管道應(yīng)力分析舉例

張婭

摘 要：進行管道設(shè)計，不僅要滿足P&ID的要求，還要使管道設(shè)計既安全可靠又經(jīng)濟合理。筆者在管道應(yīng)力分析方面做了一些工作，結(jié)合工程實際舉例。

主題詞：管道 CAESARⅡ應(yīng)力分析程序; 一次應(yīng)力; 二次應(yīng)力; 推力

1 ?系統(tǒng)管道應(yīng)力分析的主要內(nèi)容

進行管道設(shè)計，不僅要滿足P&ID的要求，還要使管道設(shè)計既安全可靠又經(jīng)濟合理，管道應(yīng)力分析是實現(xiàn)這一目標(biāo)的手段和方法。

那么，什么樣的管系應(yīng)采用計算機分析程序來進行詳細的應(yīng)力分析呢？

a.DN80及以上的管道，設(shè)計溫度高于450℃時;

b.DN150及以上的管道，設(shè)計溫度250℃以上時;

c.DN650以上的大口徑管道;

d.與旋轉(zhuǎn)設(shè)備（泵、壓縮機、透平等）相連接管道;

e.兩相流管道;

f.脈動流管道。

2 ? 蒸汽管道應(yīng)力分析舉例

某廠系統(tǒng)管廊上公用工程蒸汽線大都是采用兩端為固定中間管段設(shè)置Π形彎利用自然彎曲和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形來吸收管道的熱伸長。

此種情況DN350～DN400的管子二次應(yīng)力校核通不過，對比以上兩種臂長（h）不同時應(yīng)力分析結(jié)果，建議在設(shè)置DN350～DN400管子自然補償時Π形彎臂長選取大于等于4.5m來考慮是可行的。

結(jié)論1：通過計算機分析程序得到以上一種配管單元在兩種不同工況下各管徑固定點處的水平推力，同一種工況，同一種配管模型下，管子直徑越大，管系熱應(yīng)力越大，管系對固定點的水平推力也越大，以下列出幾種改善管道熱應(yīng)力過大的措施：

（1）改變管道的走向，以增加管道的柔性;

（2）將剛件支架改為彈簧吊架，增加彈簧吊架的柔性;

（3）改變支架結(jié)構(gòu)，減少活動支架的摩擦力，或?qū)⒅Ъ芨臑榈跫?

（4）提高法蘭的等級，或?qū)⒎ㄌm連接改為焊接以減少泄漏;

（5）設(shè)置波形補償器等元件以解決管道熱膨脹問題等。

（6）在支吊架有上下位移處，應(yīng)設(shè)置彈簧吊架或彈簧支架。

結(jié)論2：以上兩種工況下滿足應(yīng)力校核公式的各管徑管系熱脹量均在標(biāo)準管托允許的位移量下，徑向位移量也不大，這樣的管系是比較可靠的。

因此設(shè)計中對成排敷設(shè)的管道在補償器處和管道拐彎處要適當(dāng)加大管間距，或者增設(shè)限位支座，以避免多根管道擁擠在一起，甚至管道脫落管架、管墩。

但是實際配管形式多樣，特別是復(fù)雜管系，需設(shè)計人員結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)力分析方法具體問題具體分析，是優(yōu)化設(shè)計的有力保證。

參考文獻：

[1]唐永進，壓力管道應(yīng)力分析中國石化出版社，2003.11

[2]張德姜 王懷義 劉邵葉，石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊第二版，管道器材，中國石化出版社，1998.7

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