管道应力分析
管道应力分析
第一章任务与职责
1. 管道柔性设计的任务
压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况；
1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏；
2) 管道接头处泄漏；
3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；
4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏；
2. 压力管道柔性设计常用标准和规范
1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》
2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》
3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》
4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》
5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》
6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》
7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》
8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》
9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》
10) GB 150-1998《钢制压力容器》
3. 专业职责
1) 应力分析(静力分析动力分析）
2) 对重要管线的壁厚进行计算
3) 对动设备管口受力进行校核计算
4) 特殊管架设计
4. 工作程序
1) 工程规定
2) 管道的基本情况
3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿
4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计
5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析
6) 立体管系可采用公式法进行应力分析
7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道
8) 采用CAESAR II 进行应力分析
9) 调整设备布置和管道布置
10) 设置、调整支吊架
11) 设置、调整补偿器
12) 评定管道应力
13) 评定设备接口受力
14) 编制设计文件
15) 施工现场技术服务
5. 工程规定
1) 适用范围
2) 概述
3) 设计采用的标准、规范及版本
4) 温度、压力等计算条件的确定
5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法
6) 应用的计算软件
7) 需要进行详细应力分析的管道类别
8) 管道应力的安全评定条件
9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）
10)防止法兰泄漏的条件
11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求
12)业主的特殊要求
13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）
14)不同专业间的接口关系
15)环境设计荷载
16)其它要求
第二章压力管道柔性设计
1. 管道的基础条件
包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。
2. 管道的计算温度确定
管道的计算温度应根据工艺设计条件及下列要求确定：
1) 对于无隔热层管道：介质温度低于65℃时，取介质温度为计算温度；介质温度等于或高于65℃时，取介质温度的95%为计算温度；
2) 对于有外隔热层管道，除另有计算或经验数据外，应取介质温度为计算温度；
3) 对于夹套管道应取内管或套管介质温度的较高者作为计算温度；
4) 对于外伴热管道应根据具体条件确定计算温度；
5) 对于衬里管道应根据计算或经验数据确定计算温度；
6) 对于安全泄压管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度；
7) 进行管道柔性设计时，不仅应考虑正常操作条件下的温度，还应考虑开车、停车、除焦、再生及蒸汽吹扫等工况。
3. 管道安装温度宜取20℃（除另有规定外）。
4. 管道计算压力应取计算温度下对应的操作压力。
5. 管道钢材参数按《石油化工管道柔性设计规范》SH/T3041－2002执行
1) 钢材平均线膨胀系数可参照附录A选取。
2) 钢材弹性模量可参照附录B选取。
3) 计算二次应力范围时，管材的弹性模量应取安装温度下钢材的弹性模量。
6. 管道壁厚计算
1) 内压金属直管的壁厚
根据SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定：
当S0< Do /6时，直管的计算壁厚为：
S0 = P D0/(2[σ]tΦ+2PY)
直管的选用壁厚为： S = S0 + C
式中S0―― 直管的计算壁厚，mm；
P――设计压力，MPa；
D0――直管外径，mm；
[σ]t―― 设计温度下直管材料的许用应力，MPa；
Φ――焊缝系数，对无缝钢管，Φ＝1；
S――包括附加裕量在内的直管壁厚，mm；
C―― 直管壁厚的附加裕量，mm；
Y――温度修正系数，按下表选取。
当S0≥D0/6或P/[σ]t > 0.385时，直管壁厚应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等因素综合考虑确定。
2）对于外压直管的壁厚
应根据GB 150-1998《钢制压力容器》规定的方法确定。
7. 管道上的荷载
管道上可能承受的荷载有：
1）重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；
2) 压力荷载，压力荷载包括内压力和外压力；
3) 位移荷载，位移荷载包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；
4) 风荷载；
5) 地震荷载；
6) 瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击；
7) 两相流脉动荷载；
8) 压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；
9) 机器振动荷载，如回转设备的振动。
8. 管道端点的附加位移
在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端点的附加位移：
1) 静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；
2) 转动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移；
3) 加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移；
4) 储罐等设备基础沉降在连接管口处产生的附加位移；
5) 不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移。
9. 管道布置
管道的布置尽量利用自然补偿能力：
1) 改变管道的走向，以增加整个管道的柔性；
2) 利用弹簧支吊架放松约束；
3) 改变设备布置。
4) 对于复杂管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、Π形、Z形等管段。确定
管道固定点位置时，宜使两固定点间的管段能够自然补偿。
10. 宜采用计算机分析方法进行详细柔性设计的管道
1) 操作温度大于400 ℃或小于－50 ℃的管道；
2) 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；
3) 进出反应器的高温管道；
4) 进出汽轮机的蒸汽管道；
5) 进出离心压缩机、往复式压缩机的工艺管道；
6) 与离心泵连接的管道，可根据设计要求或按图1-1 确定柔性设计方法；
图1-1 与离心泵连接管道柔性设计方法的选择
7) 设备管口有特殊受力要求的其他管道；
8) 利用简化分析方法分析后，表明需进一步详细分析的管道。
11. 不需要进行计算机应力分析的管道
1) 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道；
2) 和已分析管道相比较，确认有足够柔性的管道；
3) 对具有同一直径、同一壁厚、无支管、两端固定、无中间约束并能满足式(1) 和式(2) 要求的非极度危害或非高度危害介质管道。
Do·Y/(L-U)2 ≤208.3――(1)
Y = (⊿X2+⊿Y2+⊿Z2)1/2 ――(2）
式中：DO――管道外径，mm；
Y――管道总线位移全补偿值，mm；
Δx、Δy、Δz分别为管道沿坐标轴x、y、z方向的线位移全补偿值，mm；
L――管系在两固定点之间的展开长度，m；
U――管系在两固定点之间的直线距离，m。
式( l ）不适用于下列管道：
(1) 在剧烈循环条件下运行，有疲劳危险的管道：
(2) 大直径薄壁管道(管件应力增强系数i≥5）：
(3) 不在这接固定点方向的端点附加位移量占总位移量大部分的管道；
(4)L/U>2.5的不等腿"U"形弯管，或近似直线的锯齿状管道。
12. 管道端点无附加角位移时管道线位移全补偿值计算
当管道端点无附加角位移时，管道线位移全补偿值应按下列公式计算：
⊿X=⊿XB-⊿XA-⊿XtAB
⊿Y=⊿YB-⊿YA-⊿YtAB
⊿Z=⊿ZB-⊿ZA-⊿ZtAB
⊿XtAB =α1(XB – XA）(T –T0）
⊿YtAB =α1(YB – YA）(T –T0）
⊿ZtAB =α1(ZB – ZA）(T –T0）
式中：
⊿X、⊿Y、⊿Z ――分别为管道沿坐标轴X、Y、Z方向的线位移全补偿值，mm：
⊿XA、⊿YA、⊿ZA――分别为管道的始端A沿坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm；⊿XB、⊿YB、⊿ZB――分别为管道的末端B沿坐标轴X、Y、Z方向的附加线位移，mm；⊿XtAB、⊿YtAB、⊿ZtAB――分别为管道AB沿坐标轴X、Y、Z方向的热伸长值，mm；αt――管道材料在安装温度与计算温度间的平均线膨胀系数，mm/mm·℃；
XA、YA、ZA――管道始端A的坐标值，mm；
XB、YB、ZB――管道末端B的坐标值，mm；
T――管道计算温度，℃；
T0――管道安装温度，℃。
13. 例题
利用判别式解题有两种方法：
第一种方法注意如下四点和上面“＋”、“－”号的取值。
1) 假定一个始端，一个终端
2) 始端固定，终端放开
3) 热膨胀方向由始端向终端
4) 热伸长量取正直
第二种方法注意如下四点。和SH/T 3041-2002中的公式一致
1) 假定一个始端，一个终端
2) 始端固定，终端放开
3) 热膨胀方向由始端向终端
4) 建立坐标系，端点附加位移和热伸长量与坐标轴同向取“＋”，与坐标轴反向取“－”。上题计算如下：
⊿Y=⊿YB－⊿YA－⊿YtAB = 0－4－12 = －16 mm
⊿Y=⊿YB－⊿YA－⊿YtAB = 4－(－5)－(－20) = 29 mm
⊿Z=⊿ZB－⊿ZA－⊿ZtAB = 2－0－(－24) = 26 mm
Y=(⊿Y2＋⊿Y2＋⊿Z2)1/2 = [(－16)2＋292＋262]1/2 = 42.1 mm
DO．Y/(L－U)2 = 159*42.1/(14－8.4)2 = 6693.9/31.36 = 213.45 > 208.3
所以需要进行详细分析，与上面的计算结果不同。这里需要说明的是，不是计算过程错误，而是新旧标准管径取的不一致，新标准为外径。
第三章补偿器的选用
首先应利用改变管道走向获得必要的柔性，但由于布置空间的限制或其他原因也可采用补偿器获得柔性。
1. 补偿器的形式
压力管道设计中常用的补偿器有三种：
Π型补偿器、波形补偿器、套管式或球形补偿器
2. Π型补偿器
Π型补偿器结构简单、运行可靠、投资少，在石油化工管道设计中广泛采用。采用Π形管段补偿时，宜将其设置在两固定点中部，为防止管道横向位移过大，应在Π型补偿器两侧设置导向架。
3. 波形补偿器
波形补偿器，补偿能力大、占地小，但制造较为复杂，价格高，适用于低压大直径管道。
1) 波形补偿器条件
(1)比用弯管形式补偿器更为经济时或安装位置不够时。
(2)连接两个间距小的设备的管道。其补偿能力不够时。
(3)为了减少压降，推力或振动，在工艺过程上可行而且在经济上合理时。
(4)为了保护有严格受力要求的设备嘴子。
2) 波形补偿器的形式及适用条件
(1)直管段使用轴向位移型；
(2)两个方向位移的L形，Z形管段使用角型；
(3)三个方向位移的Z形管段使用万向角型；
(4)吸收平行位移的使用横向型。
3) 选用无约束金属波纹管膨胀节时应注意的问题
(1) 两个固定支座之间的管道中仅能布置一个波纹管膨胀节；
(2) 固定支座必须具有足够的强度，以承受内压推力的作用；
(3) 对管道必须进行严格地保护，尤其是靠近波纹管膨胀节的部位应设置导向架，第一个导向支架与膨胀节的距离应小于或等于4DN，第二个导向支架与第一个导向支架的距离应小于或等于14DN，以防止管道有弯曲和径向偏移造成膨胀节的破坏；
4) 带约束的金属波纹管膨胀节的类型
带约束的金属波纹管膨胀节的共同特点是管道的内压推力(俗称盲
板力）没有作用于固定点或限位点处，而是由约束波纹管膨胀节用的金属部件承受。
(1) 单式铰链型膨胀节，由一个波纹管及销轴和铰链板组成，用于吸收单平面角位移；
(2) 单式万向铰链型膨胀节，由一个波纹管及万向环、销铀和铰链成，能吸收多平面角位移；
(3) 复式拉杆型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及拉杆组成，能吸收多平面横向位移和拉杆问膨胀节本身的轴向位移；
(4) 复式铰链型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收单平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；
(5) 复式万向铰链型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收互相垂直的两个平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；
(6) 弯管压力平衡型膨胀节，由一个工作波纹管或用中间管连接的两个工作波纹管及一个平衡波纹管构成，工作波纹管与平衡波纹管间装有弯头或三通，平衡波纹管一端有封头并承受管道内压，工作波纹付和平衡波纹管外端间装有拉杆。此种膨胀节能吸收轴向位移和/或横向位移。拉杆能约束波纹管压力推力. 常用于管道方向改变处；
(7) 直管压力平衡型膨胀节，一般位于两端的两个工作波纹管及有效面积等于二倍工作波纹管有效面积、位中间的一个平衡波纹管组成，两套拉杆分别将每一个工作波纹管与平衡波纹管相互连拔起来。此种膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。
5) 波纹管膨胀节在施工安装中应注意的问题
(1) 膨胀节的施工和安装应与设计要求相一致；
(2) 膨胀节的安装使用应严格按照产品安装说明书进行；
(3) 禁止采用使膨胀节变形的方法来调整管道的安装偏差；
(4) 固定支架和导向支架等应严格按照设计图纸进行施工，需要改动时应经原分析设计人员认可；
(5) 膨胀节上的箭头表示介质流向，应与实际介质流向相一致，不能装反；
(6) 安装铰链型膨胀节时，应按照施工图进行，铰链板方向不能装错；
(7) 在管道系统(包括管道、膨胀节和支架等）安装完毕，系统试压之前，应将膨胀节的运输保护装置拆除或松开。按照国标GB/T 12777的规定，运输保护装置涂有黄色油漆，应注意不能将其他部件随意拆除；
(8) 对于复式大拉杆膨胀节，不能随意松动大拉杆上的螺母，更不能将大拉杆拆除；
(9) 装有膨胀节的管道，做水压试验时，应考虑设置适当的临时支架以承受额外加到管道和膨胀节上的荷载。试验后应将临时支架拆除。
3. 套管式或球形补偿器
套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，在石化企业中很少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用填料函式补偿器。
4. 冷紧
1) 冷紧
冷紧可降低操作时管道对连接设备或固定点的推力和力矩，防止法兰连接处弯矩过大而发生泄漏。冷紧是将管道的热应变一部分集中在冷态，在安装时(冷态)使管道产生一个初位移和初应力的一种方法。当管道沿坐标轴X、y、Z方向的冷紧比不同时，每个方向的冷紧值应根据该方向的冷紧进行计算。当管道上有几个冷紧口时，沿坐标轴X、y、Z方向的冷紧值分别为各冷紧口在相应坐标轴方向冷紧值的代数和。
管道采用冷紧时，热态冷紧有效系数取2/3，冷态取1。
2) 连接转动设备的管道不应采用冷紧
由于施工误差使得冷紧量难于控制，另一方面，在管道安装完成后要将与敏感设备管口相连的管法兰卸开，以检查该法兰与设备法兰的同轴度和平行度，如果采用冷紧将无法进行这一检查。
3) 自冷紧
如果热胀产生的初应力较大时，在运行初期，初始应力超过材料的屈服强度而发生塑性变形，或在高温持续作用下，管道上产生应力松弛或发生蠕变现象，在管道重新回到冷态时，则产生反方向的应力，
这种现象称为自冷紧。但冷紧不改变热胀应力范围。
4) 冷紧比
冷紧比是冷紧值与全补偿量的比值。
对于材料在阳变温度下工作的管道，冷紧比宜取0.7。对于材料在非蠕变温度下工作的管道，冷紧比宜取0.5。
第四章支吊架选用
1. 管道跨距
管道基本跨距的确定实际上就是管系承重支架(或起承重作用的支架)的位置和数量的确定，也就是说管系中承重支架的位置和数量应满足管道基本跨距的要求。为了简化计算，对于水平连续敷设的管道，以三跨连续梁作为计算模型，并按承受均布载荷(指管道自重、介质重和隔热材料重之和)分别根据刚度条件和强度条件计算其最大允许跨距，取(Ll和L2)两者之间的小值。
(l)刚度条件：
Ll = 0.039(EtI/ q)1/4 (装置内)
L’l = 0.048(EtI/ q)1/4 (装置外)
式中
L1、L'1――装置内(外)由刚度条件决定的跨距，m；
Et――管材在设计温度下的弹性模量，MPa；
I――管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的断面惯性矩，mm4；
q――每米管道的质量，N/m。
（2）强度条件：
L2 = 0.1([σ] tW/q)1/2 (不考虑内压)
L2 = 0.071([σ] tW/q)1/2 (考虑内压)
式中
[σ]t――管材在设计温度下的许用应力，MPa；
W――管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的抗弯断面模数，mm3。
I和W分别按以下二式计算：
I =π（Do4-Di4）/64
W =π（Do4-Di4）/32Do
式中Di――管道内径，mm；
Do――管道外径，mm。
2. 管道支吊架的形式：
管道支吊架的用途为：
1) 承受管道的重量荷载(包括自重、介质重和隔热材科重等)；
2) 限制管道的位移，阻止管道发生非预期方向的位移；
3) 用来控制管道的振动、摆动或冲击。
因此，管道支撑的位置确定、支撑型式的确定以及管道支吊架本身的强度设计也主要是围绕着上述支吊架的三个功能展开的。根据管道支吊架的用途可以分为三大类：
固定架限制了三个方向的线位移和三个方向的角位移；导向架限制了两个方向的线位移；支托架(或单向止推架)限制了一个方向的线位移。
第四部分
14. 摩擦系数
1) 在管道柔性设计中，应考虑支架摩擦力的影响，摩擦系数应按下表选取。
2) 重要关系进行应力分析时应考虑摩擦力对整个管系的受力分配。
3) 对于转动设备应尽可能采用吊架，以减少摩擦力对设备嘴子受力的干扰。
4) 当采用吊杆或弹簧吊架承受管道荷载时，可不考虑摩擦力的影响。
15. 例题
弹簧支吊架编号（弹簧号）的选定
当用计算机程序对管道进行应力分析时，某些程序有自动选择弹簧支吊架的功能，人工计算时，可根据弹簧所能承受的最大荷载和管道最大的垂直位移量选择弹簧。管道的最大垂直位移量，可按本章第四节介绍的方法计算，弹簧所承受的最大荷载由下述原则确定。
管道热位移向上时：
安装荷载= 工作荷载+位移量×弹簧刚度
管道热位移向下时：
安装荷载= 工作荷载一位移茧×弹簧刚度
CD42135-89系列弹簧荷载选用见表15－2－42。使用此表时，把管道的基本荷载视为弹簧的工作荷载，再根据位移方向及大小，在表中查出安装荷载。查出安装荷载后，再根据下式计算荷载变化率，使其小于或等于25％：
荷载变化率＝[（|PG－PA|）/PG] X 100％≤25％
式中PG――工作荷载；
PA――安装荷载。
例1：某根管道的工作荷载为7628 N，运行时位移向上，位移量为10 mm，根据管道安装要求，需采用A型吊架，试选择吊架型号：解：
(l)查表15-2-42，暂定该吊架位移范围为VS30
(2)在表15-2-42的中线和上粗线之间查得工作荷载(基本荷载)为7628 N的弹簧编号为13。
(3)以7623 N对应的VS30刻度值向下l0 mm查得安装荷载为9123 N。
(4)验算弹簧荷载变化率：
[(|7628－9123|)/7628] X 100％＝19.6％< 25％
(5)选用吊架型号为VS30A13。
当所选用的弹簧其荷载变化率〉25%时，应减小弹簧刚度，另选位移范围大一级的弹簧。
例2：某管道工作荷载为17350 N，运行时位移向上，位移量为12 mm。根据管道安装要求需采用G型吊架，试选择吊架型号：
解：
(l)查表15-2-42，暂定该吊架位移范围为VS30；
(2)G型吊架每个吊架实际仅承受管道荷载的一半，即17350/2＝8675 N。
(3)在表15-2-42的中线和上粗线之间查得工作荷载为8675 N的弹簧编号为13。
(4)以8675 N对应的VS30刻度值向下l2 mm 查得安装荷载为10469 N。
(5)验算弹簧荷载变化率：
[(|8675－10469|)/8675] X 100％＝20.6％< 25％
(6)选用吊架型号为VS30G13。
第五章应力分析
1. 进行应力分析的目的是
1) 使管道应力在规范的许用范围内；
2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；
3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载；
4) 解决管道动力学问题；
5) 帮助配管优化设计。
2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？
答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。
1) 静力分析包括：
(l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏；
(2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏；
(3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行；
(4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据；
(5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏；
(6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。
2) 动力分析包括：
(l)管道自振频率分析――防止管道系统共振；
(2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力；
(3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振；
(4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。
3. 管道应力分析的方法
管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。
4. 对管系进行分析计算
1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点：
(1) 管道端点
(2) 管道约束点、支撑点、给定位移点
(3) 管道方向改变点、分支点
(4) 管径、壁厚改变点
(5) 存在条件变化点（温度、压力变化处）
(6) 定义边界条件（约束和附加位移）
(7) 管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件）
(8) 定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等）
(9) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点)
(10) 动力分析需增设点
2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算）
(1) 利用计算机推荐工况（用CASW ARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入）
(2) 弹簧可由程序自动选取
(3) 计算结果分析
(4) 查看一次应力、二次应力的核算结果
(5) 查看冷态、热态位移
(6) 查看机器设备受力
(7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）
(8) 查看弹簧表
3) 反复修改直至计算结果满足标准规范要求（计算结果不满足要求可能存在的问题）
(1) 一次应力超标，缺少支架
(2) 二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强
(3) 冷态位移过大，缺少支架
(4) 热态水平位移过大，缺少固定点或Π型
(5) 机器设备受力过大，管道柔性不够
(6) 固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够
(7) 支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架
(8) 弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整
5. 编制计算书，向相关专业提交分析计算结果
1) 计算书内容
(1) 一次应力校核内容
(2) 二次应力校核内容
(3) 约束点包括固定点、支吊点、限位导向点和位移点冷态、热态受力
(4) 各节点的冷态、热态位移
(5) 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息
(6) 离心泵、压缩机和汽轮机的受力校核结果
(7) 经分析最终确定的管道三维立体图，包括支吊架位置、形式、膨胀节位置等信息2) 向相关专业提交分析计算结果
(1) 向配管专业提交管道应力分析计算书，计算书不提供给甲方
(2) 向设备专业提交设备需确认的设备受力
(3) 如果支撑点、限位点、导向点的荷载较大，应向结构专业提交荷载数据
(4) 将往复压缩机管道布置及支架设置提交压缩机制造厂确认
6. 何谓一次应力，何谓二次应力？分别有哪些荷载产生？这两种应力各有何特点？
答：一次应力是指由于外加荷载，如压力或重力等的作用产生的应力。
一次应力的特点是：它满足与外加荷载的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将
产生塑性变形而破坏。
二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，它不直接与外力平衡，二次应力的特点是具有自限性，当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降低下来。二次应力过大时，将使管道产生疲劳破坏。在管道中，二次应力一般由热胀、冷缩和端点位移引起。
7. 一般来说，管道上哪些点的应力比较大？为什么？
答：一般来说，管道上三通和弯管处的应力比较大。因为，与直管相比，三通和弯管处的应力增强系数比较大。
8. 根据NEMA SM23的要求，汽轮机管口受力应满足什么要求？
答：NEMA SM23对汽轮机管口受力的限制如下：
定义机轴方向为X方向，铅垂向上方向为+Y，汽轮机各管口受力必须满足下列各项要求；
(l)作用于任一管口上的合力及合力矩应满足以下要求：
0.9144FR＋MR≤26.689De
式中
De――当量直径，mm；当管口公称直径不大于200时，De=管口公称直径；当管口公称直径大于200时，De=(管口公称直径+400)/3；
FR――单个管口上的合力，当接管采用无约束膨胀节时应包括压力产生的作用力(凝汽式汽轮机垂直向下出口可不考虑膨胀节内压推力)，N；
MR――单个管口上的合力矩，N·m。
FR = (Fx2＋Fy2＋Fz2)1/2
MR = (Mx2＋My2＋Mz2)1/2
式中
Fx、Fy、Fz――单个管口上X、Y、Z方向的作用力，N；
Mx、My、Mz――单个管口上X、Y、Z方向的力矩，N·m。
(2)进汽口、抽汽口和排汽口上的力和力矩合成到排汽口中心处的合力及合力矩应满足以下两个条件：
1)合力和合力矩应满足以下条件：
0.6096 Fc＋MC ≤13.345DC
其中：
Fc――进汽口、抽汽口和排汽口的合力，N；
Mc――进汽口、抽汽口和排汽口的力与力矩合成到排汽口中心处的合力矩，N·m；
Dc――按公称直径计算得到的各管口面积之和的当量直径，mm。
当各管口面积之和折合成圆形的折算直径不大于230mm时，Dc =折算直径；当各管口面积之和折合成圆形的折算直径大于230mm时，Dc =(折算直径+460)/3。
2) FC和MC在X、Y、Z三个方向的分力和分力矩应满足以下条件：
|F cx| ≤8.756Dc|Fcx| ≤13.345Dc
|Fcy| ≤21.891Dc|Fcy| ≤6.672Dc
|Fcz| ≤17.513Dc|Fcz| ≤6.672Dc
式中
Fcx、Fcy、Fcz―― Fc在X、Y、Z方向上的分力，N；
Mcx、MCy、Mcz――MC在X、Y、Z方向上的分力矩，N·m。
(3)对于具有向下排汽口的凝汽式汽轮机，其排气口安装元约束膨胀节时，允许存在由压力引起的附加力(此附加力垂直于排出口法兰面并作用于中心)。对于此种汽轮机，在进行(1)、(2)两项校核过程中，计算排汽口上的垂直分力时不包括压力荷载。
对于具有向下排汽口的凝汽式汽轮机，还应进行如下校核：
同时考虑压力荷载和其它荷载时，如果作用于排汽口的垂直分力不超出排汽口面积的0.1069倍，则认为压力荷载在排汽口引起的作用力是允许的。力的单位为N，面积单位为mm2。
9. 对高温管道，用较厚的管子代替较薄的管子时，应注意什么问题？
答：管子壁厚的增加提高了管道的刚度，增加了管壁截面积和自重，因而必须对管道的柔性进行分析，以校核固定点、设备管口和各支吊架的载荷，还应校核弹簧支吊架的型号是否合适。
10. 塔顶部管口的热膨胀量(初位移)应如何确定？
答：塔顶部管口可分三类处理，即封头中心管口、封头斜插管口和上部简体径向管口，管口的热膨胀量分别按下列方法确定：
(1)封头中心管口热膨胀量的计算
封头中心管口只有一个方向的热膨胀，即垂直方向，考虑到从塔固定点至封头中心管口之间可能存在操
作温度和材质的变化，故总膨胀量按下式计算：
ΔY =Llαl(tl－t0)＋L2α2 (t2－t0)＋……＋Liαi(ti－t0) ――（5－1）式中
ΔY――塔顶管口总的热膨胀量，cm；
Li――塔固定点至封头中心管口之间因温度和材质变化的分段长度，m；
Αi――线膨胀系数，由20℃至ti℃的每米温升1℃时的平均线膨胀量，cm/m·℃；
Ti――各段的操作温度，℃；
To――安装温度，一般取20℃。
(2)封头斜插管口热膨胀量的计算
封头斜插管口有两个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同（5－1）式，水平方向的热膨胀量按下式计算：
ΔX = Lαl(t －to) ――（5－2）
式中
ΔX――封头斜插管口水平方向的热膨胀量，cm；
L――塔中心线距封头斜插管口法兰密封面中心的水平距离，m；
α1――线膨胀系数，由20℃至t℃的每米温升1℃时的平均线膨胀量，cm/m·℃；
t――塔顶部的操作温度，℃；
to――安装温度，一般取20℃。
(3)上部简体径向管口热膨胀量的计算
上部简体径向管口有两个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同式(5－1)，水平方向的热膨胀
量按下式计算；
ΔX = Lαl(t －to) (5－3)
式中
ΔX――上部筒体径向管口水平方向的热膨胀量，cm；
L――分馏塔中心线距上部简体径向管口法兰密封面的距离，m；
α1――线膨胀系数，由20℃至t ℃的每米温升l℃时的平均线膨胀量，cm/m·℃；
t――塔上部的操作温度，℃；
t0――安装温度，一般取20℃。
11. 在管道柔性设计中，计算温度取正常操作温度，是否总是偏于安全？
答：在管道柔性设计中，计算温度取正常操作温度，并非总是偏于安全的。因为，在进行管道柔性设计
时，不仅应考虑、正常操作条件下的温度，还应考虑开车、停车、除焦、再生等情况。
12. 在石油化工管道设计中可能遇到哪些振动？
答：在石油化工管道设计中常见的振动有：
(1)往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；
(2)两相流管道呈柱塞流时的振动；
(3)水锤；
(4)安全阀排气系统产生的振动；
(5)风载荷、地震载荷引起的振动。
13. 往复压缩机、往复泵的管道振动分析应包括哪些内容？
答：振动分析应包括：
1) 气(液)柱固有频率分析，使其避开激振力的频率；
2) 压力脉动不均匀度分析，采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措施，将压力不均匀度控制在允许范围内；
3) 管系结构振动固有频率、振动及各节点的振幅及动应力分析，通过设置防振支架，优化管道布置，消除过大管道振动。
14. 何谓共振？在往复式机泵管道设计中可能引发共振的因素有哪
管道应力分析
第一章任务与职责 1)管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况： 1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2)管道接头处泄漏： 3)管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行； 4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏： 2.压力管道柔性设计常用标准和规范 1)GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2)SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3)SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4)SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5)SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6)JBrT8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7)JBfT8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8)GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9)HG“ 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10)GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责 1)应力分析(静力分析动力分析) 2)对重要管线的壁厚进行计算 3)对动设备管口受力进行校核计算 4)特殊管架设计 4.工作程序 1) 工程规定 2)管道的基本情况 3)用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿
4)用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析 6）立体管系可采用公式法进行应力分析 7）宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8）采用CAESAR II进行应力分析 9）调整设备布置和管道布置 10）设置、调整支吊架 11）设置、调整补偿器 12）评定管道应力 13）评定设备接口受力 14）编制设计文件 15）施工现场技术服务 5.工程规定 1）适用范围 2）概述 3）设计采用的标准、规范及版本 4）温度、压力等计算条件的确定 5）分析中需要考虑的荷载及计算方法 6）应用的计算软件 7）需要进行详细应力分析的管道类别 8）管道应力的安全评定条件 9）机器设备的允许受力条件（或遵循的标准） 10）防止法兰泄漏的条件 11）膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求 12）业主的特殊要求 13）计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）14）不同专业间的接口关系 15）环境设计荷载
管道应力分析
管道应力分析 第一章任务与职责 1. 管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2) 管道接头处泄漏； 3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行； 4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2. 压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10) GB 150-1998《钢制压力容器》 3. 专业职责 1) 应力分析(静力分析动力分析） 2) 对重要管线的壁厚进行计算 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4. 工作程序 1) 工程规定
2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置 10) 设置、调整支吊架 11) 设置、调整补偿器 12) 评定管道应力 13) 评定设备接口受力 14) 编制设计文件 15) 施工现场技术服务 5. 工程规定 1) 适用范围 2) 概述 3) 设计采用的标准、规范及版本 4) 温度、压力等计算条件的确定 5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法 6) 应用的计算软件 7) 需要进行详细应力分析的管道类别 8) 管道应力的安全评定条件 9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准） 10)防止法兰泄漏的条件 11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求 12)业主的特殊要求 13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法） 14)不同专业间的接口关系 15)环境设计荷载
管道应力专业提出的应力分析条件内容
管道应力专业提出的应力分析条件 内容 管道应力专业是工程学科中的重要分支之一，主要研究管道系统中的应力分析问题。管道系统的应力分析是工程设计与成品制造过程中不可或缺的环节，能够为工程师提供关键的设计以及材料选用依据。在进行管道系统的应力分析时，需要掌握一定的应力分析条件，本文将对管道应力专业提出的应力分析条件进行详细介绍。 一、管道设计与材料选用 管道设计是应力分析的基础，必须考虑到各种因素，包括管道直径、壁厚、材料、工作压力、温度和环境等。为了保证管道在使用过程中的安全性，应根据设计要求、材料强度、使用场合等因素，选用适宜的材料并按照规定的方式加工制造管道。 二、管道支承方式 管道在整个系统中当然是一个重要的组成部分，必须支持在恰当位置以保证稳定性，并能承受来自其他组成部分的重量。管道支承方式的设计必须符合管道布置设计和管道材料特性等因素，应选用适当的支承方式，包括管架、吊杆、吊环、卡箍等，以保证管道的稳定性。 三、管道安装方式
管道安装方式对于管道本身的应力分析结果也有不可忽视的影响。管道的安装方式应符合管道材料以及应用环境的特性，如需采用挖坑安装方式则需要考虑地下水位等因素，任何因素变化都会影响到管道的应力分析结果，因此需要在管道设计和安装方案确定前仔细评估，并不断进行跟踪和调整。 四、管道布置方式 管道布置方式的合理性会影响应力分析结果的校准，因此管道应力专业在进行应力分析时需要考虑管道的布置，包括管道直线段与弯管的比例、弯管角度与半径、排水情况等多种因素。在对管道进行应力分析时需要考虑这些因素，并据此对应力结果进行修正和校准。 五、管道载荷分析 在管道系统中，管道本身可以受到多种载荷，如来自其他组成部分的载荷、管道内流体的载荷等。管道载荷分析对于应力分析来说是必需的，载荷分析的结果将被用于计算管道的应力状况，包括弯曲、扭转和拉伸等。在进行应力分析时，需要分别考虑定常载荷和突发载荷。 六、管道温度分析 管道系统在使用过程中的温度变化会对管道本身的应力造成影响，而且不同的管道材料对温度的敏感度也可能不同。因此，管道应力专业在进行应力分析时需要对温度进行分析，并将其考虑在应力分析结果中，以确保管道系统可以在工作温度范围内保持良好的机械性能。 七、管道环境分析
管道应力分析
管道应力分析 应力分析 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法
管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1) 管道端点 (2) 管道约束点、支撑点、给定位移点 (3) 管道方向改变点、分支点 (4) 管径、壁厚改变点 (5) 存在条件变化点（温度、压力变化处） (6) 定义边界条件（约束和附加位移） (7) 管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8) 定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）
压力管道应力分析
压力管道应力分析 压力管道是工业生产和生活中常见的工程结构，广泛用于输送水、油、气等介质。管道内部由于介质压力的作用而产生应力，这些应力的分析对 于管道的设计和使用安全至关重要。本文将从压力管道的应力计算方法、 应力分布特点以及应力分析的影响因素等方面进行探讨。 压力管道的应力计算方法主要有两种，即薄壁理论和薄壁理论的改进 方法。薄壁理论是指在管道内径与壁厚比较大的情况下，将管道近似看作 薄壁圆筒，应力集中在内径和外径处，通过简化计算得出管道内壁和外壁 的应力分布。该方法适用于绝大部分工程中的压力管道计算。薄壁理论的 改进方法包括厚壁筒薄壁环假设、都笑横断面假设等，通过考虑管道截面 的几何形状以及内外径比等因素，提高了应力计算的准确性。 压力管道的应力分布特点主要有三个方面，即轴向应力、周向应力和 切向应力。轴向应力指的是管道轴线方向上的应力，主要由管道内压力和 温度差引起。周向应力指的是管道截面圆周方向上的应力，主要由内压力 引起。切向应力指的是管道截面切线方向上的应力，主要由内压力和薄壁 理论简化计算引起。在传统理论中，管道的轴向应力和周向应力一般为正值，而切向应力为零。 压力管道的应力分析受到多个因素的影响。首先是管道的材料特性， 包括材料的弹性模量、屈服强度、塑性延伸率等。管道的材料特性直接决 定了管道的耐压能力和变形能力。其次是管道的几何形状，包括内径、外径、壁厚等。几何形状的不同会导致管道内外径比和界面摩擦等因素的改变，进而影响应力分布。再次是管道的工作条件，包括温度、压力等。不 同工作条件下管道内部介质的物理性质会发生变化，进而影响管道的应力
分布。最后是管道的固定和支撑方式。固定和支撑方式的不同会引起管道 的应力集中，影响管道的安全性。 为了保证压力管道的正常运行和安全性，需要进行应力分析以及补强 设计。应力分析主要通过有限元分析和解析方法进行。有限元分析是一种 常用的计算机辅助工程分析方法，通过将管道模型离散化为有限个单元， 计算每个单元的应力和变形，进而得到整个管道应力分布的方法。解析方 法主要是基于薄壁理论和薄壁理论的改进方法，通过手工计算得到管道应 力分布。应力分析的结果用于补强设计，其目标是使得管道的应力处于安 全范围内，通过增加管道的材料、厚度或者改变几何形状等方式，提高管 道的承载能力和安全性。 综上所述，压力管道的应力分析对于管道的设计和使用安全至关重要。应力分布的特点包括轴向应力、周向应力和切向应力，受到材料特性、几 何形状、工作条件和固定支撑方式等因素的影响。应力分析的方法既有解 析方法也有有限元分析方法，它们的结果用于管道的补强设计，以提高管 道的承载能力和安全性。
化工管道设计中的管道应力分析
化工管道设计中的管道应力分析 摘要：近年来，化工领域越来越重视管道设计技术，并且取得了很大的进步 与发展。管道设计的基础与管道应力的计算，其主要分析的是在各种不同荷载作 用下所形成的应力、力矩和力，以便于提高所设计管道的经济性、科学性和安全性。如今，管道应力分析在材料规划、优化设计和安全生产等方面都起到了非常 重要的作用，并且在电力、化工、石油等燃化工业管道设计中有着非常重要的地位。鉴于此，文章首先分析了化工管道应力的类别，然后对石油化工管道应力设 计方面的内容进行了研究，以供参考。 关键词：石化管道；应力分类；设计措施 1化工设计中常见的应力类型分析 对于管道来说，通常其处在内压和持续外载以及冷缩的条件下，相应的最大 应力往往会超出材料的屈服限度，加之高温管道出现的应力松弛，相应的管系的 应力状态也会出现极大的变化。针对不同种类的应力，应做出与之相对应的处理，这样所达到的限定效果才会更为理想。通常情况下，管道的应力主要分为一次应力、二次应力和峰值应力等三类。 1.1一次应力 所谓一次应力，主要是因外加荷载等形成的应力，例如压力和重力等。具体 来看，其并不能自我限制，且会随着荷载的增加而增加，在超过材料的极限时， 管道即会出现塑性变形甚至是破坏的情况。另外，管道所受到的风载荷以及地震 载荷同样属于一次应力，相应的处理可根据其具体的特征进行。 1.2二次应力 化工管道的二次应力通常是在运行过程中受到温度的影响所产生的一种应力 现象。化工管道二次应力的大小与管道设计过程中选择的材料性能指标有着紧密 关联。二次应力是因为运行过程中管道环境温度升高，致使管道材料出现胀缩。
与一次应力相比，二次应力带有明显的自觉性和自限性，如果化工管道制造材料 自身的荷载数值已经超过其承载能力的极限，部分管道就会因为无法承受较大的 外部荷载力，出现较小区域内的塑性变形。化工管道在经过一段时间的塑性变形 之后，可结合管道的具体受力状况进行分析，确保整个管道的应力分布保持一种 较为均匀的状态，将塑性变形区的应力进行适当处理，可使变形较为严重的区域 逐渐恢复。由此可以看出，设计人员在化工管道设计工作实施的过程中，需要综 合考虑管道运行状况对二次应力产生的各种影响。 1.3峰值应力 此类应力主要是在管道或附件局部结构不连续或是局部热应力效应的条件下 形成。具体来看，其的变形并不突出，但却会在短期内出现根源性的衰减，疲劳 裂纹或是脆性破坏多与其有关。另外，管道附件上小半径圆角以及焊缝不佳所形 成的应力也属于这样的情况。 2管道应力分析目的 管道应力分析旨在将管道的强度、刚度及振动等难题妥善处理，运用科学的 方式，有效布置、安装、配置管道，基本要求包括下面几点：（1）保障管道系 统设计安全性管道安全性能的总体要求涵盖了耐压强度、耐腐蚀性及密封性。（2）保障装置运行的安全性要是管道布置存在安全隐患，就会导致整个装置运 行过程中存在极大的风险，还会存在各种应力难题。例如，在温度变化的条件下，管道会形成过大的热应力，进而引发下列问题：设备管口被拉坏或是顶坏的风险 增加，各管件连接处被破坏，甚至会导致燃烧或是爆炸的严重事故。此外，要是 动力设备，如果震源的激振和管系固有频率一致，整个装置系统就会产生共振的 现象，这时候，设备及其相连的建筑物就会被严重损坏。 3化工管道设计中削减管道应力的有效措施 3.1选取合适的管道支吊架架设方案 支吊架主要用于电厂汽水管道或锅炉设备、在运行中产生热位移，是管道系 统中非常重要的一个环节。支架的架设要求需要首先对管道受力情况进行全面详
化工管道设计中的管道应力分析
化工管道设计中的管道应力分析 摘要：化工管道设计过程中，管道应力是指在管道设计中由于外力 影响，引起管道和设备产生变形，从而可能导致管道和设备损坏的作用力。所以 为了避免和减小管道在使用过程中受到应力破坏，就要对应力进行分析，以确保 在工程设计中可全面把握影响因素，考虑到所有可能发生的应力情况。据此，本 文对化工管道设计中管道的应力和应力分析内容分别进行了简要研究。 关键词：化工管道；管道应力；塑性形变 管道应力分析是在计算管道应力时，将管系所承受的内压或外压施 加到管道上，使管系在作用力影响下产生一定的变形。如果在设计和施工中不能 保证管道的强度和刚度，则会发生管道破裂、断裂、泄露等事故。所以在设计时，对管道应力分析要考虑充分。这样才能结合分析结果，提高管道设计的标准性， 强化管道自身的耐压性、耐腐蚀性等，最终保障化工管道在实际应用时可安全顺 利运行。 1.化工管道具备的应力种类 1.1一次应力 针对化工管道而言，当遭受到外部环境中作用力施加产生的荷载影 响时，就会导致管道形成一次应力。这种一次应力由于不具备限制性，所以便不 能发挥化学管网的抗压功能来对所受到的外部压力进行抵御，这便大大增加了化 工管道所承受的负担。也就是说，外部额外形成的荷载量和形成的一次应力之间 存在着正向关系，且表现出的平衡性较高。然而，若是承受压力大小存在区别， 那么最终对化工管道形成的作用程度也就会发生变化，即当外部环境给予施工管 道的压力大于自身所具备的承重力时，化工管道便会出现塑性形变或是损毁情况。所以，在具体分析的时候，应结合实际管道形成的压力程度，再来对相应的压力 大小进行评估，以制定出有效应对方案。
压力管道强度及应力分析
压力管道强度及应力分析 压力管道是指承受流体压力作用的管道系统，常用于输送液体或气体。压力管道的设计必须考虑到管道系统的强度，以确保管道在工作条件下能 够安全运行。强度分析是对管道系统在受压状态下的力学性能进行评估和 计算，包括应力分析和应变分析。 压力管道的强度分析主要涉及以下几个方面： 1.管道的内压应力分析：管道容易在受到内部压力作用时发生脆性断裂。内压应力是指管道承受的内部压力产生的应力，应力分布是管道内径 和壁厚决定的。内压应力的计算可以使用薄壁管道的公式，也可以使用粗 壁管道的公式，根据实际情况选择适当的公式进行计算。 2.管道的外压应力分析：外压应力是指管道受到外界压力，如土壤或 混凝土的压力而产生的应力。外压应力会降低管道的承载能力，因此在设 计时必须考虑外压应力的影响。外压应力的计算可以通过考虑管道埋深和 周围土壤或混凝土的性质来进行。 3.管道的弯曲应力分析：管道经过弯曲时会产生弯曲应力。弯曲应力 的大小与管道的弯曲半径、管道材料的弹性模量以及弯曲角度有关。弯曲 应力的计算可以通过应变能方法或力平衡方法进行。 4.管道的轴向应力分析：管道在拉伸或压缩作用下会产生轴向应力。 轴向应力与管道的拉伸或压缩变形有关，可以通过应变能方法或力平衡方 法进行计算。 5.管道的剪切应力分析：管道在复杂受力状态下，如弯曲、拉伸和压 缩同时作用时，会产生剪切应力。剪切应力的计算可以通过静力平衡方程 和应变能方法进行。
在进行强度分析时，需要确定管道的材料性质、管道几何尺寸和外界 加载条件。常用的材料性质包括弹性模量、泊松比和屈服强度等。管道几 何尺寸包括管道内径、壁厚和长度等。外界加载条件包括内部压力、外部 压力和温度等。 强度分析的目的是确定管道是否能够安全承受设计条件下的压力载荷，并提供合适的设计指导。在进行强度分析时，需要进行应力和应变的计算，并与管道材料的极限强度进行比较，以评估管道的安全性。 综上所述，压力管道的强度分析是一个复杂的过程，涉及多个力学参 数和设计标准。合理、准确地进行强度分析，能够确保管道在工作中的安 全运行，并对管道的设计和改进提供有效的参考依据。
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析 一、引言 压力管道作为输送介质的重要设备，在许多工业领域都发挥着重要作用。而在压力管道输送过程中，常常会存在管道的弯管与直管连接结构。这种连接结构在保证管道正常运行的也需要关注其受力情况，以确保其安全可靠。对于压力管道的弯管与直管连接结构的应力分析显得尤为重要。 二、弯管与直管连接结构的受力情况 在管道系统中，弯管与直管连接结构是一种常见的形式。弯管是管道在管道走向中发生弯曲的部分，而直管则是指管道在输送介质的过程中保持直线的状态。在弯管与直管的连接处，会受到来自管道内部介质流动和外部环境作用的力，因此需要对其受力情况进行分析。 1. 内部介质流动的作用 在压力管道中，介质的流动会对管道内壁产生正压，并对外壁产生负压。这种压力作用会对管道连接结构产生一定的弯曲和拉伸。而当介质的流速较大时，还会产生冲击力，增加管道的受力情况。 2. 外部环境作用的力 除了介质的流动作用外，外部环境的力也会对管道连接结构产生一定的影响。例如风载荷、地震力等外部作用力都会对管道的受力情况产生影响。 针对弯管与直管连接结构的受力情况，需要进行应力分析，以了解其受力情况，并采取相应的措施来确保其安全可靠。 1. 应力分析方法 对于弯管与直管连接结构的应力分析，常常采用有限元分析法。有限元分析法是一种通过将复杂的结构分成有限数量的简单部分进行分析，再通过边界条件和约束条件，求解各个部分的应力、位移和应变等参数的方法。通过这种方法，可以清晰地了解管道连接结构受力情况，找出可能存在的问题，并采取相应的措施。 在进行应力分析时，需考虑弯管与直管连接结构内部介质流动和外部环境作用力的影响。需要对管道连接结构进行建模，并设定边界条件和受力条件。然后，运用有限元分析软件进行计算，得出管道连接结构在不同受力情况下的应力分布情况。对计算结果进行分析，找出存在的问题，并提出相应的解决方案。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析 管道作为石油化工设计中的重要部分，承担着输送流体的任务，同时也面临着各种受 力情况。应力分析是为了保证管道在使用过程中不发生破裂、爆炸等安全事故而必须进行 的一项工作。 管道受力分析的基础是弹性力学理论。弹性力学理论包括以下几个基本假设：（1）物体在受力作用下会发生形变；（2）物体在受力作用下会产生应力；（3）物体在失去受力 作用后，会恢复到初始形状。 在管道受力分析中，通常采用有限元法进行计算。有限元法是一种数值分析方法，将 大型结构分为若干个有限元，分别计算每个有限元的应力和应变，再将它们按一定的规律 组合起来，得出整个结构的应力和应变分布。 管道应力分析中需要考虑的力包括：管道自重、流体压力力、风载荷、地震力、温度 变化引起的热应力等。其中，流体压力力是最主要的受力因素。根据流体压力作用下的应 力分类可将管道应力分为三种： （1）轴向应力：沿管道轴向方向产生的应力，即管道沿轴向的拉伸和压缩应力。轴向应力与流体压力、温度变化和管道的长度和弹性模量有关。 （2）周向应力：发生在管道的周向方向上，又称为环向应力。在管道传输流体的过程中，周向应力通常是主要应力之一，同时也是强度、韧性和延展性的重要指标。 （3）弯曲应力：由于管道的曲率半径的差异，管道在受到荷载的作用下产生角度变形，形成弯曲应力。它与管道的流体压力、温度变化、管道半径和壁厚等因素有关。 在进行管道应力分析时，应根据管道的具体情况选择适当的材料和方法。同时，还要 考虑材料的变形和破坏点，确保管道在使用过程中始终处于安全的状态。 总之，管道应力分析是石油化工设计的重要组成部分，它能够确保管道在使用过程中 始终安全可靠。通过对管道受力情况的分析和计算，设计师可以为整个生产线的稳定运行 提供可靠的技术支持。
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析
压力管道的弯管与直管连接结构应力分析 压力管道通常需要在其线路中使用曲线管来满足管线的转弯需求。这些曲线管与直管 连接起来通常需要一些特殊的结构，以确保管道在工作中能够维持其正常运行。这篇文章 将会对压力管道的弯管与直管连接结构进行应力分析，探讨其应力特点和设计原则。 首先，弯管与直管连接处的应力特点需要根据管道工作环境的不同而定。例如，在高 压和高温的环境中，管道的应力水平可能会比其他工作环境更高。但一般来说，弯管与直 管连接处的应力主要来自以下几个方面： 1. 管体弯曲引起的应变应力 弯管的曲率半径与管径之比决定了管体在弯曲过程中所需的应变。应变过大会导致管 体产生应变能。当弯管与直管连接时，由于曲率半径和管径的不同，管体在连接处即产生 了应变，进而形成了应力。这种应力会在管道工作后不断累计，直至形成管体的韧性断 裂。 2. 管道内部介质的压力应力 弯管与直管连接处由于管径不同，液体在弯管和直管连接处的流速会变化。这种流速 的变化会导致液体在连接处产生压力应力，进而形成一种压力差，即产生流动阻力。当管 道内介质的压力水平越高时，这种应力越显著。 3. 管道的自重应力 管道的自重通常也会对其弯管与直管连接处产生应力。由于曲率半径和管径的不同， 连接处的管体在弯曲或水平的工作状态下会受到重力的作用，因此产生自重应力。 根据上述应力特点，设计出一种合理和可靠的弯管与直管连接结构需要遵循以下几个 原则： 1. 应根据弯管的弯曲半径和直管的管径来选择适当的连接件。 连接件的设计应该满足弯管和直管的直径差异，以确保连接处的应变和应力得以分散。合适的连接件可以确保管体的韧性，并应对连结处所产生的应力和应变有所缓解。适当的 连接件还可以改善管体的流动特性，并降低压力差。 2. 连接件的安装位置及其环境应符合相关的标准和要求。 连接件应安装到充分的标准上，选取合适的材料和工艺。同时，安装环境也应满足相 关的要求，如适当的温度和湿度。任何其他环境条件的不合规都会导致连接件安装不稳 定。
管道装配焊接变形与应力分析
管道装配焊接变形与应力分析 管道装配焊接是一项重要的工艺，在建筑、能源、石化等行业中得到广泛应用。然而，焊接过程中的变形和应力问题常常困扰着焊接工程师和技术人员。本文将探讨管道装配焊接的变形与应力问题，并提出一些解决方案。 首先，我们来讨论管道装配焊接过程中的变形问题。焊接过程中，由于高温引 起的热膨胀和冷却收缩会导致管道发生变形。这种变形主要表现在两个方面：纵向变形和横向变形。 纵向变形是指管道在焊接过程中沿管道轴向方向发生的变形。主要原因是焊缝 的热量会导致焊接区域的热膨胀，从而使管道产生纵向变形。为了减少纵向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接过程中，对管道进行适当的加热和预热，以减小焊接区域的温度梯度；其次，可以使用焊接变形补偿装置，如夹具、支架等，来抵消管道的变形。 横向变形是指管道在焊接过程中在管道横截面方向上发生的变形。这种变形主 要是由于焊接热量引起的冷却收缩不均匀所造成的。为了减少横向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接前可以对管道进行适当的预变形处理，使其在焊接后能够恢复到正常状态；其次，可以使用内支撑物或内衬等方法来减小焊接区域的压缩变形。 除了变形问题，管道装配焊接还会产生应力问题。焊接过程中的应力主要分为 两种：残余应力和热应力。 残余应力是指焊接完成后，管道内部和外部的应力状态。由于焊接过程中的温 度变化和热膨胀，焊接接头处会产生应力集中，从而导致残余应力的产生。这些残余应力如果得不到合理的处理，会对管道的强度和稳定性造成影响。因此，我们需要对管道进行适当的应力释放处理，例如进行热处理或机械补偿等。
热应力是指焊接过程中的应力变化。焊接时，由于焊接区域的温度急剧升高和冷却速度快，会导致焊接接头附近的材料发生塑性变形，从而产生应力。为了减少热应力的产生，可以采取以下措施：控制焊接过程中的温度，避免过高的焊接温度和过长的焊接时间；采用合适的焊接方法和焊接参数，以减小焊接区域的热输入。 在实际的焊接工程中，理论知识的运用往往是不够的。为了解决管道装配焊接的变形与应力问题，需要结合实际情况进行试验和仿真分析。通过试验和仿真，可以模拟出焊接过程中的变形和应力分布情况，从而指导实际工程中的焊接操作。 综上所述，管道装配焊接的变形与应力问题是一个复杂而重要的课题。在实际工程中，我们需要采取一系列的措施，例如加热预热、使用变形补偿装置、预变形处理、应力释放处理等，来减小变形和应力的影响。此外，结合试验和仿真分析，可以更好地指导实际工程中的焊接操作。只有全面考虑变形与应力问题，才能确保焊接接头的质量和工程的安全性。
压力管道断裂过程应力分析及强度评价研究
压力管道断裂过程应力分析及强度评价研究 压力管道是一种用于输送高压流体、气体以及化学品等的管道，它在工业、石 油化工、化学等行业中有着广泛的应用。由于其所输送的介质具有高密度、高压力和高温度等特点，导致压力管道内部存在着巨大的应力，如果管道设计及制造不合理，压力管道断裂的事故就可能发生。对于预防压力管道的断裂事故，需要对其应力分析及强度评价进行研究，以保障其正常运行。 1. 压力管道断裂的原因 压力管道断裂的原因很多，主要包括其所承受的流体压力、温度、介质化学性质、设计缺陷、材料选择等因素。其中，应力不均匀是压力管道断裂的主要原因之一，它会导致管道内部出现应力集中，从而加速管道的疲劳损伤，最终导致管道断裂。 2. 压力管道断裂过程应力分析 压力管道断裂过程应力分析是评价压力管道安全性的重要方法之一。该分析方 法主要是通过有限元分析来模拟压力管道在实际运行中可能会遇到的各种应力情况，进而确定其应力分布和破坏模式，以便对管道进行评估和设计。 具体来说，应力分析需要分析压力管道的构型、加载模式和应变软化等因素， 确定管道内应力集中的位置和幅度，再通过疲劳分析或断裂力学分析，评估管道的安全性。同时，也需要考虑其他因素，如管道接头、检修口等处的应力情况。 3. 压力管道断裂的强度评价 对于压力管道的强度评价，通常使用的是崩裂力学和弹塑性力学的分析方法。 在进行强度评价时，需要考虑管道的材料性能及其受力状况，以及管道的内外压力、温度和介质特性等因素。通过分析这些因素，可以确定管道的应力状态和破坏模式，从而评估管道的强度，并制定相应的安全措施。
4. 压力管道断裂应对措施 为预防压力管道的断裂，需要采取一系列应对措施。首先是管道的设计和材料 选择要科学合理，确保管道强度和稳定性。其次是要加强对管道的检查、维护和监测，发现管道的安全隐患及时进行处理。同时，加强管理和培训，提高工人的安全意识和技能水平，避免擅自操作或未经培训的操作。最后是在管道断裂事故发生后，应立即启动应急预案，采取有效的措施进行管道修复或更换，避免事故的扩大和蔓延。 总结： 在现代化工、石油化工以及其他相关领域，压力管道断裂是一项极为危险的事故。为了保障工业的安全生产，需要从多个方面入手，对压力管道的应力分析和强度评价进行深入研究，并采取一系列有效措施，确保压力管道的安全运行。
工业管道应力分析
工业管道应力分析 工业管道应力分析是指通过分析工业管道在运行过程中受到的各种力的作用以及相应的应力状态，从而判断管道是否满足工程要求并采取相应的防护措施。工业管道应力分析的主要目的是确定管道在运行过程中是否会出现应力集中、变形过大、破裂等问题，以及确定相应的应力分布、变形情况和破坏机制，从而为工业管道的设计、运行和维护提供依据。 工业管道在运行过程中受到的力主要包括内压力、外部载荷、温度变化和土壤压力。其中，内压力是指管道内液体或气体产生的压力，外部载荷是指管道周围介质或结构施加在管道表面的力，温度变化是指管道在运行过程中由于介质的温度变化引起的热应力，土壤压力是指管道埋设在土壤中时受到的土壤重力和土壤侧压产生的力。 在进行工业管道应力分析时，需要首先确定管道的受力情况和约束条件。受力情况包括受力方向、大小和作用点的位置，约束条件包括管道的支撑方式、管道与周围结构的连接方式等。确定受力情况和约束条件后，可以采用有限元分析等方法进行管道应力分析。 有限元分析是一种常用的管道应力分析方法，通过将管道离散化为一系列小的有限元单元，建立有限元模型，利用有限元法的基本原理和计算方法，求解受力的节点位移和应力分布。在有限元分析中，需要将管道的几何形状、材料性质和加载情况等输入模型中，对模型进行网格划分，选择适当的单元类型和材料本构关系，以及考虑边界条件和约束条件，然后进行计算，得到管道的应力分布和变形情况。 在工业管道应力分析中，需要考虑的问题还包括材料的强度和韧性、加载方式和工况变化、管道连接件和支撑结构的设计等。根据管道的受力
情况和要求，可以制定相应的设计准则和标准，以确保管道在运行过程中的安全可靠。 总之，工业管道应力分析是工业管道设计、运行和维护的重要环节，通过分析管道受力情况和应力分布，可以评估管道的安全性和可靠性，为管道的设计和维护提供依据。在应力分析中，需要综合考虑材料的强度和韧性、加载方式和工况变化、管道连接件和支撑结构的设计等因素，以确保管道在运行过程中不会发生突然破裂和失效。
管道工程中的应力与应变分析研究
管道工程中的应力与应变分析研究 管道工程是现代工业中不可或缺的一部分，它们承担着输送液体、气体和其他 物质的重要任务。在管道工程中，应力与应变分析是一项关键的研究领域，它对于确保管道的安全运行具有重要意义。 在管道工程中，应力是指管道内部或外部所受到的力的作用。而应变则是指由 于受力而导致的变形程度。了解管道中的应力与应变分布情况，可以帮助工程师评估管道的结构强度，并采取适当的措施来预防管道的破裂或泄漏。 首先，我们来探讨管道内部的应力与应变分析。管道内部的应力主要来自于压 力的作用。当管道内部流体的压力增加时，管道壁会受到压力的挤压，从而产生应力。这些应力会导致管道的变形，并且随着压力的增加而增大。因此，工程师需要对管道内部的应力进行准确的分析，以确保其结构的稳定性。 其次，我们来讨论管道外部的应力与应变分析。管道外部的应力主要来自于土 壤和周围环境的作用。当管道埋入土壤中时，土壤的重力会对管道产生压力，从而导致管道壁产生应力。此外，温度变化、地震和其他外部因素也会对管道产生应力。因此，工程师需要对管道外部的应力进行全面的分析，以确保管道在各种外部条件下的稳定性。 为了进行应力与应变分析，工程师通常会使用有限元分析等计算方法。有限元 分析是一种将连续体分割成有限数量的小元素，然后通过数值计算方法来模拟物体的行为的技术。通过将管道划分成小的元素，工程师可以更精确地计算管道中的应力与应变分布情况。这种分析方法可以帮助工程师预测管道在不同工况下的应力响应，并为管道设计和维护提供重要的参考依据。 除了应力与应变分析，工程师还需要考虑管道的材料特性。不同的材料对应力 和应变的响应有所不同。因此，在管道工程中选择合适的材料也是至关重要的。工程师需要考虑材料的强度、韧性、耐腐蚀性等因素，以确保管道的安全运行。
管道应力分析报告
管道应力分析报告 1. 引言 管道是现代工业中常见的设备，承载着流体或气体的输送任务。然而，由于长 期使用、环境变化以及操作失误等原因，管道常常会受到应力的影响，从而导致管道的损坏和失效。因此，对管道应力进行分析和评估是至关重要的。 本报告将介绍管道应力分析的步骤和方法，以帮助工程师和技术人员有效地评 估管道的安全性和可靠性。 2. 步骤一：收集管道信息 在进行管道应力分析之前，首先需要收集有关管道的相关信息。这包括管道的 材料、尺寸、几何形状以及工作条件等。通过收集这些信息，可以更好地了解管道的特性和使用环境，为后续的分析工作打下基础。 3. 步骤二：确定边界条件 边界条件是管道应力分析的基础，它描述了管道在特定条件下的受力情况。根 据实际情况，边界条件可以包括管道端部的固定或自由支撑、管道连接处的约束等。通过确定边界条件，可以更加准确地模拟管道在实际工作中的受力情况。 4. 步骤三：建立数学模型 建立数学模型是进行管道应力分析的关键步骤。根据管道的几何形状和边界条件，可以选择适当的数学方法和工具来建立模型。常用的方法包括有限元分析、解析法等。通过建立数学模型，可以计算出管道在不同位置和方向的应力分布情况。 5. 步骤四：计算应力分布 在建立数学模型之后，可以进行应力计算。根据所选的数学方法和模型，可以 通过计算得到管道在不同位置和方向上的应力大小。这些应力值可以用于评估管道的安全性，并进行必要的修复和改进。
6. 步骤五：评估管道安全性 根据得到的应力分布结果，可以对管道的安全性进行评估。根据国际标准和规范，可以确定安全应力范围。如果管道的应力值超过了安全范围，需要采取相应的措施，如增加支撑、加固结构等，以保证管道的安全运行。 7. 步骤六：制定改进方案 如果管道的应力分布结果不符合要求，需要制定相应的改进方案。改进方案可以包括优化管道的设计、改变工艺条件、增加支撑等。通过合理的改进方案，可以有效地降低管道的应力水平，提高管道的安全性和可靠性。 8. 结论 管道应力分析是保证管道安全运行的重要环节。通过收集管道信息、确定边界条件、建立数学模型、计算应力分布、评估管道安全性以及制定改进方案等步骤，可以全面地分析管道的应力情况，并采取相应措施保障管道的安全性。在实际工程中，工程师和技术人员应根据具体情况选择合适的方法和工具，确保管道应力分析的准确性和可靠性。 以上是对管道应力分析报告的步骤和方法的介绍，希望能够为相关人员提供参考和指导。通过科学的管道应力分析，可以有效地预防和解决管道问题，提高工业生产的安全性和可靠性。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析 在石油化工设计中，管道的应力分析是非常重要的一步。在设计过程中，必须考虑到 管道内流体的压力、温度、流速等因素，以及管道本身的重量、管道材质、支撑方式等因 素对管道的应力产生的影响。只有合理的应力分析，才能确保管道的安全可靠运行。 管道的应力产生的原因主要来源于内部压力和温度变化、外部荷载和管道本身的重量 等因素。在进行应力分析时，最关键的任务就是确定管道的受力状态，并计算该状态下的 最大应力及其位置。如图1所示，在管道中流体的压力作用下，管道发生了一定的沿轴向 的伸长，导致管道发生了拉应力，同时还可能存在切应力和弯曲应力。 在管道的应力分析中，必须采用合适的方法和理论模型，来计算管道受力状态下的最 大应力值及其位置。常用的方法有静力分析法、有限元法等。 静力分析法是基于力学原理和经验公式建立的管道应力分析方法，其主要适用于简单 的管道结构，如直管、弯头、支架等。在静力分析法中，首先需要确定管道的几何形状， 然后根据管道内外的受力情况及管道材料的力学特性等参数，计算管道的应力。具体来说，需要计算拉压应力、切应力和弯曲应力等，以确定管道材质是否能够承受所受力量。 针对石油化工设计中的管道应用场景，需要考虑到以下一些具体问题： 1. 管道运行条件：不同种类的管材，对于不同工作场景下的压力、温度和流体运行 条件，会出现不同的应力性能，因此在管道设计中需要根据实际情况选择最适合的管材。 2. 管道支撑方式：管道的支撑方式不同，将直接影响着管道的受力情况，管道悬挑、纵向承受荷载等设计方式，必须在应力分析时予以考虑。 3. 管道结构设计：在设计管道结构时，需要考虑管道的长度、支架的位置等因素， 以避免管道在运行过程中产生过度的弯曲和应力等问题。 4. 管道的维护和检修：管道在长期运行后会产生一定的老化和磨损，在进行维保和 检修时，需要根据管道实际情况进行检测和修缮，以保证管道的运行安全性和可靠性。 总之，在石油化工设计中，管道的应力分析是一个比较复杂的工作，需要考虑各种实 际情况下的因素，才能使管道的设计更加安全可靠。
压力钢管安全鉴定的应力分析与强度计算案例
压力钢管安全鉴定的应力分析与强度计算案 例 压力钢管是工业领域中常用的输送介质的管道之一，承受着巨大的压力。为了确保使用安全，需要进行应力分析与强度计算。本文将结合一个实际案例，介绍压力钢管安全鉴定过程中的应力分析与强度计算方法。 案例描述： 某石油工程项目中使用了一条直径为300mm的压力钢管，工作压力为10MPa，流体温度为200℃，材质为碳钢。现需对该压力钢管进行安全鉴定，以验证其能否满足使用要求。 1. 应力分析 应力分析是压力钢管安全鉴定的重要环节，通过对压力钢管内部应力进行分析，可以确定是否存在过大的应力情况，以及需不需要进行强度计算。 针对该案例，首先需要计算压力钢管的环向应力和纵向应力。环向应力的计算公式为： σ_h = P*D/(2*t) 其中，σ_h为环向应力，P为工作压力，D为钢管直径，t为钢管壁厚。 带入本案例中的参数，可以得到：
σ_h = 10MPa * 300mm / (2 * t) 纵向应力的计算公式为： σ_l = P * D / (4 * t) 其中，σ_l为纵向应力。 带入本案例的参数，可以得到： σ_l = 10MPa * 300mm / (4 * t) 对于碳钢材质，其屈服强度为σ_y，常用的取值为235MPa。因此，需要判断计算得到的应力值是否小于屈服强度，以确定是否需要进行 强度计算。 2. 强度计算 强度计算是在应力分析的基础上进行的，通过计算得到的应力值 与材料的屈服强度进行比较，确定压力钢管是否满足强度要求。 对于环向应力和纵向应力，都需要与碳钢的屈服强度进行比较。 如果计算得到的应力值小于屈服强度，则认为压力钢管强度合格；反之，则需要进行进一步的结构强度计算。 结构强度计算是根据压力钢管的几何尺寸、边界条件、材料弹性 参数等进行的。具体计算方法需要依据工程实际情况进行选用，可以 使用有限元分析等方法，求解出压力钢管的位移、应力分布等参数， 从而判断其强度是否合格。 3. 案例结论