壓力管道應(yīng)力分析.doc

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1、機(jī)電工程學(xué)院課題名稱：壓力管道應(yīng)力分析學(xué)生學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：11過控02學(xué)生姓名：陳盼盼學(xué)生成績：指導(dǎo)教師：徐青山壓力管道應(yīng)力分析摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，壓力管道設(shè)計(jì)中管道的應(yīng)力分析尤為重要。文中闡述了管道應(yīng)力分析的方法，并舉例說明之，為石化企業(yè)類似計(jì)算提供了可靠的模型。關(guān)鍵詞：管道應(yīng)力；管道設(shè)計(jì)；泵進(jìn)出口管道隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，石化裝置規(guī)模逐步大型化，大量高溫高壓管道的應(yīng)用，管道的配置顯得尤為重要，也對(duì)從事管道設(shè)計(jì)的人員提出了更高的要求。要求設(shè)計(jì)人員必須具備有一定的應(yīng)力分析能力，才能設(shè)計(jì)既滿足工藝流程，又安全，經(jīng)濟(jì)合理，

2、美觀的管道布置方案。1管道應(yīng)力分析的概念和任務(wù)1.1應(yīng)力的概念壓力、重力、風(fēng)、地震、壓力脈動(dòng)、沖擊等外力荷載和熱膨脹的存在，是管道產(chǎn)生應(yīng)力問題的主要原因。其中熱膨脹問題是管道應(yīng)力分析所要解決的最常見和最主要的問題。管道在內(nèi)壓、持續(xù)外載以及熱脹、冷縮和其它位移等載荷作用下，其最大應(yīng)力往往超過材料的屈服極限，使材料在工作狀態(tài)發(fā)生塑性形變。高溫管道的蠕變和應(yīng)力松弛，也將使管系上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。對(duì)于管道上的應(yīng)力，一般分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力三類。一次應(yīng)力是指由管道所受荷載，如所受內(nèi)壓、持續(xù)外載、風(fēng)荷載、沖擊荷載等引起的

3、正應(yīng)力和剪應(yīng)力。它是非自限性的，超過某一限度，將使管道整體變形直至破壞。因此，必須為不發(fā)生材料屈服而留有適當(dāng)?shù)脑６?，以防止過度的塑性變形而導(dǎo)致管道被破壞。二次應(yīng)力是指由熱脹、冷縮、端點(diǎn)位移等位移載荷的作用所產(chǎn)生的應(yīng)力，它不直接與外力平衡，而是為滿足位移約束條件或管道自身變形的連續(xù)要求所必須的應(yīng)力。二次應(yīng)力的特點(diǎn)是具有自限性，即局部屈服或小量變形就可以使位移約束條件或自身變形連續(xù)要求得到滿足，從而變形不再繼續(xù)擴(kuò)大。一般來講，只要不重復(fù)加載，二次應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致管道破壞。也就是說，二次應(yīng)力引起的主要是疲勞破壞。應(yīng)該指出的是，當(dāng)位移

4、荷載極大，局部屈服或小量變形不足以使位移約束條件或自身變形連續(xù)要求得到滿足時(shí)，管道也可能在一次加載的過程中就發(fā)生破壞。由一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的定義和特點(diǎn)可知，因?yàn)橐淮螒?yīng)力沒有自限性，所以它比二次應(yīng)力更危險(xiǎn)，應(yīng)該受到更加嚴(yán)格的控制。峰值應(yīng)力是管道或附件由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部效應(yīng)（包括局部應(yīng)力集中）附加到一次應(yīng)力或二次應(yīng)力的增量。所以溫度、壓力、管徑、壁厚、荷載、跨距、補(bǔ)償器形式等都會(huì)對(duì)應(yīng)力結(jié)果產(chǎn)生影響。1.2管道應(yīng)力分析需要完成下列任務(wù)1.2.1管道靜力分析需要完成下列任務(wù)⑴計(jì)算管道中的應(yīng)力并使之滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證管道

5、自身的安全(包括防止法蘭泄漏)；計(jì)算管道對(duì)與其相連的機(jī)器、設(shè)備的作用力，并使之滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證機(jī)器、設(shè)備的安全；⑵計(jì)算管道對(duì)支吊架和土建結(jié)構(gòu)的作用力，為支吊架和土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，保證支吊架和土建結(jié)構(gòu)的安全；⑶計(jì)算管道位移，防止位移過大造成支架脫落或管道碰撞，并為彈簧支吊架的選用提供依據(jù)。1.1.2管道動(dòng)力分析的任務(wù)管道動(dòng)力分析主要指往復(fù)壓縮機(jī)和往復(fù)泵管道的震動(dòng)分析、管道的地震分析、水錘和沖擊荷載作用下管道的震動(dòng)分析，其目的是使地震和震動(dòng)的影響得到有效控制。為便于工程應(yīng)用，相當(dāng)一部分動(dòng)力分析采用等效靜力法進(jìn)行。

6、1.2管道應(yīng)力分析的過程編制或熟悉項(xiàng)目的管道應(yīng)力分析技術(shù)統(tǒng)一規(guī)定；確定需要進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力分析的管道；接收管道應(yīng)力分析空視圖；計(jì)算端點(diǎn)附加位移(管口位移量計(jì)算方法)；建立模型，分析計(jì)算，查看結(jié)果，修改模型直到通過應(yīng)力分析校核評(píng)定；編制計(jì)算書，向相關(guān)專業(yè)提交計(jì)算結(jié)果。一般來說，下述管系必須利用應(yīng)力分析軟件（如CAESARⅡ）通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算及分析。①與儲(chǔ)罐相連的，公稱管徑12”及以上且設(shè)計(jì)溫度在100度及以上的管線；②離心式壓縮機(jī)（API617）及往復(fù)式壓縮機(jī)（API618）的3”及以上的進(jìn)、出口管線；③蒸汽透平（NAMESM

7、23）的入口、出口和抽提管線；④泵（API610）——公稱直徑4”及以上且溫度100度及以上或溫度-20度及以下的吸入、排出管線；⑤空冷器（API661）——公稱直徑6”及以上且溫度120度及以上的進(jìn)、出口管線；⑥加熱爐（API560）——與管口相連的6”及以上和溫度200度及以上的管線；⑦相當(dāng)長的直管，如界區(qū)外的管廊上的管線；⑧法蘭處的泄漏會(huì)造成重大危險(xiǎn)的管線，如氧氣管線、環(huán)氧乙烷管線等；⑨公稱直徑4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管線。2管道柔性設(shè)計(jì)管道的柔性是反映管道變形難易程度的概念，它表示管道通過自

8、身變形吸收熱脹、冷縮和其它位移變形的能力。2.1管道柔性設(shè)計(jì)的目的管道柔性設(shè)計(jì)的目的是保證管道在設(shè)計(jì)條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱脹、冷縮、端點(diǎn)附加位移、管道支撐設(shè)置不當(dāng)?shù)仍蛟斐上铝袉栴}：⑴管道應(yīng)力過大或金屬疲勞引起管道破壞；⑵管道連接處產(chǎn)生泄漏；⑶管道推力或力矩過大，使與其相連接的機(jī)器、設(shè)備產(chǎn)生