压力管道应力分析.doc

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1、机电工程学院课题名称：压力管道应力分析学生学号：专业班级：11过控02学生姓名：陈盼盼学生成绩：指导教师：徐青山压力管道应力分析摘要：随着现代工业的发展，压力管道设计中管道的应力分析尤为重要。文中阐述了管道应力分析的方法，并举例说明之，为石化企业类似计算提供了可靠的模型。关键词：管道应力；管道设计；泵进出口管道随着现代工业的发展，石化装置规模逐步大型化，大量高温高压管道的应用，管道的配置显得尤为重要，也对从事管道设计的人员提出了更高的要求。要求设计人员必须具备有一定的应力分析能力，才能设计既满足工艺流程，又安全，经济合理，

2、美观的管道布置方案。1管道应力分析的概念和任务1.1应力的概念压力、重力、风、地震、压力脉动、冲击等外力荷载和热膨胀的存在，是管道产生应力问题的主要原因。其中热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题。管道在内压、持续外载以及热胀、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，使材料在工作状态发生塑性形变。高温管道的蠕变和应力松弛，也将使管系上的应力状态发生变化。对于管道上的应力，一般分为一次应力、二次应力和峰值应力三类。一次应力是指由管道所受荷载，如所受内压、持续外载、风荷载、冲击荷载等引起的

3、正应力和剪应力。它是非自限性的，超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。因此，必须为不发生材料屈服而留有适当的裕度，以防止过度的塑性变形而导致管道被破坏。二次应力是指由热胀、冷缩、端点位移等位移载荷的作用所产生的应力，它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必须的应力。二次应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续扩大。一般来讲，只要不重复加载，二次应力不会导致管道破坏。也就是说，二次应力引起的主要是疲劳破坏。应该指出的是，当位移

4、荷载极大，局部屈服或小量变形不足以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足时，管道也可能在一次加载的过程中就发生破坏。由一次应力和二次应力的定义和特点可知，因为一次应力没有自限性，所以它比二次应力更危险，应该受到更加严格的控制。峰值应力是管道或附件由于局部结构不连续或局部效应（包括局部应力集中）附加到一次应力或二次应力的增量。所以温度、压力、管径、壁厚、荷载、跨距、补偿器形式等都会对应力结果产生影响。1.2管道应力分析需要完成下列任务1.2.1管道静力分析需要完成下列任务⑴计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求，保证管道

5、自身的安全(包括防止法兰泄漏)；计算管道对与其相连的机器、设备的作用力，并使之满足标准规范的要求，保证机器、设备的安全；⑵计算管道对支吊架和土建结构的作用力，为支吊架和土建结构的设计提供依据，保证支吊架和土建结构的安全；⑶计算管道位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞，并为弹簧支吊架的选用提供依据。1.1.2管道动力分析的任务管道动力分析主要指往复压缩机和往复泵管道的震动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的震动分析，其目的是使地震和震动的影响得到有效控制。为便于工程应用，相当一部分动力分析采用等效静力法进行。

6、1.2管道应力分析的过程编制或熟悉项目的管道应力分析技术统一规定；确定需要进行详细应力分析的管道；接收管道应力分析空视图；计算端点附加位移(管口位移量计算方法)；建立模型，分析计算，查看结果，修改模型直到通过应力分析校核评定；编制计算书，向相关专业提交计算结果。一般来说，下述管系必须利用应力分析软件（如CAESARⅡ）通过计算机进行计算及分析。①与储罐相连的，公称管径12”及以上且设计温度在100度及以上的管线；②离心式压缩机（API617）及往复式压缩机（API618）的3”及以上的进、出口管线；③蒸汽透平（NAMESM

7、23）的入口、出口和抽提管线；④泵（API610）——公称直径4”及以上且温度100度及以上或温度-20度及以下的吸入、排出管线；⑤空冷器（API661）——公称直径6”及以上且温度120度及以上的进、出口管线；⑥加热炉（API560）——与管口相连的6”及以上和温度200度及以上的管线；⑦相当长的直管，如界区外的管廊上的管线；⑧法兰处的泄漏会造成重大危险的管线，如氧气管线、环氧乙烷管线等；⑨公称直径4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管线。2管道柔性设计管道的柔性是反映管道变形难易程度的概念，它表示管道通过自

8、身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。2.1管道柔性设计的目的管道柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀、冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等原因造成下列问题：⑴管道应力过大或金属疲劳引起管道破坏；⑵管道连接处产生泄漏；⑶管道推力或力矩过大，使与其相连接的机器、设备产生