2012 压力管道培训班 管机 -张西平-协会

三、工程设计阶段管机专业的任务
1、初步设计、基础工程设计阶段 (1) 编制工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签署)； (2) 参与设备布置工作； (3) 对主要管线的走向进行应力分析和评定； (4) 必要时编制技术风险备忘。
三、工程设计阶段管机专业的任务
2、详细设计阶段 ⑴ 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；
九、管机各种文件应包含的内容
A、静力分析包含的内容
a) 压力、重力等荷载作用下的管道一次应力计算及评定 — 防止管 道塑性变形破坏；
b) 热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的管道二次应力计 算及评定 — 防止疲劳破坏；
c) 管道对机器、设备作用力的计算及评定 — 防止作用力太大，保 证设备正常运行；
八、规范对确定详细应力分析的要求
GB50316 GB/T20801 ASME B31.3 HG/T20645 SH/T3041
规范对确定详细应力分析的要求
九、管机各种文件应包含的内容
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、设计温度、压力、安装温度(环境温度)、压力； F、设计荷载 — 10米高度基本风压值； — 地震烈度； — 雪荷载； — 土壤的化学、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。
四、应力的基本概念
6. 疲劳破坏：管子和容器在正常服务使用数年后，发生了突然的断裂。 对于此现象的较好解释是材料的疲劳破坏，这是由于在循环载荷的 作用下，材料晶体水平结构平面上的裂痕在扩大而产生的结果。 7. 位移应力范围：
S E F SYc SYh
F ——安全系数（循环次数减少系数）； SYc——材料在冷（装配）温度下的屈服应力； SYh——材料在热（操作）温度下的屈服应力。 8. 管道纵向应力计算 纵向应力计算
二、管道机械专业（应力分析）常用的 标准规范
11. ASME/ANSI B31.1-Power Piping 12. ASME/ANSI B31.3-Process Piping 13. ASME/ANSI B31.4-Liquid Transmission and Distribution piping systems 14. ASME/ANSI B31.8-Gas Transmission and Distribution piping systems 15. API610-离心泵 16. NEMA SM23-透平 17. API617-离心式压缩机 18. API618-往复式压缩机 19. API661-空冷器 20. ANSI/B31.1、APIRP520-安全阀、爆破膜
3) 激振力频率
W0
n 缸数 单( 双 )作用数(1 / 秒 ) 60
n = 转/分 — 压缩机转数
十、管系动力分析的要点
4)控制压力脉动
P <5 kg/cm2 ≤5 ～100 kg/cm2 ≤100 ～ 200 kg/cm2 ≤200 ～ 500 kg/cm2
注：此为原苏联标准
压力脉动值δ 2～8％ 2～6％ 2～5％ 2～4％
d 4 V气体流速 U,U D V介质内的声速
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
十、管系动力分析的要点
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。改EL90为弯头 EL45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
5. GB150-2011《压力容器》
6. JB/T8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7. JB/T8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8. GB50251-2003《输气管道工程设计规范》 9. GB50253-2003《输油管道工程设计规范》 10. GB/T12777-2008《金属波纹管膨胀节通用技术条件》
管道应力分析
主讲：张西平 华陆工程科技有限责任公司 联系电话： 029 – 87988860
主办：中国石油和化工勘察设计协会
一、管机专业的职责
1. 负责对规定范围内的管系进行应力分析（静力分析、动力分析）； 2. 负责对重要管线的壁厚进行计算，包括特殊管件的应力分析； 3. 负责对敏感设备（机泵、空冷器、透平等）管口受力进行校核计算； 4. 负责对装置内的管道进行管架设计； 5. 审查供货商提供的有关文件； 6. 编制、修定专业标准、规范、规定和手册等基础工作； 7. 编制应力分析及管架设计工程规定； 8. 本专业人员技能的培训； 9. 设计进度、质量及人工时控制； 10. 参加现场技术服务。
十一、其它管系分析的要点
1) 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。 容器支耳 2) 支管补强计算 — 降低局部应力 — 等面积补强 — WRC329。 3) 动设备管口许用荷载校核 — API 610; API 617; NEMA SM 23; API 661。 4) 夹套管
β— 放大因子 W1— 固有频率（角频） Wo — 激振频率（角频） 通常W1应避开0.8Wo ~1.2Wo 的 区域，在工程中最好避开 0.5Wo ~1.5Wo的范围，这样振幅较小。
十、管系动力分析的要点
2) 通常W1应在Wo（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
六、编制管道应力分析技术统一规定
1. 技术统一规定的适用范围； 2. 项目执行中使用的标准规范及版本； 3. 温度、压力等技术条件的确定方法； 4. 分析中需要考虑的荷载及计算方法； 5. 管道应力分析使用的软件； 6. 项目中需要进行详细应力分析的管道类别确定； 7. 管道应力的安全评定条件； 8. 机器、设备的允许荷载或遵循的标准； 9. 防止法兰泄漏的条件； 10. 膨胀节、弹簧等特殊元件的设计和选用要求； 11. 专门问题（如摩擦力、冷紧等）的处理方法； 12. 业主的特殊要求； 13. 不同专业之间的接口关系； 14. 其他要求。
四、应力的基本概念
1. 正应力：正应力是作用在材料晶体结构正面方向的应力。 2. 管子轴向应力：轴向应力就是作用于平行管子轴线的正应 力。 3. 周向应力：是在管子中出现的另一类正应力，它的方向是 垂直于轴向的。其中之一就是内压引起的正应力叫做周向 应力。周向应力的方向平行于管壁圆周的切线方向。 4. 径向应力：径向应力是作用在管壁上的第三种正应力，它 与管子的半径方向平行并作用于第三垂直方向上，径向应 力是由内压引起的。 5. 剪应力：剪应力作用在与材料晶体结构平面相平行的方向， 并且可能使晶体相毗邻的平面相互产生滑动的趋势，剪应 力的产生不仅仅是一种载荷引起的。
五、为什么进行管道应力分析
1. 计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求，保证管道自身的安 全（包括防止法兰泄漏）。 2. 计算管道对与其相连的机器、设备的作用力，并使之满足标准规范 的要求，保证机器、设备的安全，设备管口荷载符合制造商或公认的 标准。（如NEMA SM23、API610、API617）。 3. 为使与管道相连接的容器应力保持在ASME第八部分的许用范围内。 4. 为计算出各种支撑和约束的设计荷载。 5. 为确定因各种冲击荷载所导致的管道位移。 6. 解决管道动力学的问题。例如：机械振动、声频振动、流体锤、脉 动、瞬间流动、安全阀的排放。 7. 优化配管设计。减轻荷载或节约材料。
七、初步应力分析及审查的主要内容
1.审查内容 (1) 查看一次应力和二次应力的校核结果； (2) 查看安装状态和操作状态的位移； (3) 查看机器、设备的受力； (4) 查看支吊架的受力； (5) 查看弹簧表。
七、初步应力分析及审查的主要内容
2.通常存在的问题 (1) 一次应力超标：缺少支吊架； (2) 二次应力超标：管道柔性不足或三通需加强； (3) 冷态位移过大：缺少支吊架； (4) 热态水平位移过大：缺少固定点或П 形弯、管托应加长、增加导向 架； (5) 机器、设备受力过大：管道柔性不足、支吊架设置不合理； (6) 固定支架、限位架水平受力过大：固定点、限位点位置选择不当或 管道柔性不足； (7) 支吊点垂直力过大：考虑采用弹簧支吊架； (8) 支吊点脱空：考虑采用弹簧支吊架； (9) 弹簧荷载、位移范围选择不当：人为进行调整； (10) 计算工况组合不当：人为进行调整。
静力分析
⑷ 应力分析 动力分析 (三、四级)；
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)。
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，同时包括应力分析管道的所有内容)； ⑼ 往复式压缩机、往复泵管系的动力分析(四级)； ⑽ 安全阀、爆破膜泄放反力计算； ⑾ 向结构、建筑专业提出荷载条件； ⑿ 向设备专业提出管口荷载、支承预焊件条件； 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 编制弹簧架采购MR文件及弹簧支吊架技术数据表； 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。
二、管道机械专业（应力分析）常用的 标准规范
1. GB/T20801.1~6-2006《压力管道规范 工业管道》
2. GB50316-2000（2008版）《工业金属管道设计规范》
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》
a) 管道计算
夹套管
b) 端部强度计算
c) 内部导向翼板位置确定
管端结构
十一、其它管系分析的要点