大型汽轮机管道应力分析

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1、石油化工设计PetrochemicalDesign大型汽轮机管道应力分析赵洪亮(中国石化工程建设有限公司，北京100101)摘要：为了解决大型汽轮机管道布置问题，基于某大型催化裂解装置汽轮机管道应力分析过程，阐述了汽轮机管道应力分析安全评定方法、大型汽轮机管道布置方法、管道支架设置原则、汽轮机管道应力分析工况组合。通过管道应力分析解决了大型汽轮机管道布置问题。关键词：汽轮机管道应力分析管道支架伴随装置的大型化，管道布置、应力分析产生2)位移荷载引起的二次应力校核条件。计算诸多问题。汽轮机管道应力分析，作为较难解决最大位移应力不应超过许用位移应力范围。问题之一，在装置大型化的过程中变得尤为突出

2、。1．2汽轮机允许受力限制——保证机器安全某220万t／a催化裂解装置，是目前国内最大的催对于汽轮机，其允许受力一般按照美国电气化裂解装置，采用汽轮机机型是国内炼油装置中制造商协会标准NEMASM23来核算。具体要求规模最大的机组(正常工况功率12170kW)。由如下¨：如图1所示，NEMASM23中的坐标约定于产汽量的增大，导致此背压式汽轮机功率增大，是：转动轴方向为方向，垂直向上为+，，。汽轮机进汽管道、排汽管道管径随之急剧增大。常用的管道布置方案已经无法满足此装置汽轮机允许受力要求。行1汽轮机管道应力分析安全评定在汽轮机管道应力分析中，计算结果必须同时满足管道自身的应力要求、汽轮机管嘴

3、允许受图1NEMASM23中的坐标系不意力要求，除此之外，还需考虑便于实现施工质量验1)作用于汽轮机任一管嘴上的合力及合力收和规范要求。矩应满足下列条件：汽轮机是常见的转动机器，当所连接管道膨0．9144FR+MR426．689D胀或者收缩时，对其产生作用力。管道作用于转式中：F——单个管嘴的上的合力，N；动机器的荷载过大时，将造成转动轴的不对中、转子与定子之间的间隙改变，引起机器的磨损和振——单个管嘴上的合力矩，N·m；动，影响机器的正常运行，因此必须对管道作用于D——当量直径，mm；当公称直径DN不大转动机器的荷载加以限制。于200时，D=DN；当公称直径DN1．1管道应力评定——保证管

4、道自身安全大于200时，D=(400+DN)／3。在管道应力分析中，根据产生的应力荷载不同，将其划分为一次应力和二次应力，并应满足：收稿日期：2014—07—15。作者简介：赵洪亮，男，2005年毕业于中国矿业大学1)持续荷载作用下一次应力的校核条件。管(北京)工程力学专业，X-学学士，工程师，从事管道应道因压力、重力和其他持续荷载产生的纵向应力之力分析工作。联系电话：010—84878683；E—mail：和，不应超过材料在预计最高温度下的许用应力。zhaohongliang@sei．(~oln．cn2015年第3期(第32卷)赵洪亮．大型汽轮机管道应力分析·33．2)作用于进、排汽管嘴的

5、力和力矩，折算至排1)转速大于6000r／min时，位移应小于汽口中心处，应符合2个条件：0．02mm；①合力和和力矩应满足以下条件：2)转速为3000～6000r／min时，位移应小0．6096Fc+c≤13．345Dc于0．05mm。式中：F——进汽口和排汽口的合力，N；为使施工便于实现以上要求(即调零过程)，——进汽口和排汽口的合力矩，N·m；对汽轮机进行管道应力分析时，不仅应使操作状D——按公称直径计算得到的管嘴面积之态下管嘴满足受力要求，还应使安装状态下管道和的当量直径，mm；当各管嘴面积之对管嘴的作用力尽量趋于零，且安装状态下放开和折算成圆形的折算直径不大于230嘴子约束计算位移

6、较小。精确模拟管嘴对应法mm时，D：折算直径；当大于230兰、假管支架等；在不影响各种工况受力前提下，mm时，D=(460+折算直径)／3；设置导向或者限位支架；还需要在管嘴附近管道②和峨在、Y、Z方向上的分力和分力矩上设置可调式支架如弹簧，并且要有一定行程裕应满足以下条件：量。汽轮机管道不宜进行冷紧，冷紧后不能满足lcxI≤8．756DcIcxI≤13．345DC施工规范要求。IFcYl≤21．891DclcYI≤6．672Dc本装置汽轮机转速为3510r／min，从表1可Iczl≤l7．513Dclczl≤6．672Dc读出法兰允许偏差：平行度≤0．15mm；同心度≤式中：Fc、Fc、F

7、——Fc在、y、z方向上的分0．50mm力，N；2汽轮机基本设计参数以及应力分析难点cx、cY、cz——c在X、Y、Z方向上的分力矩，N·m。2．1基本参数NEMASM23是对机器制造厂的最低要求，由表2列出汽轮机管嘴、管道等参数；表3列出技术协议确定。汽轮机所能承受的外力和力矩决汽轮机管嘴操作工况附加位移；进汽口管道材质定配管设计的难易的关键因素。一般情况下，汽为20G、保温厚度120mm、密度200kg／