据;e)管道上法兰的受力计算——防止法兰泄漏。3.1.2动力分析动力分析包括:a)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力;b)往复压缩机(泵)气(液)柱频率分析——防止气柱共振;c)管道自振频率分析——防止管道系统共振;

7、d)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。3.2管道上可能承受的荷载a)压力荷载:包括内压力和外压力;b)位移荷载:8包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支撑沉降等;c)重力荷载:包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等;d)风荷载;e)地震荷载。4、改善管系受力状况的几种方法配管设计既要满足工艺过程的要求，还要考虑设备、机泵、管道及其组成件的受力情况，使其在最佳状态下长周期安全运行。因此在设计和施工中需注意以下几个问题。4．1合理地选用和设置管道支吊架支吊架是管道系统的重要组成部分，支吊架的设计是管道设计中的重要环节。如果支吊架设计不当，不能承受管

8、道重量等引起的荷载，将可能导致管道一次应力超标。另外