张世忱课件管道应力分析技术

1、管道应力分析技术管道应力分析技术中国寰球工程公司 张世忱一、一、管管道道应应力力分分析析专专进进行行计计算，算，包包括括特特殊殊管管件件的的应应力力分分析析n对对动动设设备备（机机泵、泵、空空冷冷器、器、透透平平等）等）管管口口受受力力进进行行校校核核计计算算n管管架架标标准准的的制制定定及及非非标标管管架架设设计计n审审核核供供货货商商文文件件n编编制、制、修修改改相相关关工工程程规规定定n编编制制应应力力分分析析及及管管架架设设计计工工程程规规定定n对对相相关关设设计计人人员员进进行行专专业业培培训训n进进度、度、质质量量及及人人工工时时控控制制n参参加加现现场场技技术术服服务务一、一、管

2、管道道应应力力分分析析专专设设计计规规定定(应应力力分分析析,管管架架设设计计) （四四级级签签署）署）n(2)参参加加设设备备布布置置工工作作n(3)对对主主要要管管线线的的走走向向进进行行应应力力分分析析和和评评定定n详详细细设设计计阶阶段段n编编制制工工程程设设计计规规定定（应应力力分分析、析、管管架架设设计）计）（四四级级签签署）署）n重重要要管管线线的的壁壁厚厚计计算，算，特特殊殊管管件件的的应应力力分分析，析，高高压压管，管，大大口口径径薄薄壁壁管管1.编编制制临临界界管管线线表表（三三级级签签署）署）-应应力力分分析析管管线线表表一、一、管管道道应应力力分分析析容器固定端确定，立

3、式设备支耳标高确定n支管补强计算n动设备许用荷载校核（4级）n夹套管（蒸汽、热油、热水）计算（端部强度计算、内部导向翼板位置确定、同时包括任何应力分析管道的所有内容）n往复式压缩机、往复泵动力分析（4级）n安全阀、爆破膜泄放反力计算n结构、建筑荷载条件一、一、管管道道应应力力分分析析n绘制非标管架图*n编制管架综合材料表*n编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表n编制柔性件(膨胀节、软管等) 采购MR文件及技术数据表n管架施工安装说明*一、一、管管道道应应力力分分析析范围nB 概述nC 设计中采用的标准规范nD 计算程序（软件）nE 设计温度、压力、安装温度(环境温度)、压力nF 设计荷载n

4、风载荷(风压值),形状系数n地震烈度,水平加速度因子n雪荷载n土壤的化学、力学性质n水（汽）锤荷载 YPPDotPDtttO22385. 06时且一、一、管管道道应应力力分分析析n性性等等因因素素综综合合考考虑虑确确定。定。（高高压压管管道道的的计计算）算）nC 外外压压直直管管的的壁壁厚，厚，应应根根据据GB150规规定定的的方方法法确确定。定。nD 其其它它的的管管件件（如如Y型型三三通、通、孔孔板板等）等）依依据据相相应应的的规规范范（GB50316-2000）或或公公式式进进行行计计算。算。nE 高高压压管管的的应应力力分分析析nF 大大口口径径薄薄壁壁管管的的应应力力分分析析 时或3

5、85. 06tPDot管线 应力分析 非应力分析 计算机计算（BY COMPUTER） 简单手算（公式法、图表法）（BY FORMULA）目测法（BY VISAL） 3 .2082)(ULYD一、一、管管道道应应力力分分析析一、一、管管道道应应力力分分析析一、一、管管道道应应力力分分析析率分析-防止共振nb)管道强迫振动响应分析-控制管道振动及应力nc)往复式压缩机（泵）气（液）柱频率分析-防止气柱共振nd)往复式压缩机（泵）压力脉动分析- 控制压力脉动值（值）介质内的声速气体流速VVUUDd,45 . 03 . 0Dd孔板厚度=3-5mm孔板位置在较大缓冲罐的进出口均可一、一、管管道道应应力

6、力分分析析W1 管道固有频率（角频)W0 激振频率（角频） 放大因子通常W1应避开0.8W01.2W0的区域，在工程中最好避开0.5W01.5W0的范围，这样振幅较小。一、一、管管道道应应力力分分析析入或吸出频率）的1.2倍以上。设计时最好控制在1.5倍以上。60nnnn一、一、管管道道应应力力分分析析一、一、管管道道应应力力分分析析一、一、管管道道应应力力分分析析二、二、管管道道应应力力分分析析专专规范nGB/T 20801-2006 压力管道规范nHG/T20645-1998化工装置管道机械设计规定nSH/T3041-2002石油化工企业管道柔性设计规范nGB150钢制压力容器nJB/T8

7、130.1-1999 恒力弹簧支吊架nJB/T8130.2-1999 可变弹簧支吊架nGB 50251-2003 输气管道工程设计规范nGB 50253-2003 输油管道工程设计规范nASME/ANSI B31.1 Power PipingnASME/ANSI B31.3 Process Piping二、二、管管道道应应力力分分析析专专三、三、管管道道应应力力分分析析专专业业与与其其四、四、管管道道类；类；承承重重架、架、限限制制性性支支架架和和减减振振架。架。n1.1 承承重重架：架：用用来来承承受受管管道道的的重重力力及及其其它它垂垂直直向向下下荷荷载载的的支支吊吊架架(含含可可调调支支

8、架架)。na. 滑动架：在支承点的下方支撑的托架，除垂直方向支撑力及水平方向摩擦力以外，没有其他任何阻力。nb. 弹簧架：包括恒力弹簧架和可变弹簧架。nc. 刚性吊架：在支承点的上方以悬吊的方式承受管道的重力及其他垂直向下的荷载，吊杆处于受拉状态。nd. 滚动支架：采用滚筒支承，摩擦力较小。四、四、管管道道道道系系统统位位移移的的支支架架(含含可可调调限限位位架架)。na. 导向架：使管道只能沿轴向移动的支架，并阻止因弯矩或扭矩引起的旋转。nb.限位架：限位架的作用是限制线位移。在所限制的轴线上，至少有一个方向被限制。nc. 定值限位架：在任何一个轴线上限制管道的位移至所要求的数值，称为定值限

9、位架。nd.固定架：限制管道的全部位移。四、四、管管道道和热膨胀作用以外的任何力(如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部荷载)的作用所产生的管道振动的支架。n减振架有弹簧及油压和机械三种类型。四、四、管管道道及刚度两项控制n强度控制略n刚度控制装置内13mm，装置外25 mmn2）导向间距：na)水平管nb)垂直管n垂直管道的最大导向支架间距大致可按不保温管充水的水平管道支架间距进行圆整。附表一：垂直管线导向间距表四、四、管管道道四、四、管管道道要作详细应力计算的管道，应根据应力计算结果设计管架n3.10 在敏感的设备(泵、压缩机)附近，应设置弹簧支架，以防止设备口承受过大的管道荷载n3.11

10、 往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道，宜单独设置有独立基础的支架，(支架生根于地面的管墩或管架上)，以避免将振动传递到建筑物上n3.12 除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应能满足生根件的要求n3.13 管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位四、四、管管道道四、四、管管道道在选用管道支吊架时，应按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温度、是否保温或保冷、管道的材质等条件选用适合的支吊架；对于冷管,在管架设计时,应该有防止冷桥产生的措施;n5.2设计管道支吊架时，应尽可能选用标准

11、管卡、管托和管吊；四、四、管管道道吊：n管内介质温度等于或大于400的碳素钢材质的管道；n低温管道；n合金钢材质的管道；n生产中需要经常拆卸检修的管道；n架空敷设且不易施工焊接的管道；n非金属衬里管道；n需热处理的管道（消除应力）四、四、管管道道能承受的冲击荷载，一般在下列位置设置导向管托，以保证管道只沿着轴向位移：n可能产生振动的两相流管道；n横向位移过大可能影响邻近管道时；固定支架之间的距离过长，可能产生横向不稳定时；（柱失稳）n为防止法兰和活接头泄漏要求管道不宜有过大的横向位移时；四、四、管管道道00mm时，应选用加长管托，以免管托滑到管架梁下；n5.6凡支架生根在需整体热处理的设备上时

12、，应向设备专业提出所用预焊件的条件；n5.7对于荷载较大的支架位置要事先与有关专业设计人联系，并提出支架位置、标高和载荷情况；n5.8凡需要限制管道位移量时，应考虑设置限位架。n5.9安全阀出口管线的支架要高度重视，应足以抵抗泄放时冲击荷载的作用四、四、管管道道道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等以便进行分析计算；n6.2确定管道固定点位置时，使其有利于两固定点间管段的自然补偿；n6.3选用形补偿器时，宜将其设置在两固定点的中部；n6.4固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方；n6.5固定点应设置在需要承受管道振动、冲击荷载或需要限制管道多方向位移的地方

13、；n6.6作用于管道中固定点的荷载，应考虑其两侧各滑动支架的摩擦反力；n6.7进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道，宜在装置分界处设固定点。四、四、管管道道根：n在设计从设备上生根的支架时，要求在设备上预焊生根件。如果现场安装支架在设备壁上直接焊接，许多设备需要重新检验，且拖延施工进度。焊后残余应力会影响设备的防腐能力和机械性能。对于非金属衬里的设备，现场焊接会损坏内衬如橡胶、塑料、玻璃等。n对容器类设备的管口、设备上的生根件(包括管道支架预焊件、平台预焊件及保温(冷)的预焊件等)都确定下来，把条件及资料送交设备制造厂，这对于提前制造设备是十分有利的。越是复杂的及制造周期长的设备，越需提前

14、提出条件。n在设计中，应将生根件(预焊件)的位置、荷载(力及力矩)、预焊件的尺寸或标准等提供给设备设计者，以满足支架设计的要求。四、四、管管道道通通常常采采用用的的方方法法有：有：预预埋埋钢钢板板或或型型钢钢或或套套管、管、在在混混凝凝土土结结构构上上钻钻孔孔后后用用膨膨胀胀螺螺栓栓固固定定等。等。n7.3 在在墙墙上上（WALL）生生根根墙墙上上预预留留孔、孔、砌砌预预制制块块(带带有有预预埋埋钢钢板板)，以以及及采采用用膨膨胀胀螺螺栓栓固固定定等。等。n7.4 在在地地面面/基基础础（FOUNDATION）上上生生根根n7.5 在在钢钢结结构构/大大管管上上（STEEL）生生根根四、四、管