管道应力分析及计算51页PPT
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• 另外，当一次应力超过屈服点时将引起管道 总体范围内的显著变形或破坏，对管道的失 效及破坏影响最大。
• 一次应力还可分为以下三种 :
• a．一次总体薄膜应力 Pm
• 一次总体薄膜应力是指沿厚度方向均匀分布 的应力，等于沿厚度方向的应力平均值。
• 一次总体薄膜应力达到材料的屈服点就意味
• 强度条件为，最大当量应力不超过材料在 工作温度下的基本许用应力
•
σzhl ≤[σ]t
• 该公式的含义为：
• 当以环向应力作为最大应力进行强度设计
后，还应校核与环向应力垂直方向上的轴 向应力是否满足要.精求品课件，. 因轴向应力复杂。30
• （2）二次应力的强度条件
• 二次应力产生的破坏，是在反复加载 及冷热交换作用下引起的疲劳破坏，根据安 定性准则来规定其许用应力值，这是一个防 止结构反复发生正反方向屈服变形的准则。
• 对这类应力限定，并不是限定一个时 期的应力水平，而是控制其交变循环次数
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• 强度条件为：
• 内压和持续外载荷产生的一次、二次应力 σe：
• σe 1.25 f ([σ] + [σ]t ) • 单独计算热胀二次应力σe ： • σe f (1.25[σ] + 0.25[σ]t ) • 考虑轴向载荷时，单独计算热胀二次应力
• 反之称为厚壁管，应力分布为三向应力状态 或平面应变状态。
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• （3）三向应力的计算公式（GB 50316)
•
σθ= PDn / 2te
•
σz= PDn2 / [4te (Dn+te)]
•
σr= - P / 2
管道应力分析与计算共51页文档
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
管道应力பைடு நூலகம்析与计算
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
管道应力分析和计算
管道应力分析和计算管道应力分析和计算目次1 概述1.1 管道应力计算的主要工作1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法1.4 管道荷载1.5 变形与应力1.6 强度指标与塑性指标1.7 强度理论1.8 蠕变与应力松弛1.9 应力分类1.10 应力分析2 管道的柔性分析与计算2.1 管道的柔性2.2 管道的热膨胀补偿2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算2.6 冷紧2.7 柔性系数与应力增加系数2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算3 管道的应力验算3.1 管道的设计参数3.2 钢材的许用应力3.3 管道在内压下的应力验算3.4 管道在持续荷载下的应力验算3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算3.7 力矩和截面抗弯矩的计算3.8 应力增加系数3.9 应力分析和计算软件1 概述1.1 管道应力计算的主要工作火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。
管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
1.2 管道应力计算常用的规范、标准（1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。
对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。
1.3 管道应力分析方法管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。
对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。
最新压力管道应力分析幻灯片
③小支管与大管连接，且大管有位移并会影 响柔性的判断时，小管应与大管同时计 算。
⑷、具备下列条件之一的管道，可不做柔性 分析：
①该管道与某一运行情况良好的管道完全相 同；
②该管道与已经过柔性分析合格的管道相比 较，几乎没有变化。
⑸、柔性计算方法应符合下列规定：
①对于与敏感机器、设备相连的或高温、高 压或循环数大于7000次等重要的以及工 程设计有严格要求的管道，应采用计算 机程序进行柔性计算。
管道； ⑹ 与离心泵连接的管道
⑺ 设备管口由特殊受力要求的其他管道；
⑻ 利用简化分析方法分析后，表明需要进一 步详细分析的管道；
• 哪些管道可以不进行详细的柔性设计
⑴ 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的 管道；
⑵ 和已分析的管道比较，确认有足够柔性的 管道；
⑶ 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下式要求 的非剧毒介质管道：
一、在石油化工管道中常见的振动： ⑴ 往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；
• 往复式压缩机及往复泵防振设计的步骤： 1、在订货合同中明确提出对机器制造厂的要求：
⑴明确规定机器制造厂采取分析设计方法进行 压力脉动和振动控制；
⑵对缓冲罐容积大小提出要求；
2、通过计算共振管长和管系固有频率对管道布 置和支撑进行调整
时为：
S1 2[]P t D wP
2、弯管壁厚计算 弯管外侧壁的实际环向应力仍比直管大，内侧壁 的环向应力则比直管小。且应力值与弯管的弯曲 半径R有关。
Slw2[ P ]t D w p(1D 4R w)
弯制弯管时，弯管处横截面变得不圆，它对应力有 影响，可用最大外径与最小外径之差Tu表示。
TuD mD ax D w m i n10 % 0
⑷、具备下列条件之一的管道，可不做柔性 分析：
①该管道与某一运行情况良好的管道完全相 同；
②该管道与已经过柔性分析合格的管道相比 较，几乎没有变化。
⑸、柔性计算方法应符合下列规定：
①对于与敏感机器、设备相连的或高温、高 压或循环数大于7000次等重要的以及工 程设计有严格要求的管道，应采用计算 机程序进行柔性计算。
管道； ⑹ 与离心泵连接的管道
⑺ 设备管口由特殊受力要求的其他管道；
⑻ 利用简化分析方法分析后，表明需要进一 步详细分析的管道；
• 哪些管道可以不进行详细的柔性设计
⑴ 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的 管道；
⑵ 和已分析的管道比较，确认有足够柔性的 管道；
⑶ 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下式要求 的非剧毒介质管道：
一、在石油化工管道中常见的振动： ⑴ 往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；
• 往复式压缩机及往复泵防振设计的步骤： 1、在订货合同中明确提出对机器制造厂的要求：
⑴明确规定机器制造厂采取分析设计方法进行 压力脉动和振动控制；
⑵对缓冲罐容积大小提出要求；
2、通过计算共振管长和管系固有频率对管道布 置和支撑进行调整
时为：
S1 2[]P t D wP
2、弯管壁厚计算 弯管外侧壁的实际环向应力仍比直管大，内侧壁 的环向应力则比直管小。且应力值与弯管的弯曲 半径R有关。
Slw2[ P ]t D w p(1D 4R w)
弯制弯管时，弯管处横截面变得不圆，它对应力有 影响，可用最大外径与最小外径之差Tu表示。
TuD mD ax D w m i n10 % 0
管道应力与设计ppt课件
（3）、《压力容器压力管道设计许可规则》 将压力管道划分为四个类别：
• • • • •
长输管道（GA）、 公用管道（GB） 工业管道（GC） 、动力管道（GD）
公用管道（GB）（公用或民用） 城市或乡镇范围内的用于公用事业或民 用的燃气管道和热力管道,划分为GB1级和 GB2级。 • 燃气管道GB1、热力管道GB2
3
按材料标准或本部 0.85 分规定不作RT 部分（10%）RT 0，Φ=1 • S--材料许用应力,见GB/T20801.2,表 A.1材料许用应力表 ，应根据材料 （牌号）、标准、工作温度（最低使 用温度） 、板厚尺寸来选择。
Y—设计系数，当t<D/6时，按GB/T 20801.3表16选取。 注：铁素体钢：碳素钢、低合金高强度钢、珠光体耐热钢、铁素体不锈 钢钢的总称。
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四、载荷分类 1、根据载荷作用时间长短分为恒载荷和活载荷 恒载荷—持续作用于管道的载荷：如介质、自重、 支吊架反力、热载荷等 活载荷---临时作用在管道的载荷：如风载荷、地 震载荷。 2、根据载荷作用性质分为静力载荷和动力载荷 静力载荷---载荷缓慢、毫无振动地加到管道上去。 在计算时就可以略去惯性力 动力载荷---载荷随时间迅速变化的，如在计算时 就应考虑惯性力:管道振动、突然关闭阀门使得压 力冲击、地震等 3、静力载荷根据其不同特性又分为自限性载荷和 非自限性载荷 注：自限性载荷—由于变形受约束产生的载荷； 非自限性载荷---外力载荷
物的气体。 • 2. 可燃液体——在可预见的使用条件下能产生可燃蒸气或薄雾，其 闪点大于或等于45℃，而低于120℃的液体。
二、管道应力分析常用规范、标准
• • • • • • • • • • • • •
管道应力分析及计算PPT课件
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：
d D
4
U,
U
V气体流速 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 18
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
强度条件：连续敷设水平直管允许跨距强度条件是管
道中最大
纵向应力不得大于设计温度下的材
料的许用应力。
b)管道跨距计算
c) 不考虑内压最大允许跨距
d)考虑内压最大允许跨距
e)大直径薄壁管道
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10.2、管道跨距及导向间距 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。
需提条件给土建 ：沉降量的考虑；储罐抗震措施。
22
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
插图
⒀编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表 — 选型、荷载、位移
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）
(8)夹套管 b）端部强度计算 管端结构
c）内部导向翼板位置确定
⑼ 往复式机泵动力分析
安全阀与爆破片
⑽ 安全阀，爆破膜泄放反力计算(见标准计算程序)
ANSI/B 31.1(气体)；API RP 520(气体、气混)
⑾结构，荷载条件： F≥1000Kgf，M≥750Kgf × Bf Bf — 梁翼缘宽度。
明钢管的管身应力分析PPT课件
• 将水重和管重的法向分力视为均布荷载，则钢管的受力与多跨连续梁类似，其变 形以弯曲为主，并在管壁上产生弯曲正应力与剪应力。在均布荷载作用下，管壁 横断面上任意一点的轴向应力为 :
第16页/共72页
第17页/共72页
• 式中 ，
，薄壁圆环惯性矩 。
• 在管顶和管底，θ=0°和180°，y=±D/2 ， σx1最大.
第2页/共72页
二、管身应力分析和结构设计 • 钢管支承在一系列支墩的直线管段在法向力的作用下，相当于一根连续梁。支墩 处设有支承环，由于抗外压需要，支承环之间有时还加有刚性环(加劲环)。 • 计算跨选取:一般情况下，最后一跨的应力最大。
第3页/共72页
第4页/共72页
• 计算断面选取: • 支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，
界压力 为 Pcr
3 r3
Ecr3 12(1
2
)
(1
2E
2
)
D
3
•
（8
-32）
•
引
入
安
全
系
数
K
，
要
求
：
P
cr≥D
K
P。
• 取K=2.0，P=0.1MPa（一个13大0 气压），钢材
的弹性模量E=2×10第354页M/共P72a页，略去μ²，则得到光
（三）、加劲钢管的外压稳定
•按
求出的管壁厚度太大，如果D=650cm，则要求：δ≥50 mm，加工困难，因此可采用在管壁上增
•
（８－３４）
第37页/共72页
2．加劲环断面的外压稳定
• 设置加劲环的钢管，加劲环断面必须满足两个要求：(1) 加劲环断面本身不失稳； (2) 加劲环断面的压应力小于材料的允许值。
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• 式中 ，
，薄壁圆环惯性矩 。
• 在管顶和管底，θ=0°和180°，y=±D/2 ， σx1最大.
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二、管身应力分析和结构设计 • 钢管支承在一系列支墩的直线管段在法向力的作用下，相当于一根连续梁。支墩 处设有支承环，由于抗外压需要，支承环之间有时还加有刚性环(加劲环)。 • 计算跨选取:一般情况下，最后一跨的应力最大。
第3页/共72页
第4页/共72页
• 计算断面选取: • 支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，
界压力 为 Pcr
3 r3
Ecr3 12(1
2
)
(1
2E
2
)
D
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引
入
安
全
系
数
K
，
要
求
：
P
cr≥D
K
P。
• 取K=2.0，P=0.1MPa（一个13大0 气压），钢材
的弹性模量E=2×10第354页M/共P72a页，略去μ²，则得到光
（三）、加劲钢管的外压稳定
•按
求出的管壁厚度太大，如果D=650cm，则要求：δ≥50 mm，加工困难，因此可采用在管壁上增
•
（８－３４）
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2．加劲环断面的外压稳定
• 设置加劲环的钢管，加劲环断面必须满足两个要求：(1) 加劲环断面本身不失稳； (2) 加劲环断面的压应力小于材料的允许值。
压力管道应力分析_图文
管道元件变形的几种基本形式:
⑴ 拉伸和压缩 ⑵ 剪切 • 对于塑性材料：[τ]=(0.6~0.8)[σ] • 对于脆性材料：[τ]=(0.6~1.0)[σ] ⑶ 扭转 • [τ]=(0.5~0.6)[σ] ⑷ 弯曲 • уman≤[f] [f]为工程上规定的许用绕度值
。
承受内压管子的强度计算
1、管子壁厚计算 承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确
• 上式即为管道中二次应力强度条件判定 式，它已被众多的压力管道设计规范如 ANSI B31.3、SHJ41所引用。
压力管道的强度计算:
• 基本概念： ⑴ 设计压力 ⑵ 设计温度 ⑶ 材料的许用应力 ⑷ 厚度附加量 ⑸ 焊缝系数 ⑹ 设计寿命 ⑺ 计算厚度
⑻ 设计厚度 ⑼ 名义厚度 ⑽ 有效厚度
②对简单的L形、∏形、Z形等管道，可采 用表格法、图解法等验算，但所采用的 表和图必须是经过计算验证的；
③无分支管道或管系的局部作为计算机柔 性计算前的初步判断时，可采用简化的 分析方法。
2、SH/T3041《石油化工管道柔性设计规 定》中的规定：
⑴ 操作温度大于400℃或小于－50℃ ⑵ 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道 ⑶ 进出反应器的高温管道； ⑷ 进出汽轮机的蒸汽管道； ⑸ 进出离心式压缩机、往复式压缩机的工
一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受 均布载荷时的刚度条件计算
（1）刚度条件
（装置内）
（装置外）
装置内：管道固有频率不低于4Hz； 装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
（不考虑内压）
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。
• 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一 些书、手册列出了根据上述方法计算得到 的连续敷设管道的允许跨距。如《石油化 工装置工艺管道安装设计手册》。