關(guān)于小管徑管道假管支架設(shè)置問題的探討

劉 薇, 滿文聰, 尹君東,劉宏超

(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司, 山東 青島 266071)

關(guān)于小管徑管道假管支架設(shè)置問題的探討

劉 薇, 滿文聰, 尹君東,劉宏超

(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司, 山東 青島 266071)

針對石油化工裝置管道設(shè)計(jì)經(jīng)常遇到的小管徑管道假管支架設(shè)置的問題，結(jié)合管道應(yīng)力分析軟件CAESARII，對此類管道的應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行分析和總結(jié)，對管道設(shè)計(jì)中假管支架的思考及設(shè)置具有一定的指導(dǎo)意義。

小管徑；假管支架；管道設(shè)計(jì)；CAESARII

在石油化工管道設(shè)計(jì)中，支吊架不僅僅起著支撐管道的作用,還需要承受來自各方面的力和力矩,可以說,要使管道的靜力要求和動力要求局得到滿足,必須設(shè)置合理的支吊架[1]。在設(shè)計(jì)中,許多管道的敷設(shè),是受支吊架生根條件控制的,缺此條件,合理的管道的敷設(shè)方案就無法有效實(shí)現(xiàn)。管道支吊架的生根條件除了在地面以外,一般需要生根在建、構(gòu)筑物的立柱、橫梁等承重構(gòu)件上，而小管徑管道由于跨距的限制，常常需要設(shè)置假管支架。本文將從小管徑管道假管支架設(shè)置的角度切入，深入討論石油化工管道設(shè)計(jì)中，小管徑管道假管支架設(shè)置中應(yīng)該注意的問題。

1 存在的問題

圖1 引入應(yīng)力增大系數(shù)之前

在煉油裝置設(shè)計(jì)過程中，小管徑管道設(shè)置假管支架時(shí)，假管支架最大長度不宜超過2米。以某裝置中管橋上一條DN100的工藝管線為例：介質(zhì)為輕汽油，操作溫度40℃，操作壓力0.60MPa，設(shè)計(jì)溫度80℃，設(shè)計(jì)壓力 1.57MPa。經(jīng)過CAESARII管道應(yīng)力分析軟件計(jì)算得知，在DN100的管道彎頭處需設(shè)置一個長2米的假管支架，而一次應(yīng)力超標(biāo)。在引入應(yīng)力增大系數(shù)(SIF)之前，彎頭處的一次應(yīng)力水平是65%，如圖1，而引入應(yīng)力增大系數(shù)(SIF)之后，一次應(yīng)力水平為120%。如圖2。

圖2 引入應(yīng)力增大系數(shù)之后

2 分析處理

2.1 問題分析

經(jīng)過分析，這種問題的出現(xiàn)主要是由于增加假管支架以后，焊縫處的應(yīng)力增大系數(shù)較大引起的，在假管較長的情況下這種情況尤為突出。在管道應(yīng)力分析過程中，為了計(jì)算的準(zhǔn)確和嚴(yán)謹(jǐn)，引入應(yīng)力增大系數(shù)非常重要，所謂應(yīng)力增大系數(shù)[2]是為了考察管道結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生急速變化時(shí)，彎頭處出現(xiàn)扁平化，使抗彎剛度有所減小，對于斜接彎管或支管連接，位移應(yīng)力范圍增加的主要原因是由于幾何不連續(xù)產(chǎn)生的應(yīng)力集中。這種情況下，會導(dǎo)致材料的抗疲勞能力有所削弱，因此引入應(yīng)力增大系數(shù)，來考慮這種效應(yīng)的影響。

應(yīng)力增大系數(shù)不同于應(yīng)力集中的概念，以往在一些文獻(xiàn)將其混為一談是不正確的。應(yīng)力集中指的是，當(dāng)管道幾何形狀發(fā)生突變時(shí)，在外力作用下管道中的局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。而應(yīng)力集中系數(shù)(SCF)指的是，以同一彎矩值作用在管件和直管后所產(chǎn)生的最大應(yīng)力值之比。而應(yīng)力增大系數(shù)是指，在疲勞破壞循環(huán)次數(shù)相同的情況下，作用于直管的彎曲應(yīng)力與作用于管件的名義彎曲應(yīng)力之比。應(yīng)力增大系數(shù)是由疲勞試驗(yàn)得出來的，與材料的疲勞破壞有直接的關(guān)系，一般認(rèn)為應(yīng)力增大系數(shù)是應(yīng)力集中系數(shù)的一半。由于將彎矩作用于管件的平面內(nèi)和平面外所產(chǎn)生的結(jié)果有所不同，所以應(yīng)力增大系數(shù)分為平面內(nèi)和平面外兩種情況。

2.2 問題處理

對于這一類小管徑的管道，在設(shè)計(jì)過程中要針對其典型特點(diǎn)來解決問題。要掌握幾條原則，首先是假管支盡量避免。對于小管徑管道共有的跨距問題，可以考慮增設(shè)其他支架，設(shè)置土建等結(jié)構(gòu)來解決。比如管橋上的管道可以考慮將小管道成組排列捆綁布置或布置在大管徑管道的旁邊，根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)考慮臨管支架。其次是若假管支無法避免，則設(shè)置時(shí)盡量短[3]。對于特殊情況，無法增設(shè)支架，且臨管支撐也無法做的情況，就要盡量縮短假管支架的長度，以減小彎頭處的一次應(yīng)力水平，表1列出了上述DN100的管道，在假管長度不同的情況下，彎頭一次應(yīng)力的數(shù)值表現(xiàn)。

表1 不同假管長度對一次應(yīng)力的影響

3 總結(jié)

在管道設(shè)計(jì)過程中，很多DN50以下的管道是不需要進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計(jì)算的，但并不代表這類管道不存在問題。對于小管徑管道跨距不夠、加假管支這個普遍性的問題應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視，防止管道一次應(yīng)力失效，產(chǎn)生不可限制的塑形流動，最終導(dǎo)致工藝管道被破壞。

[1] 張德姜，趙 勇. 石油化工管道設(shè)計(jì)與安裝[M].2版 北京:中國石化出版社，2007.

[2] 唐永進(jìn). 壓力管道應(yīng)力分析[M].北京：中國石化出版社，2009.

[3] 丘 平.管道支吊架設(shè)計(jì)若干問題淺議[J].石油化工設(shè)計(jì)，2010, 27(4):44-46.

(本文文獻(xiàn)格式：劉 薇, 滿文聰, 尹君東,等.關(guān)于小管徑管道假管支架設(shè)置問題的探討[J].山東化工，2017，46(06)：121，123.)

The Discussion for the Setting of Small Diameter Pipeline False Pipe Support

LiuWei,ManWencong,YinJundong,LiuHongchao

(Piping Design, China Petroleum Engineering Construction Corporation EastChina Design Branch,Branch,QingDao 266071 China)

The paper mainly discusses the setting of small diameter pipeline false pipe supports in petrochemical units piping design, and Combine with pipe stress analysis software CAESARII to analysis and summary the key points of the pipe support setting , it has a certain guiding significance in the pipeline design.

small diameter pipe;false pipe support;pipeline design;CAESARII software

2017-02-08

劉 薇(1984—)，女,山東青島人，中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司工程師，獲碩士學(xué)位，主要從事石油化工管道設(shè)計(jì)。

TQ055.8+1

A

1008-021X(2017)06-0121-01