附塔管道的应力分析

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PSA吸附塔的结构设计及应力分析

PSA吸附塔的结构设计及应力分析

要对 吸 附塔结 构进 行疲 劳分 析设 计 。 1 1 吸 附塔主 体厚 度计 算 .
1Mn 工 作 介 质 H2 C 、 o、 6 R, 、 H4 C N2和 c H 设 计 2 , 寿命 2 。其公称 直 径 23 0mm, 积 1 . 4m。 0a 0 体 8 6 ,
s r t e d sgn o bs r to o r we e i r du e . The r s l r i e e e e e o he d — t uc ur e i fa o p i n t we r nt o c d e u t p ov d s r f r nc s f r t e s g nd a l ss ofa s r i owe . i n a na y i b o pton t r
称 P A) 吸附分 离技 术 中一项 用 于 分 离气 体 混 合 S 是
物 的技术 。在分 离过 程 中 , 气体 组分 在 升压 时吸 附 ,
降压 压力 周期 性 的变 化 过 程 中实 现分 离 。变 压 吸 在
设计 压力 1 0MP , 计 温 度 7 0℃ , . a设 5 工作 压 力 0 1 .

1 1 1 封 头及 其 直 边 段 . .
吸 附 塔 封 头 选 用 标 准 椭 圆 形 封 头 , 计 算 厚 度 其
按 文献 [ ] (— ) 2 图 7 1 中的 rD. . 7的 曲线来 确 定 。 / 一0 1
P A 吸 附 塔 的 结 构 设 计 及 应 力 分 析 S
孟 德 文 ,李 志 军
( 庆 石 化 公 司 ,黑 龙 江 大 庆 1 3 1 ) 大 6 7 1
摘要 :介 绍 了变压 吸 附的 工作原 理 , 变压吸 附塔 结 构设 计 中的 注意 事项 、 劳载荷 工 况下许 用 交 对 疲

塔的配管规定完整版

塔的配管规定完整版

塔的配管规定HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】目录第一章总则第二章塔的配管第一节塔的管口方位第二节塔上主要管道的安装第三节塔的平台第四节附塔管道的支架附图一塔的典型配管第一章总则第1.0.1条本规定适用于石油化工装置中各种塔的配管设计。

第1.0.2条塔的配管设计除执行本规定外,尚且符合有关配管材料设计规定。

第二章塔的配管第一节塔的管口方位第2.1.1条为确定塔的管口方位,需根据塔的布置,将塔周分为两个区域,一个是操作区,另一个是配管区(管廊侧)见图。

图2.1.1 塔周区域划分操作区原则上是为操作、维修设置的,包括梯子、平台、人孔、安全阀及其它阀门、仪表和吊柱等。

配管区是作为连接管廊、泵和冷换设备等管道的区域。

第2.1.2条人孔:人孔是为检修和安装塔内件而设置的。

人孔布置原则如下:一、人孔应布置在操作区内进出塔比较方便、安全、合理的位置。

二、当一个塔有几个人孔时,上、下人孔应在一条直线位置上。

三、人孔方位不得开在降液管或受液槽区域内,见图2.1.2。

决定管口方位的顺序是:首先决定人孔方位,然后确定奇数塔板或偶数塔板降液管的位置与塔板的关系(一般的奇数板为基准)。

确定塔板位置后,可从塔顶依次向下确定各管口的方位。

(a) 单溢流塔板(b) 双溢流塔板图2.1.1 人孔方位示意第2.1.3条管口方位的范围管口方位的范围面图平面图剖视图(a)有内管时剖视图(b)无内管时图2.1.3-1 单溢流回流管口方位示意(a)(b) (c)中间进,两边降液两边进,中间降液中间进,中央降液图2.1.3-2 双溢流回流管口方位示意第2.1.4条(a) 单溢流板进料管口(b) 双溢流塔进料管在 (c) 双溢流塔90进料在两侧降液板上面中央降液板上面图2.1.4 近料管口方位示意第2.1.5条图2.1.5 抽出管口方位示意第2.1.6条ab)为双溢流塔与再沸器连接的进出管口方位示意。

管道应力分析主要内容及要点

管道应力分析主要内容及要点

管道应力分析主要内容及要点管道应力分析的原则管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。

ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成,每卷均为美国国家标准。

它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。

每一卷的规则表明了管道装置的类型,这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的,如下所列:B31.1 压力管道:主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。

B31.3 工艺管道:主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂,以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。

B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统:工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。

B31.5 冷冻管道:冷冻和二次冷却器的管道B31.8 气体输送和配气管道系统:生产厂与终端设备(包括压气机、调节站和计量器)间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。

B31.9 房屋建筑用户管道:主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道,但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。

B31.11 稀浆输送管道系统:工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。

管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析析1.静力分析包括:1)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一一防止疲劳破坏;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一防止法兰汇漏。

2.动力分析包括:1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振: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(泵)气(液)柱频率分析一一防止气柱共振;4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。

分子筛脱水吸附塔的结构应力与疲劳分析

分子筛脱水吸附塔的结构应力与疲劳分析

分子筛脱水吸附塔的结构应力与疲劳分析刘磊1李明娜1马秀清2张春贵1李祺1朱巧家1张兵1(1.上海蓝滨石化设备有限责任公司;2.机械工业上海蓝亚检测所有限公司)摘要综合考虑分子筛脱水吸附塔的结构、疲劳状况及管口载荷等因素,利用ANSYS对吸附塔进行结构应力与疲劳分析#计算结果表明:所建立的吸附塔整体模型合理;该结构在确保可靠性的基础上可降低制造成本;该设备能满足疲劳寿命的要求。

关键词分子筛吸附塔ANSYS应力分析疲劳分析强度评定中图分类号TQ052.4文献标识码A文章编号0254-6094(2020)03-0322-05分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物,具有规则且直径大小均匀的微孔结构,能把比微孔结构直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附的能力,因能把不同的极性程度、饱和程度、分子大小和沸点的分子分离开来,即具有“筛分”分子的功能,故称分子筛[I]O水是一种强极化分子,由于与分子筛的孔径相比,水的分子直径较小,极易被分子筛吸附,因此分子筛是优良的气体干燥剂,例如天然气处理站,天然气只有在经过脱水设备处理后方可输往液化设备,脱水是日常工作之一[2'3]O对露点有较高要求的天然气的干燥,一般采用分子筛脱水法,因此分子筛脱水装置在天然气处理站应用非常广泛。

分子筛脱水吸附塔是油田天然气脱水装置中关键的压力容器单元设备,工作流程为吸附!再生!吸附交替进行的过程,操作温度和压力呈周期性变化⑷。

由于现代工业对压力容器的设计性能要求非常高,为保证设备在满足性能要求的基础上更加安全,根据吸附塔的整体模型和操作条件,按照JB4732-1995《钢制压力容器一分析设计标准》中压力容器的设计规范和标准进行设计[5],辅以ANSYS有限元分析软件对分子筛吸附塔建立有限元模型,优化其结构,根据第三强度理论加载求解出模型的应力强度,研究吸附塔的应力分布规律。

1吸附塔的主要参数某分子筛脱水吸附塔的介质为湿天然气,主体材料为Q345R(钢板厚度负偏差按GB/T7I3-2014取0.3m m,材料的泊松比0.3)、管口锻件材料16Mn,塔体内径2200mm,容积31.2m3,设计压力7.8MPa,设计温度-20/320!(该设计温度时,主体材料的弹性模量为0.201/0.181GPa),工作压力6.9~7.2MPa,工作温度40-290!,腐蚀裕量3.0mm,交变次数为每年334次,设计使用年限20年。

附塔管道的应力分析

附塔管道的应力分析

附塔管道的应力分析摘要:结合某装置反应塔附塔管道的应力分析,概述管道应力分析的目的、方法、必要性以及工作过程关键词:附塔管道应力分析管道走向压力管道在现代化工生产中被越来越广泛的使用,管道配管直接决定着工艺管道的安全性及经济性,也直接影响着整个工程的质量和安全事故的发生率以及整个装置的寿命。

而对压力管道进行详细的应力分析,可得出整个管系的应力水平、薄弱点位置,可针对性的设置管道支吊架,合理地确定管道的走向,消除应力峰值,为安全生产打好基础。

管道应力分析的任务是指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相连的机器、设备及土建结构的安全。

管道在使用过程中会受到各种载荷的影响,如果载荷超出了管道的承受能力,管道就会发生弯曲、变形、断裂等现象,也会对与管道相连的机器、设备及土建结构造成危险甚至破坏。

为便于分析,将管道中各种载荷对管道产生的应力分为:一次应力、二次应力和峰值应力。

一次应力是指管道所受载荷,如内压、地震载荷、风载荷等引起的管道对抗外部载荷所必须的内部应力,随外力的增大而增大,具有非自限性的特点,超过某一限度,将使管道整体变形直至破坏。

二次应力与外载荷没有直接关系,是由热胀冷缩、端点位移等位移载荷所产生的应力,具有自限性,即局部屈服和小量变形就可使应力减小。

峰值应力是管道由于局部结构不连续或局部应力集中附加到一次应力或二次应力的增量。

管道应力分析可划分为静力分析和动力分析。

静力分析是指在静力载荷作用下对管道进行力学分析,并进行相应的安全评定。

需完成下列任务: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(包括防止法兰泄露);计算管道对与其相连的机器、设备的作用力,保证机器、设备的安全;计算管道对支吊架和土建结构的作用力,为支吊架和土建结构的设计提供依据;计算管道位移,防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞,并为弹簧支吊架的选用提供依据;埋地管的稳定性计算,避免管道失稳。

管道应力分析中几个问题的探讨

管道应力分析中几个问题的探讨

管道应力分析中几个问题的探讨摘要:在进行管道设计时,首先要考虑满足工艺要求,还应使管道的设计既经济合理又安全可靠,管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。

针对相关规范的理解和支架设计技巧,结合长期的设计经验和应力分析理论,提出了管道应力分析相关需要注意的几个问题。

关键词:管道应力;安装温度;弹簧设计;汽轮机;再沸器;偶然工况Zhou Xiaobing, Fei Ke(China Wuhuan Engineering Co.,Ltd, Wuhan Hubei 430223)Abstract::, Pipeline design should firstly meet the process requirements, also should be economical,reasonable,safe and reliable, pipeline stress analysis is the means and methods to achieve this goal. According to the understanding of related codes and stress analysis theory, combined with the experience in the piping arrangement and support design, the author presents some issues about piping stress analysis.Key words: Pipeline stress; ambient temperature; Spring design; turbine; reboiler; Occasional case一、管道应力分析中如何定义安装温度国内工程公司管道应力分析专业通常规定:管道应力分析的安装温度,依据建设项目所在地的气象环境和安装时间及业主的特殊要求来确定,如无特殊规定,则管道安装温度取21℃。

管道应力分析

管道应力分析

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)(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∏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。

压力管道应力分析

压力管道应力分析

压力管道应力分析引言压力管道作为输送流体的重要管线,承受的压力和温度都是极高的。

这样就会导致管道中的应力和变形问题,从而产生一定的安全隐患。

因此,对于压力管道的应力分析就显得尤为重要。

压力管道的应力压力管道在运行过程中,会受到各种力的作用,如内压、重力、支架反力、温度等,这些力作用在管道上,就会造成管道内部的应力,如轴向应力、周向应力、径向应力等。

•轴向应力轴向应力是指管道轴向方向的应力,通常是指由流体作用产生的内压力和拉力两部分的影响。

在管道内部,如果内压力太大,轴向应力就会增大,会导致管道的卡铁暴力现象。

•周向应力周向应力是指管道周向方向的应力,主要受到流体和温度两个因素的影响。

当管道内部温度升高,周向应力也会随之升高,如果超过极限值,就可能导致管道的破裂。

•径向应力径向应力是指与管道中心轴线垂直方向的应力,通常是由于弯曲、扭转等变形所引起的。

如果弯曲半径过小或者存在缺陷,就会导致径向应力过大,从而容易引起管道的破裂。

压力管道应力分析压力管道应力分析是针对管道内各种应力进行综合分析的过程。

在分析的过程中,通常需要采用有限元分析等方法,通过建立合适的数学模型和计算,得出管道内部的应力情况和强度,并评估管道是否存在危险的可能性。

在进行应力分析时,一般需要考虑以下几个方面。

1. 材料力学性能材料力学性能直接影响管道的使用寿命和安全性。

因此,对于材料的强度、韧性、塑性等性能参数,都需要进行准确的测定和分析。

常见的材料包括石墨、钢铁、铝合金等。

2. 工况分析针对不同的工况,管道所受的力也会不同。

因此,在进行应力分析之前,需要准确确定工况参数,如内压、外界温度等,以便进行有针对性的分析。

3. 有限元分析有限元分析是应用计算机模拟技术,将管道模型分割成有限个小模型,通过对小模型的计算和组合,分析管道内部的应力和强度分布。

这种方法可以更直观地了解管道内部应力的变化情况,有效评估管道的安全性和强度。

压力管道应力分析是管道设计和使用过程中必不可少的环节。

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附塔管道的应力分析
摘要:结合某装置反应塔附塔管道的应力分析,概述管道应力分析的目的、方法、必要性以及工作过程
关键词:附塔管道应力分析管道走向
压力管道在现代化工生产中被越来越广泛的使用,管道配管直接决定着工艺管道的安全性及经济性,也直接影响着整个工程的质量和安全事故的发生率以及整个装置的寿命。

而对压力管道进行详细的应力分析,可得出整个管系的应力水平、薄弱点位置,可针对性的设置管道支吊架,合理地确定管道的走向,消除应力峰值,为安全生产打好基础。

管道应力分析的任务是指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相连的机器、设备及土建结构的安全。

管道在使用过程中会受到各种载荷的影响,如果载荷超出了管道的承受能力,管道就会发生弯曲、变形、断裂等现象,也会对与管道相连的机器、设备及土建结构造成危险甚至破坏。

为便于分析,将管道中各种载荷对管道产生的应力分为:一次应力、二次应力和峰值应力。

一次应力是指管道所受载荷,如内压、地震载荷、风载荷等引起的管道对抗外部载荷所必须的内部应力,随外力的增大而增大,具有非自限性的特点,超过某一限度,将使管道整体变形直至破坏。

二次应力与外载荷没有直接关系,是由热胀冷缩、端点位移等位移载荷所产生的应力,具有自限性,即局部屈服和小量变形就可使应力减小。

峰值应力是管道由于局部结构不连续或局部应力集中附加到一次应力或二次应力的增量。

管道应力分析可划分为静力分析和动力分析。

静力分析是指在静力载荷作用下对管道进行力学分析,并进行相应的安全评定。

需完成下列任务: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(包括防止法兰泄露);计算管道对与其相连的机器、设备的作用力,保证机器、设备的安全;计算管道对支吊架和土建结构的作用力,为支吊架和土建结构的设计提供依据;计算管道位移,防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞,并为弹簧支吊架的选用提供依据;埋地管的稳定性计算,避免管道失稳。

动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击载荷作用下管道的振动分析,使地震和振动的影响得到有效控制。

需完成下列任务:管道的地震分析,防止管道在地震中发生破坏;往复压缩机和往复泵管道的固有频率和振型分析,防止管道系统发生机械共振;往复压缩机和往复泵管道的强迫振动分析及声学模型分析,防止管道因振动发生疲劳破坏;水锤、安全阀泄放载荷和两相流所产生的支架载荷计算。

管道热胀冷缩产生的位移应力(二次应力)与管径、壁厚、管道的布置走向及温度高低等诸多因素直接相关,比较复杂,因此对管道二次应力的分析是管道应力分析最重要的任务,必须使管道系统具有足够的柔性。

管道柔性设计的一般
方法有:改变管道的走向,选用弯头、环形管等;选用波纹管膨胀节或其它允许有移动或转动的装置;选用弹簧支吊架。

在保证管道具有足够柔性来吸收变形的前提下,应避免使管系过分柔软,避免管系产生振动,还可减少投资。

下面以某化工装置中反应塔所附管系对应力分析的应用作一说明。

反应塔直径3600mm,高42米,主管从塔靠近上封头的筒壁水平伸出,然后垂直沿塔外壁向下,在离地三米出再水平转出,其中在不同高度又从竖直管向塔引出四根水平管伸入塔内,管上还有多个阀门,以及其它小直径管连接。

主管直径DN500,不同部分操作温度从50℃到130℃,操作压力0.4兆帕。

原配管为支撑此管系,在竖直管下端转水平处加支撑架。

应力分析过程中,将此管系建模输入CAESARII软件中,经过计算分析发现一次应力能满足要求,二次应力严重超标,对设备管口受力过大。

原因在于多处水平直管与主管连接三通处应力超标,水平管太短,造成两三通之间管道膨胀不能被吸收;同时,造成塔的接管法兰应力严重超标。

根本原因还是对管道的二次应力考虑不周,不能平衡二次应力,需增加管道的柔性。

为改善塔的法兰受力,需增加管系与塔连接的支架,减少管系对法兰的应力。

而增加支架又造成管道柔性减少,更加剧了二次应力。

增加管道柔性的方法中,首选改变管道走向,但此塔周围管线、设备众多,管道直径大,不能设置π形弯,在附塔管道中不能在竖直段设置膨胀节。

选择了将水平管改为在水平方向上L形,相当于增加了水平管长度,同时去掉在在竖管最下方的支撑,在下部水平管上增加膨胀节,在塔上合适位置增加了支撑管的支架。

又详细核算出塔和管道的膨胀位移,将位移输入模型。

直径较小的支管道增加π形弯,减少对主管的影响。

经过计算,管道各点出的应力水平,对支吊架的作用力和力矩以及各点的位移也清楚地显示出来。

经过修改,将附塔管道的应力降到较低水平,各处的位移也满足工艺要求,同时,塔上管口受力及力矩经核算也满足了设备及土建的要求。

综上所述,对压力管道进行应力分析,能确定合适的管道走向,设计合适的支吊架,对整个管系的安全运行起着至关重要的作用,从而保证整个装置的安全运行。

参考文献:
[1]唐永进《压力管道应力分析》中国石化出版社。

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