張世忱 課件 管道應力分析技術

1、管道應力分析技術管道應力分析技術中國寰球工程公司 張世忱一、一、管管道道應應力力分分析析專專進進行行計計算，算，包包括括特特殊殊管管件件的的應應力力分分析析n對對動動設設備備（機機泵、泵、空空冷冷器、器、透透平平等）等）管管口口受受力力進進行行校校核核計計算算n管管架架標標準準的的制制定定及及非非標標管管架架設設計計n審審核核供供貨貨商商文文件件n編編制、制、修修改改相相關關工工程程規(guī)規(guī)定定n編編制制應應力力分分析析及及管管架架設設計計工工程程規(guī)規(guī)定定n對對相相關關設設計計人人員員進進行行專專業(yè)業(yè)培培訓訓n進進度、度、質質量量及及人人工工時時控控制制n參參加加現現場場技技術術服服務務一、一、管

2、管道道應應力力分分析析專專設設計計規(guī)規(guī)定定(應應力力分分析析,管管架架設設計計) （四四級級簽簽署）署）n(2)參參加加設設備備布布置置工工作作n(3)對對主主要要管管線線的的走走向向進進行行應應力力分分析析和和評評定定n詳詳細細設設計計階階段段n編編制制工工程程設設計計規(guī)規(guī)定定（應應力力分分析、析、管管架架設設計）計）（四四級級簽簽署）署）n重重要要管管線線的的壁壁厚厚計計算，算，特特殊殊管管件件的的應應力力分分析，析，高高壓壓管，管，大大口口徑徑薄薄壁壁管管1.編編制制臨臨界界管管線線表表（三三級級簽簽署）署）-應應力力分分析析管管線線表表一、一、管管道道應應力力分分析析容器固定端確定，立

3、式設備支耳標高確定n支管補強計算n動設備許用荷載校核（4級）n夾套管（蒸汽、熱油、熱水）計算（端部強度計算、內部導向翼板位置確定、同時包括任何應力分析管道的所有內容）n往復式壓縮機、往復泵動力分析（4級）n安全閥、爆破膜泄放反力計算n結構、建筑荷載條件一、一、管管道道應應力力分分析析n繪制非標管架圖*n編制管架綜合材料表*n編制彈簧架采購MR文件及彈簧架技術數據表n編制柔性件(膨脹節(jié)、軟管等) 采購MR文件及技術數據表n管架施工安裝說明*一、一、管管道道應應力力分分析析范圍nB 概述nC 設計中采用的標準規(guī)范nD 計算程序（軟件）nE 設計溫度、壓力、安裝溫度(環(huán)境溫度)、壓力nF 設計荷載n

4、風載荷(風壓值),形狀系數n地震烈度,水平加速度因子n雪荷載n土壤的化學、力學性質n水（汽）錘荷載 YPPDotPDtttO22385. 06時且一、一、管管道道應應力力分分析析n性性等等因因素素綜綜合合考考慮慮確確定。定。（高高壓壓管管道道的的計計算）算）nC 外外壓壓直直管管的的壁壁厚，厚，應應根根據據GB150規(guī)規(guī)定定的的方方法法確確定。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）依依據據相相應應的的規(guī)規(guī)范范（GB50316-2000）或或公公式式進進行行計計算。算。nE 高高壓壓管管的的應應力力分分析析nF 大大口口徑徑薄薄壁壁管管的的應應力力分分析析 時或3

5、85. 06tPDot管線 應力分析 非應力分析 計算機計算（BY COMPUTER） 簡單手算（公式法、圖表法）（BY FORMULA）目測法（BY VISAL） 3 .2082)(ULYD一、一、管管道道應應力力分分析析一、一、管管道道應應力力分分析析一、一、管管道道應應力力分分析析率分析-防止共振nb)管道強迫振動響應分析-控制管道振動及應力nc)往復式壓縮機（泵）氣（液）柱頻率分析-防止氣柱共振nd)往復式壓縮機（泵）壓力脈動分析- 控制壓力脈動值（值）介質內的聲速氣體流速VVUUDd,45 . 03 . 0Dd孔板厚度=3-5mm孔板位置在較大緩沖罐的進出口均可一、一、管管道道應應力

6、力分分析析W1 管道固有頻率（角頻)W0 激振頻率（角頻） 放大因子通常W1應避開0.8W01.2W0的區(qū)域，在工程中最好避開0.5W01.5W0的范圍，這樣振幅較小。一、一、管管道道應應力力分分析析入或吸出頻率）的1.2倍以上。設計時最好控制在1.5倍以上。60nnnn一、一、管管道道應應力力分分析析一、一、管管道道應應力力分分析析一、一、管管道道應應力力分分析析二、二、管管道道應應力力分分析析專專規(guī)范nGB/T 20801-2006 壓力管道規(guī)范nHG/T20645-1998化工裝置管道機械設計規(guī)定nSH/T3041-2002石油化工企業(yè)管道柔性設計規(guī)范nGB150鋼制壓力容器nJB/T8

7、130.1-1999 恒力彈簧支吊架nJB/T8130.2-1999 可變彈簧支吊架nGB 50251-2003 輸氣管道工程設計規(guī)范nGB 50253-2003 輸油管道工程設計規(guī)范nASME/ANSI B31.1 Power PipingnASME/ANSI B31.3 Process Piping二、二、管管道道應應力力分分析析專專三、三、管管道道應應力力分分析析專專業(yè)業(yè)與與其其四、四、管管道道類；類；承承重重架、架、限限制制性性支支架架和和減減振振架。架。n1.1 承承重重架：架：用用來來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載載的的支支吊吊架架(含含可可調調支支

8、架架)。na. 滑動架：在支承點的下方支撐的托架，除垂直方向支撐力及水平方向摩擦力以外，沒有其他任何阻力。nb. 彈簧架：包括恒力彈簧架和可變彈簧架。nc. 剛性吊架：在支承點的上方以懸吊的方式承受管道的重力及其他垂直向下的荷載，吊桿處于受拉狀態(tài)。nd. 滾動支架：采用滾筒支承，摩擦力較小。四、四、管管道道道道系系統(tǒng)統(tǒng)位位移移的的支支架架(含含可可調調限限位位架架)。na. 導向架：使管道只能沿軸向移動的支架，并阻止因彎矩或扭矩引起的旋轉。nb.限位架：限位架的作用是限制線位移。在所限制的軸線上，至少有一個方向被限制。nc. 定值限位架：在任何一個軸線上限制管道的位移至所要求的數值，稱為定值限

9、位架。nd.固定架：限制管道的全部位移。四、四、管管道道和熱膨脹作用以外的任何力(如物料沖擊、機械振動、風力及地震等外部荷載)的作用所產生的管道振動的支架。n減振架有彈簧及油壓和機械三種類型。四、四、管管道道及剛度兩項控制n強度控制略n剛度控制裝置內13mm，裝置外25 mmn2）導向間距：na)水平管nb)垂直管n垂直管道的最大導向支架間距大致可按不保溫管充水的水平管道支架間距進行圓整。附表一：垂直管線導向間距表四、四、管管道道四、四、管管道道要作詳細應力計算的管道，應根據應力計算結果設計管架n3.10 在敏感的設備(泵、壓縮機)附近，應設置彈簧支架，以防止設備口承受過大的管道荷載n3.11

10、 往復式壓縮機的吸入或排出管道以及其它有強烈振動的管道，宜單獨設置有獨立基礎的支架，(支架生根于地面的管墩或管架上)，以避免將振動傳遞到建筑物上n3.12 除振動管道外，應盡可能利用建筑物、構筑物的梁柱作為支架的生根點，且應考慮生根點所能承受的荷載，生根點的構造應能滿足生根件的要求n3.13 管道支吊架應設在不妨礙管道與設備的連接和檢修的部位四、四、管管道道四、四、管管道道在選用管道支吊架時，應按照支承點所承受的荷載大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、是否保溫或保冷、管道的材質等條件選用適合的支吊架；對于冷管,在管架設計時,應該有防止冷橋產生的措施;n5.2設計管道支吊架時，應盡可能選用標準

11、管卡、管托和管吊；四、四、管管道道吊：n管內介質溫度等于或大于400的碳素鋼材質的管道；n低溫管道；n合金鋼材質的管道；n生產中需要經常拆卸檢修的管道；n架空敷設且不易施工焊接的管道；n非金屬襯里管道；n需熱處理的管道（消除應力）四、四、管管道道能承受的沖擊荷載，一般在下列位置設置導向管托，以保證管道只沿著軸向位移：n可能產生振動的兩相流管道；n橫向位移過大可能影響鄰近管道時；固定支架之間的距離過長，可能產生橫向不穩(wěn)定時；（柱失穩(wěn)）n為防止法蘭和活接頭泄漏要求管道不宜有過大的橫向位移時；四、四、管管道道00mm時，應選用加長管托，以免管托滑到管架梁下；n5.6凡支架生根在需整體熱處理的設備上時

12、，應向設備專業(yè)提出所用預焊件的條件；n5.7對于荷載較大的支架位置要事先與有關專業(yè)設計人聯系，并提出支架位置、標高和載荷情況；n5.8凡需要限制管道位移量時，應考慮設置限位架。n5.9安全閥出口管線的支架要高度重視，應足以抵抗泄放時沖擊荷載的作用四、四、管管道道道可用固定點將其劃分成幾個形狀較為簡單的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等以便進行分析計算；n6.2確定管道固定點位置時，使其有利于兩固定點間管段的自然補償；n6.3選用形補償器時，宜將其設置在兩固定點的中部；n6.4固定點宜靠近需要限制分支管位移的地方；n6.5固定點應設置在需要承受管道振動、沖擊荷載或需要限制管道多方向位移的地方

13、；n6.6作用于管道中固定點的荷載，應考慮其兩側各滑動支架的摩擦反力；n6.7進出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置分界處設固定點。四、四、管管道道根：n在設計從設備上生根的支架時，要求在設備上預焊生根件。如果現場安裝支架在設備壁上直接焊接，許多設備需要重新檢驗，且拖延施工進度。焊后殘余應力會影響設備的防腐能力和機械性能。對于非金屬襯里的設備，現場焊接會損壞內襯如橡膠、塑料、玻璃等。n對容器類設備的管口、設備上的生根件(包括管道支架預焊件、平臺預焊件及保溫(冷)的預焊件等)都確定下來，把條件及資料送交設備制造廠，這對于提前制造設備是十分有利的。越是復雜的及制造周期長的設備，越需提前

14、提出條件。n在設計中，應將生根件(預焊件)的位置、荷載(力及力矩)、預焊件的尺寸或標準等提供給設備設計者，以滿足支架設計的要求。四、四、管管道道通通常常采采用用的的方方法法有：有：預預埋埋鋼鋼板板或或型型鋼鋼或或套套管、管、在在混混凝凝土土結結構構上上鉆鉆孔孔后后用用膨膨脹脹螺螺栓栓固固定定等。等。n7.3 在在墻墻上上（WALL）生生根根墻墻上上預預留留孔、孔、砌砌預預制制塊塊(帶帶有有預預埋埋鋼鋼板板)，以以及及采采用用膨膨脹脹螺螺栓栓固固定定等。等。n7.4 在在地地面面/基基礎礎（FOUNDATION）上上生生根根n7.5 在在鋼鋼結結構構/大大管管上上（STEEL）生生根根四、四、管