管道应力

二、管道应力分析专业常用的标准规范
1、GB50316-2000《工业金属管道设计规范》 2、GB/T 20801 《压力管道规范 工业管道》 3、HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 4、SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 5、GB150《钢制压力容器》 6、JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 7、JB/T8130.2-1999 8、GB 50251-2003 9、GB 50253-2003 《可变弹簧支吊架》 《输气管道工程设计规范》 《输油管道工程设计规范》
振源
阻力、流速、流向变化 — 异径管、弯头、 阀门、孔板等附近产生激振力 共振 — 激振力频率等于或接近管线固有频 率
b) 机器动平衡差——修改基础设计
c)减少脉动和气柱共振的方法：
1)加大缓冲罐 — 依据API618计算缓冲罐的体积，一 般为气缸容积的10倍以上，使缓冲罐尽量靠近进出 口，但不能放在共振管长位置。 2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。 3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。 孔径大小： V气体流速 d 4 U,U V介质内的声速 D

序号 大 分 类
小分类 (1)刚性支吊架
用 途 用于无垂直位移的场合；
1
承重管架
(2)可调刚性支吊架 用于无垂直位移，但安装误差要求 严格的场合； (3)可变弹簧支吊架 用于有少量垂直位移的场合； (4)恒力弹簧架 (5)固定架 (6)限位架 (7)轴向限位架 (8)导向架 用于垂直位移较大或要求支吊点的 荷载变化率不能太大的场合； 用于固定点处，不允许有线位移和 角位移的场合； 用于限制任一方向线位移的场合； 用于限制管道轴向线位移的场合； 用于允许有管道轴向位移，但不允 许有横向位移的场合 用于限制或缓和管道振动
(L U )2
208 . 3
(4)应力分析
静力分析(含疲劳分析、风载荷及地 震载荷分析、安全阀泄放载荷分析) 动力分析
A、静力分析包含的内容 a) 一次应力计算及评定 — 防止管道塑性变形破坏. b) 二次应力计算及评定 — 防止疲劳破坏。 c) 设备管口受力计算(及评定) — 防止作用力太大， 保证设备正常运行。 d) 支承点受力计算 — 为支吊架设计提供依据。 e) 管道上法兰受力计算 — 防止法兰泄漏。 f) 两相流及液击冲击载荷计算 — 为支吊架和结构 设计提供依据。
⑵ 壁厚计算 A、当
B、当
D0 P t 且 0 . 385 时 6 t PD 0 t 2 t 2 YP
t D0 6 或 P

0 . 385 时 t
t 的确定应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等
因素综合考虑确定（注意：教材上的公式与这个不同）。 C、外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。 D、其它的管件(如Y型三通、孔板等)依据相应的规范(GB503162000，GB/T 20801，ASME B31.3等)公式进行计算。
n ，n＝压缩机台数
支耳标高确定
(5)卧式容器固定端及立式设备支耳标高确定 — 提高管 道柔性，减小位移量，防止对设备管口的推力过大。 ⑹支管补强计算 — 降低局部应力 — 等面积补强 — WRC329
⑺ 动设备管口许用荷载校核 — API 610;API 617; NEMA SM 23; API 661。 a）管道计算 (8)夹套管 b）端部强度计算
四、管道支架设计 1、管道支架的分类及定义 按支架的作用分为三大类：承重架、限制性支架和减振 架。 1）承重架 : 用来承受管道的重力及其它垂直向下载荷的 支架(含可调支架)。 a ）滑动架：在支承点的下方支撑的托架，除垂直方向 支撑力及水平方向摩擦力以外，没有其他任何阻力。 b）弹簧架：包括恒力弹簧架和可变弹簧架。 c ）刚性吊架：在支承点的上方以悬吊的方式承受管道 的重力及其他垂直向下的荷载，吊杆处于受拉状态。吊架 d）滚动支架：采用滚筒支承，摩擦力较小。
1、初步设计、基础设计阶段 ⑴ 编制工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签 署)； (2) 参加设备布置工作； (3) 对主要管线的走向进行应力分析和评定。
2、详细设计阶段 ⑴ 编制（修订）工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签署)； ⑵ 重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析； ⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表 静力分析 ⑷ 应力分析 动力分析 ⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定； ⑹ 支管补强计算； ⑺ 动设备许用荷载校核(四级) (三、四级)；
2 限制性管架
3
减振支架 (9)减振器
2、管道跨距及导向间距 1）管道跨距 — 强度及刚度两项控制 强度控制 — 略 刚度控制 — 装置内δ≤13mm，装置外25 mm 2）导向间距： a）水平管 b）垂直 垂直管道的最大导向支架间距大致可按不保温管 充水的水平管道支架间距进行圆整。
DN（INCH） 1 11/2 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24
⑻ 夹套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强度计算、内部导 向翼板位置确定、同时包括任何应力分析管道的所有内 容)； ⑼ 往复式压缩机、往复泵动力分析(四级)； ⑽ 安全阀、爆破膜泄放反力计算； ⑾ 结构、建筑荷载条件； ⑿ 设备管口荷载、预焊件条件； ⒀ 编制管架表； ⒁ 绘制非标管架图； ⒂ 编制管架综合材料表； ⒃ 编制特殊管架采购MR文件及相关技术数据表； ⒄ 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件及技术数据表； ⒅ 管架施工安装说明
(2)通常W1应在W0（压缩机的吸入或吸出频率）的1.2 倍以上，设计时最好控制在1.5倍以上。
振幅
(3)激振力频率 W n 缸数 单( 双 )作用数 (1 / 秒 ) 0 60 n = 转/分 — 压缩机转数
(4)控制压力脉动
P ≤76Kg/cm2 76 ～176 Kg/cm2 ﹥176Kg/cm2 注：f＝ 压力脉动值δ 4％ f 3％ f 2％ f
d 0 .3 ~ 0 .5 D 孔板厚度=3～5mm 孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。 改90。为弯头45。弯头。 e)改变（提高）管线的固有频率，使其远离激振力频率。 (1)共振区域 β— 放大因子 W1— 固有频率（角频） W0 — 激振频率（角频） 通 常 W1 应 避 开 0.8W0 ~1.2W0 的区域，在工程中 最好避开 0.5W0 ~1.5W0的 范围，这样振幅较小。
H MAX. SPAN（m） WATER WATER+INSUL 4 3 4.5 3.5 5.5 4.5 6.5 5.5 7.5 6.0 8.0 6.5 9.0 7.0 10.0 8.0 11.0 9.0 12.0 10.0 12.5 10.0 13 10.0 13.5 11.0 14.0 12.0 15.0 13.0
⑶ 临界管线表
应力分析 管线 非应力分析 公式法：
D0 Y
计算机计算(BY COMPUTER） （350°C) 简单手算(公式法、图表法) (BY FORMULA) 目测法(BY VISUAL)
C
D(固定)
B D0 — 管外径(mm) Y — 管段总位移(mm) A(固定) Y=(ΔX2+ΔY2 +ΔZ2)1/2 L — 管段两个固定点的展开长度(m) (AB+BC+CD) U — 管段两个固定点的直线距离(m) (AD间的直线距离) (依据ASME/ANSI B31.1及B31.3) 公式的适用范围
2）限制性支架：用来阻止、限制或控制管道系统位移的 支架(含可调限位架)。 a）导向架：使管道只能沿轴向移动的支架，并阻止因弯 矩或扭矩引起的旋转。 b）限位架：限位架的作用是限制线位移。在所限制的轴 线上，至少有一个方向被限制。 c）定值限位架：在任何一个轴线上限制管道的位移至所 要求的数值，称为定值限位架。 d）固定架：限制管道的全部位移。 3）减振架：用来控制或减小除重力和热膨胀作用以外的 任何力(如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部荷载) 的作用所产生的管道振动的支架。 减振架有弹簧及油压和机械三种类型。
3、各文件应包含的内容： ⑴ 工程规定内容 A、适用范围； B、概述； C、设计中采用的标准规范； D、计算程序(软件)； E、计算温度、压力、环境温度（计算时采用的基础温度）； F、计算荷载 — 风压值（风速）； — 地震烈度（水平加速度）； — 雪荷载； — 土壤的力学性质； G、临界管线表的确定准则（哪些管线该做哪类的应力分 析）； H、计算及安全性评定准则； I、应力分析工作流程。 J、其它
⑿设备管口荷载及预焊件条件 — 供设备专业校核 局部应力和设计用 设备管口承载能力表 ⒀、⒁、⒂、⒅略
插图
⒃编制特殊架采购MR文件及相关技术数据表 — 选 型、荷载、位移、刚度等 对于弹簧架： 串联— 按最大荷载选弹簧，位移按最大位移量分配 并联— 选同型号弹簧、荷载平均分配 荷载变化率 — 国标≤25％（可改变） (17)编制柔性件（膨胀节、软管等）采购MR文件及 柔性件技术数据表
13、ASME/ANSI B31.8 14、API610 16、API617 17、API618 18、API661 -----
离心泵 -离心式压缩机 往复式压缩机 空冷器
15、NEMA SM23
19、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜
三、工程设计阶段管道应力分析专业的任务
10、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
11、ASME/ANSI B31.3 12、ASME/ANSI B31.4
Process Piping Liquid Transmission and Distribution piping systems Gas Transmission and Distribution piping systems 透平