CAESAR_在茂名石化工业区一区北片火炬气管道设计中的应用
CAESARⅡ在烟风管道应力计算中的应用
f2 轴=f2 轴 1+f2 轴 2=5.3+19.65=24.95kN
2 号膨胀节径向反力：
f2 径=15×cos45°×2=21.2kN
按坐标进行受力分解：
f2 轴 x=17.64kN；f2 轴 z=17.64kN
f2 径 x=15kN；f2 径 z=15kN
3.2 理论公式计算
（1）管道冷态受力分析简化模型见图 3。
工程技术
2018 年第 6 期
CAESARⅡ在烟风管道 应力计算中的应用
Application of CAESARⅡ in Stress Calculation of Tobacco Pipeline
汪佳杰
摘 要：CAESAR Ⅱ管道应力计算软件的大薄壁管道应力计算与余热锅炉烟风管道十分相近。通过 三维坐标的设计，可以模拟三维烟风管道，利用有限元分析原理，可以使支架受力分析适应更加有利 的工况。能够模拟各种支架限制方式，可以添加外保温及内部浇注料，使管道重量更加精确。可以添 加端点热态位移，提高热态工况的受力的准确性。可以输入膨胀节的轴径向刚度，增加热态计算工况 膨胀节反力的准确性。可以设定安装温度及管道工作介质温度计算冷热态工况。通过合理简化管道 模型，使最终的管道支架受力与实际运行工况更加接近。利用 CAESARⅡ软件进行烟风管道支架受 力计算具备可行性与高效性，可广泛应用于今后的工程设计中。 关键词：CAESARⅡ软件；烟风管道；受力计算；精准可靠 中图分类号：TQ172.622.29 文献标识码:A 文章编号：1001-6171（2018）06-0077-08 DOI：10.19698/ki.1001-6171.20186077
其他设置要点为：
（1）钢板卷制的焊接管道，选择有焊缝；填写焊 接接头系数：WI=0.8；
管道应力分析软件CAESAR Ⅱ的简介与应用
Abstract: CAESAR II is a pipe stress analysis software developed by COADE company. This software is one of the most widely used pipe stress analysis software, which is simple in operation, simple in interface, suitable for various industries, fast in calculation and reliable in results. In this paper, CAESAR II software was introduced as well as its application used in petroleum, chemical, electric power and other industries. At the same time, the content of pipe stress analysis was explained, including static analysis and dynamic analysis. The application process of CAESAR II software was summarized, and the meaning of common condition codes was explained. The calculation example was listed, the calculation results were analyzed, and the modification scheme was proposed to further explain how to apply CAESAR II software to analyze the pipe stress. Key words: Pipe stress analysis; CAESAR II; Condition code
CAESARⅡ应力分析软件在焦炭塔油气放空管线中的应用
表 １ 焦炭塔现有受 力分析一览表
在工况 １ ， Ｔ ０Ａ生产 ， 下 即 １１ 温度达到 ４０℃ ， １１ ５ Ｔ ０ Ｂ备用 ， 温度 ２ ０℃时 ， １１ Ｔ ０ Ａ管嘴 Ａ处一次
维普资讯
２０ 年第２ ０８ 期
甘 肃 石 油 和 化 工
２０ 年 ６ ０８ 月
Ｃ Ｓ ＲⅡ应 力分 析 软件 在 焦炭 塔 油气 ＡＥ Ａ 放 空 管线 中的应 用
张 静 ， 智鹏 ， 天真 ， 建军 把 赵 何
７５ １ ） ３０ ９ （ 门油 田 规 划 设计院 ， 甘 肃 酒泉 玉
平台以下汇合 。Ｔ ０ Ａ管线分支处（ １１ Ａ点） 采用马鞍连接 ， １ １ Ｔ ０Ｂ管线分支处（ Ｂ点） 采用三通连接， 管
线集 中荷载 处原有 支撑被 破坏 ， 分管线 有脱 空现象 。运行期 间 Ｔ１１ 部 ０ Ａ放 空管线 分支 处 Ａ点 多次发
生撕行有重要的影响。
在国际公认 的管道应力分析程序 中，Ａ Ｓ ＲⅡ是应用最广泛的软件之一。Ｃ Ｅ Ａ 管道应 Ｃ ＥＡ Ａ Ｓ ＲⅡ
力分析软件是 由美 国Ｃ Ａ Ｅ Ｏ Ｄ 公司研发 的压力管道应力分析专业软件。 它是以梁单元模型为基础的 有限元分析程序 ， 以用 于分析大型管系、 可 钢结 构或二者相 结合 的模 型。 Ｓ ＲＩ Ａ Ｉ 不但 可 以
胀量。
２２ Ｃ ＥＡ ． Ａ Ｓ ＲⅡ建模计 算
根 据 中国石油化工 集 团公 司 编制 的行 业标 准 Ｓ Ｔ３４ ｛ 油化 工 管道 柔 性设 计 规 范 》 Ｈ／ ０ １石 规定 ， 操
CAESAR_的主要功能及最新版本的特色
１３）输 出 报 告 的 过 滤 功 能 。 １４）《技术参考手册》升级为 Ｗｉｎｄｏｗｓ。 ２．动力分析 动荷载就是在一定时间内迅速变化的荷载， 管道系统没有时间把 它们在内部分散， 力和力矩不能总是被消除， 于是产生了不平衡荷载 导致管子发生运动。 １）荷 载 类 型 。在 管 道 设 计 中 经 常 遇 到 的 动 荷 载 力 随 时 间 变 化 的 特 性曲线主要有 以 下 ３ 类 ： １、随 机 荷 载 ， 它 包 括 风 载 荷 、地 震 载 荷 、快 速 作用载荷等引起 的 荷 载 ； ２、谐 波 荷 载 ， 它 包 括 设 备 振 动 、声 音 振 动 、脉 动等引起的荷载 ； ３、脉 冲 荷 载 ， 它 包 括 安 全 阀 起 跳 、水 击 、柱 塞 流 等 引 起的荷载。 ２）动态分析主要方法。动态分析主要方法有时程分析、地震 频 谱 分 析 、谐 波 分 析 和 脉 冲 载 荷 分 析 法 。 ３）ＣＡＥＳＡＲＩＩ 动 力 分 析 主 要 功 能 ： １、ＭＯＤＡＬ— ——计 算 管 道 系 统 固 有频率 ； ２、ＨＡＲＭＯＮＩＣ— ——谐波分 析 ： ３、ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ（ ＳＰＥＣＴＲＵＭ） — ——地震频谱分析； ４、ＦＥＬＩＥＦ ＬＯＡＤＳ（ ＳＰＥＣＴＲＵＭ） — ——放空阀（ 力 频 谱 分 析 法 ） ； ５、ＷＡＴＥＲ ＨＡＭＭＥＲ／ＳＬＵＧ ＦＬＯＷ （ ＳＰＥＣＴＲＵＭ） — ——水 击／柱塞流（ 力频谱分析法） ； ６、ＴＩＭＥ ＨＩＳＴＯＲＹ 时程分析。 ＣＡＥＳＡＲＩＩ 软件并不是一成不变的， 它不断升级以反映工程规范 的 修 改 、操 作 的 增 强 、用 户 的 要 求 、操 作 系 统 的 修 改 以 及 修 正 。 对 新 版 本进行计划并在具体日期发行。在下一个版本发行之前， 对现在的版 本作一些必要的修改。目前， ＣＡＥＳＡＲＩＩ 软件最新的版本为 ５．０ 版本 ， 它的新增功能及特色在于以下方面： １）新添下列新规范： ＥＮ－ １３４８０，ＧＰＴＣ／１９２ ａｎｄ Ｚ６６２ Ｃｈ １１ ２）修补下列规范： Ｂ３１．１，Ｂ３１．３，Ｂ３１．５，Ｂ３１．８，Ｂ３１．１１，ＡＳＭＥ ＮＣ，ＡＳＭＥ ＮＤ，ＣＯＤＥＴＩ，ＴＢＫ ５－ ６． ３）更新辅助分析模块 ＡＰＩ－ ６１０． ４）新添 Ａｍｅｒｏｎ Ｂｏｎｄｓｔｒａｎｄ， ａｎｄ Ｃｏｎｅｌｙ ＦＲＰ 玻璃纤维管道规格 ５）新添 Ｂｉｎｄｅｒ （ＵＫ）ａｎｄ ＰｉＨＡＳＡ（Ｓｐａｉｎ）弹簧表 ６）Ｇｒｉｎｎｅｌｌ 弹簧表更名为 Ａｎｖｉｌ ７）新 添 动 态 分 析 质 量 连 续 选 项，避 免 人 为 调 整 单 元 分 配 质 量 。 ８）强 化 报 告 功 能，用 户 可 以 创 建，定 义 自 己 的 报 告 ９）管 道 模 型 输 入 界 面 集 图 形／ 数 据 卡 片 和 输 入 列 表 于 一 体 。新 界 面 直接含有错误检查功能， 用户直接在一个界面里可以选择配置环境。 为方便查错和解决问题， 用户可以将传统的输入界面进行自行裁减，定 义自己的输入界面．数据界面可以方便开关，方便图形的（ 下转第 ４２７ 页 ）
火炬排放管网系统设计_图文
2009, 19(3 李长富等火炬排放管网系统设计火炬排放管网系统设计李长富 3安英爱刘茵中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林 132002摘要火炬用来处理石油化工装置中无法收集和再加工的可燃气体或蒸气的特殊燃烧设施 , 是保证安全生产、减少环境污染的重要措施。
火炬排放管网将装置排放的火炬气安全输送到火炬 ,重要组成部分。
本文介绍火炬管网系统的设计方法 , 。
关键词火炬排放管网安全阀背压流速燃、全生产 , 。
火炬系统由火炬气排放管网系统和火炬装置组成。
1火炬排放收集系统111排放管网的分类确定火炬气排放管网时 , 应考虑以下几个主要因素。
11111排放物料的化学性质(1 混合后能够起化学反应的物料、有腐蚀性和无腐蚀性的物料、以及某种气体物料能对排入同一系统的其它物料发生化学反应起催化作用时 , 均不能排放到同一系统。
(2 根据工厂是否有回收设施 , 决定是否将含有对人体有害成分和对人体无害成分的物料排放到同一系统中。
11112排放物料的物理性质常压下气化温度在常温以上和以下的物料、含有和不含有粉尘的物料均不要排放到同一系统。
根据工厂的具体情况 , 经技术经济比较后 , 决定含有蒸气和不含蒸气的气体物料、含有液滴和不含有液滴的气体物料是否排放到同一系统。
11113火炬气回收利用价值和排放噪声拟回收利用和不回收利用的火炬气不要排放到同一系统。
如果高压气体直接排放到低压火炬气管网噪。
112应用实例火炬系统的排放管网组成根据工厂的具体情况而定 , 单个装置的比较简单 , 但像乙烯那样的大型装置或多个装置的总排放管网都比较复杂。
以某乙烯装置为例 , 排放系统根据物料状态不同 , 分别设置冷火炬系统和热火炬系统 , 冷热火炬系统中又分别包括液体火炬系统和气体火炬系统。
11211热火炬系统(1 热液体火炬系统用于收集装置内一些较难气化的重组分 (主要是 C5~C8, 设有一个热排放罐 , 这些液体在热排放罐内用蒸汽加热 , 气化后与热气体火炬气一起进入火炬总管 , 不能气化的液体返回急冷塔循环。
浅析火炬气排放系统的设计
浅析火炬气排放系统的设计作者：黄永来源：《科技风》2016年第16期摘要：火炬系统是石油化工厂、炼油厂安全的最后一道屏障，通过火炬气排放管网将火炬气安全的输送至火炬设施确保整个工厂的安全至关重要。
严格按照相关标准、规范合理进行火炬气排放管网的配管设计，是保证火炬系统安全运行的重要组成部分。
关键词：石油化工；火炬配管设计1 火炬气排放系统的构成和作用火炬排放系统分为排放管网和火炬气处理设施两部分。
火炬管网将系统各部分排放的可燃气收集起来，输送至火炬气处理设施。
系统将工厂生产状态下排出的火炬气及开停车、试车时产出的气体燃烧处理后排放至大气，同时可作为事故状态下的安全措施。
2 设置火炬系统的原则和最大气量的计算2.1 设置火炬系统的原则火炬排放系统为全厂装置事故状态下的安全出口，在装置各种突发状况下可以尽快的进行排放，确保全场运行稳定和系统安全，对于成套的大型装置，存在可燃气排放要求的系统必须要设置火炬，一般情况下可按照排放气性质分类设置不同类型的火炬。
2.2 最大火炬气量确定在工厂发生停水、仪表风停供、停电、设备事故等突发情况的组合工况下，最大排放量确定主要有以下几个原则：1）全场最大排放量不考虑所有装置同时最大量排放的情况；2）排放总量按厂内单个装置最大事故排放量+全厂其余装置排放量的30%计算，但不应低于系统中两个不同装置的最大单点泄放量。
3 火炬系统管网设计规定首先，火炬气管网通常选择架空敷设布置，在管道下设置管托或者垫板。
对管径大于DN800的管道，需要降低管托或者垫板的摩擦力，设置聚乙烯垫片或者其他可以降低摩擦力的措施。
为了避免管道排放时发生震动，可以在管架上设置径向限位措施，约束管道的形变方向。
其次，火炬支线与主管连接时要沿着45度方向焊接且只能从主管上方连接，这样可以降低管道接口处和主管的整体压力，还可以避免各装置同时排放时发生气体顶牛的状况，也减少了火炬支管中的冷凝液排放至主管中的概率。
茂名石化自卸式捆绑火炬检修方案(修改)
茂名石化自卸式捆绑火炬检修方案(修改)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：茂名石化自卸式捆绑火炬拆卸检修方案中国船舶重工集团公司第七一一研究所2013年10月4日目录1概述 (4)2检修准备阶段 (5)2.1卷扬机检查 (5)2.2 起重吊钩检查 (6)2.3 提升滑轮组检查 (6)2.4 扳放滑轮组检查 (7)2.5牵拉钢丝绳检查 (8)2.6 拆装平台检查 (8)2.7 翻转支座检查 (9)2.8火炬筒体和附筒体管线及导轨检查 (9)2.9 滑轮组安装 (9)3 盲板安装和拆卸 (11)4 火炬筒体拆装和检修 (11)4.1 火炬筒体拆卸 (11)4.2 检修 (14)4.33#、4#火炬检修 (15)4.4筒体安装 (16)5施工人员安排 (17)6质量保证措施 (18)6.1................................................. 质量管理措施196.2折半盲板及火炬现场施工过程中防止硫化氢中毒安全管理规定 (20)7HSE保证措施 (23)7.1.................................................. HSE保证体系237.2.................................................. HSE管理措施247.3............................................. 火炬检修危害辨识257.4..................................................... 危害评价267.5..................................... 火炬头检修危害的应对措施267.6..................................................... 应急预案278附件.............................................. 错误!未定义书签。
论CAESARⅡ软件在抽汽管道布置的应用
论CAESARⅡ软件在抽汽管道布置的应用随着国家对钢铁行业节能减排的要求不断提高，钢铁企业余热余能利用技术的不断发展，余热余能利用的重要设备汽轮发电机组的规模和参数也不断提高，汽水管道系统的设计也更加复杂，对汽水管道应力分析的重视程度不断增加。
CAESARⅡ软件是国际公认的专业管道应力分析软件，在钢铁、电力、石化等行业有着广泛应用。
使用CAESARⅡ软件可以对汽水管道进行有效地应力分析计算。
本文以某钢厂富余煤气发电项目抽汽蒸汽管道为例，介绍使用CAESARⅡ软件对其进行应力分析的方法。
1、管道应力分析的目的管道应力分析工作在钢铁、电力、石化等行业设计中具有十分重要的位置，它对安全生产、优化设计、节约材料等方面均具有十分重大的作用[1]。
在许多国外项目及国内重点项目中，都对管道应力分析提出了硬性要求。
为适应不断发展的设计工作的需要，许多设计单位引进了管道应力分析软件CAESARⅡ。
管道应力分析是压力管道设计的重要内容，其目的是对管道进行包括应力计算在内的力学分析，并使分析结果满足标准规范的要求，从而保证管道自身和与其连接的机器、设备、土建结构在各种载荷工况下的安全。
管道应力分析可以划分为静力分析和动力分析两部分。
静力分析是指在静力荷载的作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范的要求。
动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的震动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的震动分析，其目的是使地震和震动的影响得到有效控制[2]。
2、CAESARⅡ软件简介CAESARⅡ软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。
它既可以进行静态分析，也可以进行动态分析。
CAESARⅡ软件向用户提供完备的国际上通用的管道设计规范，软件使用方便快捷。
CAESARⅡ软件具有以下特点：（1）输入和建模：交互式数据输入、图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框、实体图）的3D计算结果图形分析功能；丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择；多任务批处理，自动的埋地管道建模等功能。
CAESARⅡ在火电厂蒸汽管道应力分析中的应用
力波传播速度。
表 ５ 汽锤力大小及节点号 Ｔａｂ．５ Ｈａｍｍｅｒ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｎｏｄｅ ｎｕｍｂｅｒ
节点号 ２１１８ ２００６ ２１ １９ ２００５ ２００４ ２１ １０ ２１１１ ２１ １２ ２１１３
受力方向 Ｚ Ｘ Ｚ Ｙ Ｚ Ｙ Ｘ Ｙ Ｚ
排汽反力 ／Ｎ －７２９２．２８ ２０ １ ９５ ．６８ －７２９２．２８ １ ０ １ ４ １ ２．５ １ ８７９ ８．２３ ２０８８６．９２ －８７ １ ５ ５ ．４４ ２９ １ ２７．７６ ２５８８０７．９７
－４４７５ １
７０．６８３
－１５．７２７
弹簧支吊架 ２Ｘ（２１２ ＋１ １２）
－３６９２８
４３．１０３
－１ ６．７ １ ８
…
…
…
…
…
固定装置
Ｆｘ ＝５９７５０
０
０
Ｆｙ ＝１５３５４８
Ｆｚ ＝－５４６９１
Ｄｚ １ １．９９７ ９２．７５ １ ８５ ．８０８
… －２５ ．１ ８ １ －２６．８ １ ４ －２６．１５４
收稿：２０１５ －１０ －１５ 作者简介：郑明秀（１９８４ －），男，朝鲜族，硕士，从事火力发电厂设计及三维设计软件的相关研究工作。
２０１５ 年第 ６ 期
郑明秀：ＣＡＥＳＡＲⅡ在火电厂蒸汽管道应力分析的应用
·５９·
产生约束，使管道发生形变。 ４）偶然载荷，包括风雪荷载、地震荷载、流体
冲击以及安全阀动作等产生的冲击荷载[４，５]。
弹簧型式 ２Ｘ１ １２
工作荷载 ／Ｎ －３３５９３
Ｄｘ －１４０．２４９
热位移 Ｄｙ
－１９．９９５
恒力支吊架
－５ ２９ １ ７
－１２４．９４１
CAESARII进行管道应力分析时热态支架脱空的处理探讨
CAESAR II进行管道应力分析时热态支架脱空的处理探讨发布时间：2022-09-23T05:42:29.606Z 来源：《工程建设标准化》2022年5月第10期作者：李瑜[导读] Caesar II软件是由美国COADE公司开发的用于热力管道应力分析的专业软件。
李瑜湖南中冶长天节能环保技术有限公司湖南长沙 414000摘要Caesar II软件是由美国COADE公司开发的用于热力管道应力分析的专业软件。
在使用过程中经常会遇到热态下管道支架脱空的情况，本文将探讨如何处理这种情况，介绍两种处理方法。
关键词：CAESAR II；应力分析；支架脱空CAESAR II是一款基于结构力学杆状单元进行有限元分析的专业管道应力分析软件，是国际较为流行的管道应力分析软件之一，正在被越来越多的工程公司和应力分析工作者所采用。
[1]工作中用CAESAR II进行管道应力分析时，经常会遇到如下这种情况：一些管道支架在冷态下是受力的，但是在热态下这些管道支架没有任何受力，这就说明在热态下这些管道支架脱空了，对管道的载荷分配和应力分配没有起任何作用，但是管道重量和压力引起的持续载荷事实对管道持续应力还是有影响的，所以热态下的持续应力也需要进行校核。
但是热态下的持续应力如何校核，规范并没有规定。
笔者查阅相关资料，总结了两种常用校核方法。
1 管道支架脱空模型以某项目系统管廊上蒸汽管道的一部分为例。
管道布置见下图，中间的立管是因为过道路管道抬起走桁架。
管道规格及参数见下表：表 1 管道规格及参数表管道号：LS101管道材质：20#管道外径×壁厚 mm：219×6.5管道保温材料×厚度 mm：复合硅酸盐×100操作介质：蒸汽介质操作温度℃ ：195介质操作压力 MPa(G)： 1.25介质密度kg/m 3：6.86保温材料密度kg/m 3：200根据管道布置和规格参数在CAESAR II中建模。
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2009年第7期广东化工第36卷总第195期 · 261 · CAESAR II在茂名石化工业区一区北片火炬气管道设计中的应用梁平(茂名瑞派石化工程有限公司 储运室，广东 茂名 525011)[摘 要]茂名石化工业区一区北片火炬气管道的温度上限较高，支撑管道的管架高度在13.2 m到15.5 m之间，且茂名地区多台风。
笔者运用CAESAR II对管道的应力和管架的水平荷载、风荷载进行计算、设计优化。
设计优化前，部分止推管架的水平荷载过大。
设计优化后，止推管架的水平荷载降低至合理水平，使其外形合理美观，并降低了工程投资，取得了很好的效果。
[关键词]CAESAR II；管道；应力；管架；荷载；设计优化[中图分类号]TH [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2009)07-0261-02The Application of CAESAR II in the Design of the Flare Gas Pipeline at Northern Part of Maoming Petrochemical Industrial Zone No.1 AreaLiang Ping(Department of Storage and Transportation, Maoming R&P Petrochemical Engineering Co., Ltd.,Maoming 525011, China)Abstract: The temperature ceiling of the flare gas pipeline at Northern Part of Maoming Petrochemical Industrial Zone No.1 Area is higher, the height of pipe supports is between 13.2~15.5 m, and typhoon is frequent in Maoming area. The author used CAESAR II in the calculation and design optimization of piping stress, horizontal load and wind load of pipe supports. Before the design optimization, the horizontal load of some double-acting limit stops is too large. After the design optimization, the horizontal load of double-acting limit stops was reduced to a reasonable level, making its shape reasonable and beautiful, project investment was lowered, and achieved very good effects.Keywords: CAESAR II；pipeline；stress；pipe support；load；design optimizationCAESAR II软件是美国COADE公司出品的管道应力分析软件，可进行管道的静力分析和动力分析，功能相当齐全。
软件可计算由管道内压、自重、热膨胀、端点位移等荷载所产生的应力和各点位移，可人工输入弯管的弯曲半径，可自动选择弹簧支(吊)架。
还可考虑管道的非线性约束，例如管道与支架之间的摩擦力、限位支架的间隙等。
软件具有灵活的荷载组合功能，可计算风荷载和海浪荷载；具有图形显示功能，可显示管道的三维形状、各节点的位号及相互间距离，方便设计人员对管道及支(吊)架的核查。
由于该软件具有全面、实用、方便的优点，在全世界范围内被广泛用于管道应力分析[1]。
广东省茂名石化工业区一区北片位于茂名乙烯的北边，与茂名乙烯之间仅仅隔着一条公路。
茂名乙烯厂区的西北角已有三座火炬，而茂名石化工业区一区北片暂时不考虑建设火炬。
为解决区内各企业的火炬气排放问题，需建设一条全长1.75公里、规格为Ф356×8 mm的火炬气管道，把工业区一区北片的火炬气引入茂名乙烯2#乙烯装置的火炬气分液罐VB-481，最后排入茂名乙烯的D火炬。
为支撑这条管道，需建设许多丁字形单柱管架，架顶宽度700 mm，其中有50个管架位于茂名乙烯厂内。
由于火炬气管道一般不允许出现液袋，且应坡向火炬气总管或分液罐，而分液罐VB-481的进口管道所在的管架已高达14 m，所以这50个管架的高度在13.2 m到15.5 m之间不等(管架所经过地段的竖向高度不同)。
建设这条火炬气管道时，入驻工业区的企业仅有两个。
由于将来入驻企业的不确定性，建设单位要求管道可以满足输送温度从常温到120 ℃范围内变化的需要。
由于操作温度的上限较高，管道存在热膨胀的工况，工艺专业向土建专业提出管架的设计条件时，就需要使用CAESAR II软件对管道的应力、管架的荷载进行计算和设计。
管架的垂直荷载、活动管架的水平荷载的计算方法比较简单，在《石油化工装置工艺管道安装设计手册——第一篇.设[收稿日期]2009-03-27[作者简介]梁平(1974-)，男，广东茂名人，工学学士，工程师，主要储运系统设计工作。
广东化工 2009年第7期· 262 · 第36卷总第195期计与计算》中有详细的说明。
需要指出的是，活动管架的水平荷载等于该架的垂直荷载乘以摩擦系数。
钢与钢的摩擦系数为0.3，钢与混凝土的摩擦系数为0.6[2]。
采用钢结构管架或在混凝土管架的架顶预埋通长的Φ20 mm圆钢，可以使活动管架的水平荷载等于该架垂直荷载的0.3倍，降低活动管架的水平荷载。
上述计算采用手算即可完成，而管道的应力、止推管架的水平荷载则需要使用CAESAR II进行计算。
笔者进行管架布置时，相邻两个止推管架的间距取68 m，水平的π型补偿管道位于中间位置。
在CAESAR II软件中把整条管道的形状及管架的位置、类型建立模型，对管道应力、管架荷载进行计算。
石化设计通用的《石油化工装置工艺管道安装设计施工图册——第三分册.管道支吊架》中，管道的止推挡块与管架边缘间隔3 mm[3]。
建模时首先把止推管架上管道的纵向活动范围设定为3 mm进行试算，即在软件中止推管架的Restraints(节点约束)描述栏中，如图1所示，选择+Y、Z(模型中管道的垂直方向为Y方向，纵向为Z方向)，这样就定义了该管架对管道起硬支撑作用，管道在管架上可发生纵向前后两个方向的位移，把管架设置为止推管架了。
在+Y方向一栏里的Mu(Multiplication，倍数)值表示管道与其下方支撑的摩擦系数，由于是钢与钢的摩擦，所以输入0.3。
在Z方向一栏里的Gap(间隙)值表示管道在其纵向前后两个方向的允许位移值，初步设其为0.3 cm。
计算温度取稍高于最高操作温度的140 ℃。
图1 建模图Fig.1 Construction model运行软件后检查计算结果，管道的一次、二次应力均通过，但部分止推管架的水平荷载较高，管道最末端的止推管架的水平荷载甚至高达19668 N，为该架垂直荷载的1.9倍。
原因是该架只承受单方向管道热胀所造成的水平推力，而没有反方向的管道热胀所造成的水平推力与之互相抵消。
由于管架很高，过大的水平荷载将对管架产生很大的力矩。
为了承受这一力矩，必然导致设计出来的管架横截面过大。
这首先导致工程投资的巨额增加，其次是过于粗大的管架上仅支撑一根DN350的管道，很不美观。
这时就需要把止推管架的水平荷载降至合理水平。
笔者采用的方法是加大管道的止推挡块与止推管架边缘的间距(即图1中Z方向的Gap值)，以此来增加管道的柔性。
通过逐次加大该间距值，逐次进行计算和检查，把止推管架的水平荷载降至合理水平。
最后，部分水平荷载过大的止推管架的Gap值设置为9~40 mm不等，以15 mm左右居多。
各止推管架的水平荷载控制在4100 N以下，约为该架垂直荷载的0.45倍。
茂名地区风向以东、南向为主，夏秋两季多台风。
由于管 架很高，建模时还必须计算管道所承受的风荷载。
为保证安全，计算风速应高于当地历史最高风速。
由于管道与管架之间摩擦力的作用，管道的风荷载将转化为对管架相同方向相同大小的推力。
当风向垂直于管道纵向时对管道侧向的推力最大，而管道、管架的基本走向为南北方向，所以计算管架承受的最大侧向推力时，风向取东风。
当风向与管道纵向相同时对管道纵向的推力最大，在止推管架处这个推力增加了管架所承受的水平荷载，所以计算止推管架的水平荷载时，除了考虑管道热胀的因素外还应同时考虑风力的因素，风向取南风。
即必须分别计算东风、南风两种工况下的风荷载。
从CAESAR II的Analysis(分析)菜单栏进入Static(静力)菜单，再选择Wind Loads(风荷载)描述栏，如图2所示。
左上角的方框内，软件默认为ASCE#7 Wind Load Parameters(ASCE#7风荷载参数)，即要求计算者输入ASCE(American Society of Civil Engineers美国土木工程师学会的英文缩写)所规定的描述风力的参数。
图2 建模图Fig.2 Construction model(下转第273页)2009年 第7期 广 东 化 工 第36卷 总第195期 · 273 ·(上接第257页) 16.2)6.3148(82.5100)(22=−×=−∆U L L DN ≤20.8所以本管段的自然补偿能力满足要求，管道布置是安全的。
5 配管设计原则自然补偿器的设计应用首先应从管道布置上考虑自然补偿，在实际工程中各种复杂的管系均可通过设置固定管架将其分段成简单管系(L 形和Z 形)，确定好固定支架的间距，计算固定支架间距的热伸长量，然后进行配管设计，同时应遵循一下几点原则：(1)要保证管系力与变形的协调，从而保证管系工作安全可靠；(2)各种管架的设置应满足管系的受力要求，合理将管系分段，根据管系形式，工作介质、工作压力、温度、管材、环境条件、位移量正确地选择自然补偿和其他补偿器。
(3)补偿器的位置应使管道布置美观，协调。
当管径较大，场地受到限制且所需补偿量较大时，可以考虑采用其它补偿器来增加管道柔性。
参考文献[1]王怀义．石油化工管道安装设计便查手册[M]．北京：中国石化出版社，2003．[2]石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇设计与计算[M]．北京：中国石化出版社，1994．[3]施振球．动力管道手册[M]．北京：机械工业出版社，1994．[4]徐至钧．管道工程设计与施工手册[M]．北京：中国石化出版社，2005． [5]钱德永、郑学诊．管道工程简易计算[M]．北京：机械工业出版社，2005．(本文文献格式：彭荣杰．自然补偿器的设计和应用[J]．广东化工，2009，36(7)：256-257)(上接第262页)左下角的方框为Wind Direction Specification (风向说明)栏。