石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析在石油化工设备和管道设计中，管道的应力分析是至关重要的一部分。
管道在输送化工产品、原油和天然气等流体过程中承受着巨大的压力和温度变化，因此对管道的应力进行准确的分析和评估是确保设备安全稳定运行的关键。
本文将就石油化工设计中管道的应力分析进行探讨，包括管道的应力来源、应力分析的方法以及如何通过应力分析来优化管道设计。
一、管道应力的来源管道在石油化工生产和运输中承受着各种不同类型的应力，主要包括以下几种：1. 内压力应力：当管道内输送流体时，流体对管道内壁产生压力，这种压力会导致管道内壁产生拉伸应力。
根据管道内部流体的压力大小和管道壁厚度，可以通过公式计算出内压力应力。
2. 外压力应力：当管道埋设在地下或者受到外部负荷作用时，管道外表面会受到外部压力的影响，产生外压力应力。
外压力应力的大小取决于埋深以及地下土壤或其他外部负荷的性质。
3. 温度应力：在石油化工生产中，管道内流体的温度会经常发生变化，管道壁由于温度变化而产生热应力。
当温度升高时，管道会受到膨胀，产生热膨胀应力；当温度降低时，管道会受到收缩，产生热收缩应力。
4. 惯性应力：当管道受到流体在流动中带来的冲击或者振动负荷时，管道会受到惯性应力的作用。
这种应力通常在管道系统启停或者调节流量时发生。
以上几种应力来源综合作用于管道中，会使得管道处于复杂的受力状态，因此需要进行系统的应力分析来保证管道的安全可靠运行。
二、管道应力分析的方法1. 弹性理论分析法：弹性理论分析法是管道应力分析常用的一种方法。
它基于弹性力学理论，通过有限元分析或者解析力学方法，对管道受力、应力分布和应力集中进行计算和分析。
这种方法可以较为准确地预测管道在各种受力情况下的应力状态，但需要复杂的数学计算和较高的专业知识。
2. 经验公式法：经验公式法是一种简化的应力分析方法，常用于一些简单的管道系统。
通过经验公式计算内压力应力、外压力应力和温度应力，并考虑到管道的材料性能和工作条件，可以得到初步的应力估计。
管道设计中的应力分析和处理技巧
管道设计中的应力分析和处理技巧刘进辉摘要从管道应力产生的原理和处理方法出发，明确的阐述了应力处理的原则。
分步叙述了管道的补偿、管道柔性分析方法的选择，图解简化计算、判断式、计算机分析中的一些技巧和方法。
主题词应力补偿管道上的应力一般分为一次应力、二次应力和峰值应力。
一次应力是指由管道所受外力荷载引起的正应力和剪应力。
二次应力是由于管道变形受约束所产生的正应力和剪应力。
峰值应力是管件的局部结构不连续，有应力集中，或有局部热应力，附加到一次应力和二次应力的总合。
一次应力和峰值应力在确定的管道和管道环境中是不会变化的，这里我想主要谈谈管道的二次应力。
由定义可知，二次应力是由于管道变形受阻而产生的，它不直接与外力相平衡，而是由管道各部分变形来适应的。
在热胀推力的作用下，管道局部屈服而产生少量塑性变形时，就会使推力不在增加，塑性变形不在发展，即有自限性。
对于塑性良好的材料，一次伸缩即使产生较大的变形也不会破坏。
只有塑性变形在多次交变的情况下，才会引起管道的疲劳破坏。
当热力管道启动时，热力由内壁向外壁传递，内外壁管道有温差，管道温度不均匀，而产生温度应力，一般计算中不考虑。
不同材料的管道和管件焊接时，由于膨胀系数和弹性模量不同，当温度升高时，相连处存在热应力。
此应力也属二次应力。
一、管道的补偿在诸多因素中，温度的变化对管道应力的影响最大，而温度升高，又会降低管道的许用应力，只有当管道在工作状态下的应力小于许用应力，管道才是安全的。
那么我们怎样才能解决管道由于各种界环境变化而形变带来的二次应力呢？简单的说就是“膨胀多少，补偿多少”！。
管道在热胀或冷紧时不受阻，或在安全应力内受阻是我们补偿的最终目的。
首先我们来明确几个重要参数：右图是一“L”型管道，A、B分别为管道的两个固定点，L1+L2=L是管道的长度，U是两个固定点间的距离，Δ是管道的膨胀量。
这里需要对Δ详细说明一下，它是管道的线性膨胀量和管道位移的矢量加和。
石油化工管道应力设计
石油化工管道应力设计摘要：石油化工管道运行期间会受到介质传输以及传输速率的波动影响,导致管道内部压力存在较大波动性。
当不良波动现象表现明显时，管道内部可能会出现振动或者泄露现象，危害石油化工安全生产质量。
为及时消除这一危害影响，相关工作人员需要高度重视石油化工管道应力设计问题，通过优化分布管道压力，减少压力冲突，保障管道压力均衡。
针对于此，本文主要立足于石油化工管道应力问题表现，对石油化工管道应力类型以及设计优化策略进行总结归纳。
关键词：石油化工管道；应力设计；应力平衡；分析前言：所谓的管道应力主要是指石油化工管道实际运行期间受到内部介质自重、温度等因素影响或者外部自然环境等因素影响而产生的应力问题。
一般来说，因管道荷载作用力存在区别，导致管道所能承受的应力值也存在一定差异，容易受到不同因素的干扰影响而引发管道损害问题。
近些年来，为保障石油化工管道应力平衡，减少压力冲突，化工管道设计工作对于管道应力设计问题予以了高度重视。
其中，设计人员主动立足于石油化工管道应力设计标准，对管系应力情况以及类型表现进行深度把握。
并主动结合应力成因表现，采取针对性措施加以改进优化，以保障石油化工管道得以安全稳定运行。
1石油化工管道应力类型表现分析1.1 一次应力石油化工管道设施往往存在一定自重，同时为满足管道安装结构设计要求，安装期间通常会设置较多荷载装置。
在上述现象的集中作用下，管道运行期间会受到自重以及管道荷载等因素影响，产生一次应力。
从客观角度上来讲，一次应力可以理解为物理作用力所产生的应力现象。
如果设计人员缺乏对一次应力的应对处理，就很容易对管道安全稳定运行构成威胁。
举例而言，像比较常见的管道裂缝以及管道变形等不良现象，均可以视为一次应力带来的影响表现[1]。
1.2 二次应力石油化工管道在运行期间会随着作用时间的推移而出现管材材质老化、管道结构间应力转移的现象问题。
同时，会有部分管道结构存在变形或者位移倾斜现象。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析管道系统是石油化工设备中不可或缺的部分，其承载着输送介质和承受压力的重要任务。
在设计管道系统时，必须对其进行应力分析，以确保其安全稳定地运行。
本文将深入探讨石油化工设计中管道的应力分析，包括管道应力的来源、计算方法以及在设计中的应用。
管道应力的来源管道系统承受多种应力作用，主要包括内压力、外载荷、温度变化和地震等因素。
首先是内压力，即输送介质所施加的压力。
这种应力是管道系统中最主要的应力来源，其大小与介质的性质、流量、工作温度和管道尺寸等因素有关。
其次是外载荷，如管道上的悬挂支架、施工载荷等，也会对管道造成影响。
温度变化也是管道应力的重要来源，因为温度变化会引起管道的膨胀或收缩，从而产生应力。
地震等外部环境因素也会对管道系统造成应力影响。
计算管道应力的方法主要包括静力学方法和有限元分析方法。
在静力学方法中，常用的计算公式有Barlow公式、Lame's公式和Tresca's公式等。
这些公式可以通过管道的几何参数、介质的性质和工作条件等参数来计算得到。
而有限元分析方法则是通过数值模拟的方法，将整个管道系统划分为有限个单元，然后利用有限元软件对其进行力学分析，得出管道的应力分布和变形情况。
在进行管道应力计算时，需要考虑多种因素，如管道的材料、受力条件、支架布置等。
特别是对于石油化工设备中使用的高压管道系统来说，其设计要求更加严格，对管道应力的计算也更加复杂。
还需要考虑管道的疲劳寿命和安全系数等因素，以确保管道系统的安全可靠运行。
管道应力分析在设计中的应用管道应力分析在石油化工设备的设计中起着至关重要的作用。
通过合理的应力分析可以确定管道的尺寸和壁厚，以满足输送介质和承受压力的要求。
在设计中，需要根据管道的受力情况和使用条件，选择合适的材料和管道结构，以确保其安全可靠地运行。
管道应力分析还可以指导管道的支架布置和管道间的连接设计，避免管道出现挠曲、屈服或疲劳断裂等问题。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析
在石油化工设计中，管道的应力分析是非常重要的一部分。
管道的应力分析可以帮助工程师确定管道在运行过程中的受力情况，从而提高管道的安全性和可靠性。
在管道设计中，应力分析可以分为静态分析和动态分析两种。
静态分析主要用于确定管道在自重、压力和温度等静态载荷下的应力分布情况，而动态分析主要用于确定管道在震动和冲击等动态载荷下的应力分布情况。
在进行应力分析之前，首先需要确定管道的几何形状、材料属性、工作条件等参数。
这些参数可以通过实验测定或者参考现有标准和规范获取。
然后，可以使用有限元分析等数学方法对管道的应力进行计算和分析。
在静态分析中，需要考虑管道的自重、压力、温度等因素对管道产生的应力影响。
自重应力是由于管道自身重量而引起的应力，可以通过管道的质量和几何参数计算得出。
压力应力是由于介质压力作用在管道内壁上而引起的应力，可以通过应力公式计算得出。
温度应力是由于管道在温度变化时产生的热应变而引起的应力，可以通过热应变公式计算得出。
在动态分析中，需要考虑管道在震动和冲击等动态载荷下的应力分布情况。
在地震等震动载荷下，管道会受到地震波的冲击，导致管道产生振动应力。
在水击等冲击载荷下，管道会受到流体突然变化引起的压力冲击，导致管道产生冲击应力。
这些应力可以通过动态分析方法，如有限元分析和模态分析等进行计算和分析。
在进行应力分析时，需要将管道分割成若干段进行计算，然后将各段应力叠加得到整体应力。
还需要考虑管道的支撑和固定方式对应力分布的影响。
管道的支座和吊架等支撑结构可以减小管道的变形和应力集中，提高管道的安全性。
石油化工管道应力设计
石油化工管道应力设计发布时间：2022-01-06T08:01:48.598Z 来源：《科学与技术》2021年8月第22期作者：李佳南[导读] 管道设计工作是非常复杂的，主要包括四个部分李佳南盛虹石化摘要：管道设计工作是非常复杂的，主要包括四个部分，分别是管道应力分析、管道布置、管道材料设计和设备布置，其中管道应力分析是管道设计的基础和关键。
管道应力分析对管道的安全性、可靠性和经济性具有重要影响。
通过应力分析分析，可以为管道做出强度与安全性的评价，为管道的经济分析提供依据。
关键词：石油化工，管道设计，应力分析引言石油化工管道是针对石油化工材料运输的最常用的部分，它在工厂内的作用一方面可以进行石油化工类原料的运输，另一方面也可以将相应的设备与系统进行连接。
因此，石油化工管道是工厂内部一个非常常见但又非常重要的部分，所以在进行石油化工管道设计的过程中，设计师应当对于石油化工外管设计及应力情况进行分析，从而保证石油化工管道的安全性与稳定性，保证工厂的运转效率的同时，也针对工人的安全进行了保障。
一、石油化工的管道设计（一）管廊的宽度在进行石油化工管道设计的过程中，首先要针对管廊进行设计。
关于石油化工管廊的宽度，主要由管道的具体数量、管道的具体口径以及仪表槽架的具体大小等多种因素来确定，并且在进行管廊设计的过程中，为了保证后期出现问题可以进行检修会更换原件，因此需要在进行廊道设计的过程中留出一定的宽度。
（二）管廊的高度在进行管廊设计的过程中，除了要进行宽度的设计以外，还需要针对管廊的高度进行设计。
管廊的高度需要以换热器、各种泵类等设备进行检修时所需要的高度空间来确定，当管廊横跨道路时，还需要根据车辆通行所需要的的高度来确定具体的管廊高度。
（三）管廊管道的布置原则在进行管廊管道布置的过程中，有一些原则需要注意，才能够保证石油化工外管的设计合理，例如，在进行管道布置时，应当将重量较大或口径较大的管道靠近管廊柱子附近布置，重量较小的小口径管道则可以放置在管架的中间，以避免管架垮塌或出现弯折；在布置液化烃类管道以及低温管道时，应当使其远离热管道，为了保证后期检修方便，因此管道的法兰及阀门等应当靠近管廊；再如进行双层管廊的布置过程中，应当将腐蚀性管廊放置在下层，将泄压管道、无聊管道、仪表等防治在上层，且两者应当保持一定距离，从而避免腐蚀性管道出现泄漏，造成危险；在进行管廊布置的过程中，一旦出现管道直径改变的情况，就需要通过使用底平偏心大小头将管底的标高保持一致。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析石油化工设计中，管道的应力分析是至关重要的一环。
在石油化工项目中，管道系统承载着各种化工介质，其正确的应力分析可确保管道系统的安全运行。
本文将从管道应力的定义、应力分析的重要性、应力分析的方法以及应力分析的应用等方面进行详细介绍。
一、管道应力的定义管道应力是指管道在内外载荷作用下所产生的应力状态。
内载荷包括介质压力、介质温度变化引起的热应力等，而外载荷则包括风载荷、地震作用、管道施工过程中的施工载荷等。
在石油化工设计中，管道应力主要包括轴向应力、周向应力和剪切应力等。
二、应力分析的重要性管道应力的分析对石油化工项目的安全稳定运行至关重要。
正确认识管道的应力状态能够避免管道系统出现过度应力破坏、应力腐蚀裂纹等问题，从而保障生产系统的安全稳定运行。
合理的应力分析还可以指导设计人员优化管道系统的设计，提高其运行效率，减少资源浪费。
1. 模拟分析法：通过有限元分析软件对管道系统进行模拟建模，并对不同载荷条件下的应力进行计算。
2. 经验计算法：利用经验公式或经验参数计算得到管道系统在不同载荷下的应力状态。
3. 简化计算法：将复杂的管道系统简化为理想模型，利用简化的方法对管道的应力状态进行计算。
1. 管道受力分析：对管道系统在不同条件下的受力状态进行分析，确保其能够承受外部载荷的作用，不产生过度应力。
2. 安全评估：对管道系统的应力状态进行评估，判断其安全稳定性，发现潜在问题并进行预防性维护。
3. 设计优化：通过应力分析，优化管道系统的设计方案，提高其运行效率，减少资源浪费。
4. 施工指导：在管道施工过程中，根据应力分析结果，制定合理的施工方案，确保管道系统的施工质量。
应力计算规定
1范围本标准规定了:（1） 管道在内压、持续外载作用下的一次应力和由于热胀、 冷缩及其它位移受约束产生的热胀二次应力的 验算方法，以判断所计算的管道是否安全、经济、合理；（2） 管道由于热胀、冷缩及其它位移受约束和持续外载作用产生的对设备的推力和力矩核算方法， 以判明是否在设备所能安全承受的范围内； （3） 管道应力分析方法的选择依据； （4） 支吊架的选用原则.执行本规定时，尚应符合现行有关标准规范的要求。
本规定适用于石油化工企业承受静力载荷的碳素钢、合金钢及不锈钢管道的柔性设计 2引用标准《石油化工企业管道柔性设计规范》 《石油化工企业管道设计器材选用通则》 《石油化工钢制压力容器》《石油化工企业管道支吊架设计规范》 《化工厂和炼油厂管道》 《API — 610/NEMA- SM23>上述标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
在标准出版时，所示标准均为有 效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用上述标准最新版本的可能性。
3 一般规定3.1管道柔性设计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、端点附加位移和管道 支撑设置不当等原因造成的下列问题：一. 管道应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏； 二. 管道连接处产生泄漏； 三.管道推力和力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力和变形，影响设备正常运行。
3.2在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端点的附加位移： 一.加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移 ；二. 塔或其它立式设备产生热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移； 三. 管壳式换热器及其它卧式设备滑动支座移动造成连接管道的附加位移； 五. 几台设备互为备用时，不操作管道对操作管道的影响；六. 不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移； 七. 根据需要，应考虑固定架和限位架的刚度影响。
管道应力分析及计算
三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
五、管道机械专业（应力分析）常用的标准规范
1、GB50316-2000《工业金属管道设计规范》 2、HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 3、SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 4、GB150《钢制压力容器》 5、JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 6、JB/T8130.2-1999 《可变弹簧支吊架》 7、GB 50251-2003 《输气管道工程设计规范》 8、GB 50253-2003 《输油管道工程设计规范》 9、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
10、ASME/ANSI B31.3 Process Piping 11、ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and
Distribution piping systems 12、ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems 13、API610 -- 离心泵 14、NEMA SM23 -- 透平 15、API617 -- 离心式压缩机 16、API618 -- 往复式压缩机 17、API661 -- 空冷器 18、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜
管道应力分析设计规定
主编部室：管道室参编部室：参编人员：参校人员：说明：1．文件版号为A、B、C......。
2．每版号中局部修改版次为1/A、2/A……，1/B、2/B……，1/C、2/C……。
本规定（HQB-B06-05.306PP-2003）自2003年月实施。
目录1. 总则 (1)2. 应力分析管线的分类及应力分析方法 (2)3. 管道应力分析设计输入和设计输出 (6)4. 管道应力分析条件的确定 (9)5. 管道应力分析评定准则 (11)附件1 管线应力分析分类表 (14)附件2 设备管口承载能力表 (15)附件3 柔性系数k和应力增强系数i (16)附件4 API 610《一般炼厂用离心泵》(摘录) (17)附件5 NEMA SM23 (摘录) (22)附件6 API 661 《一般厂用空冷器》(摘录) (23)1. 总则1.1 适用范围1.1.1 本规定适用于石油化工生产装置及辅助设施中的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力分析设计工作。
本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。
1.1.2 管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下，具有足够的强度和合适的刚度，防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它的荷载（如压力、自重、风、地震、雪等）造成下列问题：1)管道的应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏。
2)管道连接处泄漏。
3)管道作用在与其相联的设备上的载荷过大，或在设备上产生大的变形或应力，而影响了设备的正常运行。
4)管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。
5)管道的位移量过大而引起的管道自身或其它管道的非正常运行或破坏。
6)机械振动、声频振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动荷载造成的管道振动及破坏。
1.2 应力分析设计工作相关的标准、规范：1) GB150-1999 《钢制压力容器》2) GB50316-2000 《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) JB/T8130.2－95 《可变弹簧支吊架》5) JB/T8130.1－95 《恒力弹簧支吊架》6) HQB-B06-05.203PP-2003《简化柔性计算的规定》7) ASME/ANSI B31.3 Process Piping8) ASME/ANSI B31.1 Power Piping9) ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and Distribution pipingsystems10)ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution pipingsystems11)API 610 Centrifugal Pumps for General Refinery Services12)API 617 Liquid Transportation System for Hydrocarbone,Liquid ,Petroleum Gve, Anhydrone Ammonis , and Alcohols13) NEMA SM-23 Steam Turbine14) API 661 Air-Cooled Heat Exchangers for General RefineryService15) HQB-B06-05.105PP-2003 《管道配管设计规定》16) HQB-B06-04.301PP- 《管架设计工程规定》17) SHJ.41-91 《石油化工企业管道柔性设计规范》18) GB 50316-2000 《工业金属管道设计规范》2. 应力分析管线的分类及应力分析方法2.1 应力分析管线的分类原则上，所有的管线均应做应力分析，并根据管线的类别（温度、压力、口径、壁厚、所连接的设备的荷载要求等）确定应力分析的方法和详细程度。
管道应力分析
管道应力分析应力分析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Π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。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析管道是石油化工设施中不可或缺的组成部分，它们被用来输送各种石化产品和原料，如石油、天然气、液化气等。
在设计过程中，管道的应力分析是一个必须考虑的关键因素，它对管道的安全运行和寿命有着至关重要的作用。
1. 管道的载荷在考虑各种载荷对管道的影响时，必须考虑以下因素：• 内外压力：管道内/外部分别承受和承受的压力。
• 温度变化：管道的扩张和收缩受到温度变化的影响。
• 重力和惯性力：管道结构的重量以及运动过程中的惯性力。
• 地震力和风力：管道经受自然灾害和风力的影响。
当这些载荷作用于管道结构时，会产生各种应力，如拉应力、压应力、剪应力和弯曲应力等。
因此，在进行应力分析时，需要考虑所有的载荷和其相应的应力。
2. 管道的应力计算管道的应力计算是设计过程中的一个关键步骤。
在计算过程中，需要考虑以下因素：• 管道的几何形状：管道的直径、壁厚和长度等几何参数。
• 材料的力学性质：管道所使用的材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等材料力学参数。
• 载荷：管道承受的各种载荷及其相应的力。
基于这些因素，可以使用各种数值计算方法计算管道的应力，例如有限元法和解析法等。
这些方法广泛应用于石油化工设计中，以确定管道在各种载荷条件下的应力分布。
3. 应力分析的应用应力分析提供了关键的设计参数，如选择材料、确定管道的几何形状和尺寸等，以确保管道在设计寿命内安全运行。
此外，应力分析还用于评估管道的健康状况，例如确定是否需要更换或修理管道。
管道的应力分析还有助于减少管道故障和停机时间，以提高石油化工设施的效率和生产率。
结论。
管道应力分析及计算
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
编辑版pppt
10
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；
(6)限位架 2 限制性管架
(7)轴向限位架
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；
(8)导向架 3 减振支架 (9)减振器
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
编辑版pppt
27
10.2、管道跨距及导向间距
1）管道跨距 — 强度及刚度两项控制
管道应力分析专题
编辑版pppt
1
一、管道应力分析的目的
1、使管道应力在规范的许用范围内，保证管道系 统的整体安全
2、使动（静）设备管口载荷符合制造商或公认的 标准—使其能长周期、平稳运转
3、给结构及各种支撑提供设计载荷
4、确定管道热位移及各种冲击载荷所导致的管道 位移
5、解决管道动力学问题：机械振动、脉动、安全 阀排放等
a）管道计算 (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。
编辑版pppt
17
应力分析设计规定
目次1 总则 (1)1.1 范围 (1)1.2 管道应力分析的任务 (1)2 引用文件 (2)3 设计 (2)3.1 一般规定 (2)3.2 管道冷紧 (3)3.3 摩擦力 (3)3.4 弹簧支吊架 (3)3.5 设计条件 (4)3.6 应力计算 (5)3.7 力与力矩计算 (5)3.8 管道应力分析评定标准 (5)3.9 应力分析的方法 (8)3.10 应力分析管道分类 (9)4 应力分析报告 (12)1 总则1.1 范围本标准规定了石油化工装置内管道应力分析的原则和相关要求。
本规定适用于石油化工装置设计压力不大于 42MPa，设计温度不超过材料允许使用温度的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力设计。
专利设备或成套设施，其设备的操作、维修、管道布置还应满足设备制造厂的特殊要求及标准。
执行本规定的同时，尚应符合国家现行有关标准。
1.2 管道应力分析的任务管道应力分析的任务是保证管道系统布置的安全和经济性，避免发生以下情况：a) 因管道应力过大或金属疲劳而引起管道或支架损坏；b) 管道连接处发生泄漏；c) 因管道的推力和力矩过大而使管道或与管道连接的设备产生不允许的应力或变形；d) 管道从所在支架上脱落；e) 由于外部振动或管内流体引起的管道共振；f) 管道挠度过大，尤其是对于带有一定坡度自流排液的管道。
2 引用文件GB50009 建筑结构荷载规范GB/T20801 压力管道规范工业管道SH/T3039 石油化工非埋地管道抗震设计通则ASME B31.3 Process PipingAPI610 Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas IndustriesAPI617 Centrifugal Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas Service IndustriesAPI661 Air-Cooled Heat Exhangers for General Refinery Service NEMA SM23 Steam Turbines for Mechanical Drive Service3 设计3.1 一般规定a) 管道布置和支架设计应兼顾管道及设备安全，避免管道对相关设备造成危害。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析【摘要】本文主要介绍了石油化工设计中管道的应力分析。
在石油化工项目中，管道的应力分析是至关重要的，它可以帮助工程师了解管道在各种工况下承受的应力情况，从而设计出更加安全和可靠的管道系统。
管道的内外应力分析是应力分析的重要内容，通过合理的方法进行应力分析可以帮助工程师准确评估管道的安全性。
而管道应力分析方法和影响因素则是应力分析中需要深入研究的内容，只有充分了解这些才能更好地应对管道设计中出现的挑战。
本文还介绍了管道应力分析在实际工程中的应用，帮助读者更加全面地了解石油化工设计中管道应力分析的重要性和实际操作。
通过本文的学习，读者将能够对石油化工设计中管道的应力分析有一个系统性的认识，为工程设计提供更好的参考。
【关键词】石油化工设计，管道，应力分析，内外应力，方法，影响因素，应用，总结1. 引言1.1 石油化工设计中管道的应力分析概述石油化工设计中管道的应力分析是石油化工领域中非常重要的一项技术，它可以帮助工程师们正确评估管道在使用过程中所受到的应力情况，从而确保管道系统的安全运行。
管道系统往往承载着高压、高温以及化学腐蚀等多种不利因素的影响，因此对管道的应力分析尤为重要。
管道应力分析不仅包括了管道内部受力情况的分析，还需要考虑外部环境对管道的影响。
在设计过程中，工程师们需要综合考虑管道材料的性能、管道的几何结构、介质流体的性质、操作条件等各个因素，才能准确评估管道的应力情况。
在实际工程中，管道应力分析方法有很多种，包括有限元法、解析法、试验法等。
每种方法都有其适用的场景和局限性，工程师们需要根据具体情况选择合适的方法进行分析。
2. 正文2.1 管道应力分析的重要性管道应力分析是石油化工设计工作中至关重要的一环，其重要性体现在以下几个方面：1. 安全性保障：管道在运行过程中承受着来自流体压力、温度变化等多种力的作用，如果管道应力分析不到位，容易导致管道破裂、泄漏等事故发生，对设备、人员造成巨大的损失。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析管道作为石油化工设计中的重要部分，承担着输送流体的任务，同时也面临着各种受力情况。
应力分析是为了保证管道在使用过程中不发生破裂、爆炸等安全事故而必须进行的一项工作。
管道受力分析的基础是弹性力学理论。
弹性力学理论包括以下几个基本假设：（1）物体在受力作用下会发生形变；（2）物体在受力作用下会产生应力；（3）物体在失去受力作用后，会恢复到初始形状。
在管道受力分析中，通常采用有限元法进行计算。
有限元法是一种数值分析方法，将大型结构分为若干个有限元，分别计算每个有限元的应力和应变，再将它们按一定的规律组合起来，得出整个结构的应力和应变分布。
管道应力分析中需要考虑的力包括：管道自重、流体压力力、风载荷、地震力、温度变化引起的热应力等。
其中，流体压力力是最主要的受力因素。
根据流体压力作用下的应力分类可将管道应力分为三种：（1）轴向应力：沿管道轴向方向产生的应力，即管道沿轴向的拉伸和压缩应力。
轴向应力与流体压力、温度变化和管道的长度和弹性模量有关。
（2）周向应力：发生在管道的周向方向上，又称为环向应力。
在管道传输流体的过程中，周向应力通常是主要应力之一，同时也是强度、韧性和延展性的重要指标。
（3）弯曲应力：由于管道的曲率半径的差异，管道在受到荷载的作用下产生角度变形，形成弯曲应力。
它与管道的流体压力、温度变化、管道半径和壁厚等因素有关。
在进行管道应力分析时，应根据管道的具体情况选择适当的材料和方法。
同时，还要考虑材料的变形和破坏点，确保管道在使用过程中始终处于安全的状态。
总之，管道应力分析是石油化工设计的重要组成部分，它能够确保管道在使用过程中始终安全可靠。
通过对管道受力情况的分析和计算，设计师可以为整个生产线的稳定运行提供可靠的技术支持。
石油化工设计中管道的应力分析
石油化工设计中管道的应力分析
管道是石油化工装置中重要的组成部分之一，承担着输送介质的重要任务。
在设计石化装置中的管道时，需要进行应力分析，以保证管道在使用过程中的安全可靠性。
管道的应力分析是指对管道在内外压力、温度变化以及外部荷载作用下的变形和应力状态进行计算和分析的过程。
应力分析的目的是确定管道的受力情况，找出可能存在的应力集中点，评估管道的安全性，并采取相应的措施进行改进，以保证管道在运行过程中不发生破裂、变形和泄漏。
管道的应力来源主要有三种：压力应力、热应力和力学应力。
压力应力是由于介质的内外压力作用产生的应力；热应力是由于介质的温度变化引起的热胀冷缩产生的应力；力学应力是由于管道受到外部荷载作用产生的应力。
在进行应力分析时，常用的方法有解析法和数值法两种。
解析法是指根据管道的几何形状和受力情况，采用力学理论和公式进行计算和分析；数值法是指通过数值模拟和计算机仿真，对管道的受力和变形进行数值计算和分析。
在实际工程应用中，根据具体情况选择合适的方法进行应力分析。
化工管道设计中的管道应力分析
化工管道设计中的管道应力分析摘要：近年来，化工领域越来越重视管道设计技术，并且取得了很大的进步与发展。
管道设计的基础与管道应力的计算，其主要分析的是在各种不同荷载作用下所形成的应力、力矩和力，以便于提高所设计管道的经济性、科学性和安全性。
如今，管道应力分析在材料规划、优化设计和安全生产等方面都起到了非常重要的作用，并且在电力、化工、石油等燃化工业管道设计中有着非常重要的地位。
鉴于此，文章首先分析了化工管道应力的类别，然后对石油化工管道应力设计方面的内容进行了研究，以供参考。
关键词：石化管道；应力分类；设计措施1化工设计中常见的应力类型分析对于管道来说，通常其处在内压和持续外载以及冷缩的条件下，相应的最大应力往往会超出材料的屈服限度，加之高温管道出现的应力松弛，相应的管系的应力状态也会出现极大的变化。
针对不同种类的应力，应做出与之相对应的处理，这样所达到的限定效果才会更为理想。
通常情况下，管道的应力主要分为一次应力、二次应力和峰值应力等三类。
1.1一次应力所谓一次应力，主要是因外加荷载等形成的应力，例如压力和重力等。
具体来看，其并不能自我限制，且会随着荷载的增加而增加，在超过材料的极限时，管道即会出现塑性变形甚至是破坏的情况。
另外，管道所受到的风载荷以及地震载荷同样属于一次应力，相应的处理可根据其具体的特征进行。
1.2二次应力化工管道的二次应力通常是在运行过程中受到温度的影响所产生的一种应力现象。
化工管道二次应力的大小与管道设计过程中选择的材料性能指标有着紧密关联。
二次应力是因为运行过程中管道环境温度升高，致使管道材料出现胀缩。
与一次应力相比，二次应力带有明显的自觉性和自限性，如果化工管道制造材料自身的荷载数值已经超过其承载能力的极限，部分管道就会因为无法承受较大的外部荷载力，出现较小区域内的塑性变形。
化工管道在经过一段时间的塑性变形之后，可结合管道的具体受力状况进行分析，确保整个管道的应力分布保持一种较为均匀的状态，将塑性变形区的应力进行适当处理，可使变形较为严重的区域逐渐恢复。
石油化工管道应力设计
石油化工管道应力设计摘要：管道应力分析对管道的安全性、可靠性和经济性具有重要影响。
通过应力分析分析，可以为管道做出强度与安全性的评价，为管道的经济分析提供依据。
因此，本文就石油化工管道应力设计进行了研究，希望能够给相关石油化工管理设计人员提供一点参考价值。
关键词：石油化工，管道，应力设计管道是石油化工装置不可缺少的组成部分，它不仅用于连接各种设备和相关的系统设施，同时也是保证各类流体安全输送的重要保障。
1化工设计中管道应力分类1.1一次应力一次应力是由压力、重力、和其它外力荷载所产生的应力。
它必须满足外部、内部力和力矩的平衡。
一次应力的基本特征是非自限性的，它始终随所加荷载的增加而增加，超过屈服极限或持久强度将使管道发生塑性破坏或者总体变形。
管道承受内压和持续外载而产生的应力属于一次应力。
管道承受风荷载、地震荷载、水击和安全阀泻放荷载产生的应力也属于一次应力，但这些荷载属于偶然荷载。
1.2二次应力二次应力是由管道变形受约束而产生的应力，它由管道热胀、冷缩、端点位移荷载的作用而引起。
它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力。
二次管道应力分析和计算应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。
二次应力引起的是疲劳破坏。
二次应力也有二次薄膜应力和二次弯曲应力两部分。
一次应力的计算主要是为了防止安装的时候，管道会塌下来。
而二次应力的计算是防止管道发生热变形后，管道是不是会出问题，管嘴部分是不是会对设备产生超过允用载荷的问题，还有通过计算来看发生管道的位移，和偏移，防止并排管道相互影响。
1.3峰值应力峰值应力是管道或附件由于局部结构不连续或局部热应力效应（包括局部应力集中）附加到一次应力或二次应力的增量。
它的特点是不引起显著的变形，而且在短距离内从它的根源衰减，它是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石油化工设计中管道的应力分析
作者：李争
来源：《名城绘》2019年第05期
摘要：应力分析是管道设计的的基础，在很大程度上影响化工装置的正常运行。
就管道应力的主要内容、校核条件、管道的应力分析范围界定及管道应力分析的方法加以分析，使设计人员在了解应力分析相关知识的基础上，从设计上保证化工管道的安全可靠。
关键词：管道设计；应力分析；柔性设计
在整个石油化工行业中，管道设备十分常见，管道设备属于石化工业发展的基础，因此，管道设计的安全性及高效性对于企业的发展十分重要。
近些年来，化工管道事故频繁出现，使得化工管道的安全备受关注，管道的设计问题也日益突出。
一般来说，化工管道的设计工作十分复杂，包含应力分析、材料选择以及管道设备布置等环节，目前，为了进一步保障管道安全，在应力分析的基础上，加入了柔性设计环节。
1应力分析的主要内容
静力分析主要是指在静力荷载的作用下对管道进行应力分析，静力分析的目的主要是通过合理的计算分析防止管道塑形变形破坏、疲劳破坏、管道对与之相连的机器作用力过大，确定合理的支吊架对土建结构的作用力，防止管道位移过大造成脱架和碰撞等。
动力分析主要是指设备管道的震动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下的管道振动分析，动力分析的目的是为了防止管道系统的机械共振及震动引起的疲劳破坏，防止管道震动过大，防止震动对支架和土建结构造成破坏，防止管道受地震的破坏。
2化工管道应力分析价值简介
（1）确保管道始终处于安全状况。
管道对于化工企业而言十分重要，因此，保障管道的安全是企业顺利生产的前提，在管道安全判断方面，我国已发布相应的要求，要求指出，管道的密封程度、抗腐蚀能力以及抗压强度是判断管道安全的关键，在这三方面中，抗压强度需要通过应力分析的方式进行判断。
（2）确保管道附属设备始终处于安全状况。
众所周知，管道周围部署有大量的附属设备，例如三通、法兰等，由于化工管道内的介质充满了危险性，如果附属设备出现问题，也极易容易产生安全问题，例如，当管道内介质的温度过高时，受热胀冷缩的作用，其附属设备会出现损坏状况，从而造成化工气体泄漏，通过应力分析的方式可以为附属设备的布置及安全提供保障。
3管道柔性设计
3.1管道柔性设计目的及要求
对于化工管道而言，管道的首末端以及三通位置处连接有大量的机械设备或水泥建筑，当管道受到内部介质的热胀冷缩作用时，管道会对周围的机械设备或水泥建筑产生一定的作用力，同时，机械设备或水泥建筑也会对管道产生一定的反向作用力，从而使得管道承受的外界应力增大，如果管道自身具有很强的刚度，则在反向作用力的推动下，会使得管道周围的机械设备或水泥建筑遭受破坏，因此，在对管道进行设计时，必须要求管道自身具有一定的柔性。
在对管道进行柔性设计时必须满足四项要求：管道所承受的应力维持于安全状态，其二次应力必须满足相应的规范要求；管道周围附属设备或土方建筑所承受的力矩和力必须维持在安全要求内，从而防止应管道运行对设备或土方建筑产生破坏；在外力的作用下，管道上的法兰不会因自身受力原因引起化工原料泄漏；在管道内外力的作用下，不会对维持管道平衡的支架产生破坏，从而使得管道始终处于平衡状态。
3.2化工管道柔性设计方案
在对其进行设计的过程中，必须从四方面出发进行深层次考虑。
（1）管道温度，管道温度不得超过100℃，同时，也不得小于-50℃，否则，管道自身极易产生变形，从而危险自身及附属设备安全；
（2）管道直径，在对其进行柔性设计时，必须根据管道的实际直径，对管道的布置情况进行安排；
（3）外力，如果管道长时间承受较大的外力作用或者可能会产生位移，则必须进行柔性设计；
（4）附属设备，如果管道所连接的附属设备较多，例如泵、压缩机等，则在设备连接处需要对其进行专门设计。
一般来说，目前的柔性设计一般是从三方面出发对其进行具体设计，分别是增加自然补偿、选择支吊架固定以及改变管道走向。
（1）增加自然补偿。
管道自身具有一定的补偿作用，补偿作用能有效防止管道产生变形，当管道所受内外力较大时，则需要增设自然补偿。
目前，最常见、最高效的自然补偿为“π”补偿器，但是如果化工管道内输送介质的温度相对较高，且输量较大，该种补偿器的使用会受到一定的限制，此时可使用螺纹管补偿器。
自然补偿的具体安装步骤为：选择补偿类型，补偿类型的选择需要根据管道内介质的温度及管道管径决定；对管道的膨胀量进行计算，管道
膨胀量的计算公式为：膨胀量=膨胀系数×管长；确定补偿位置，补偿位置应尽可能靠近两个管道固定点的中心位置；对管道应力进行校核，确保增加固定点后管道可以始终处于安全状态。
（2）选择支吊架固定。
支吊架的主要作用是对管道的自身重量和外界应力进行平衡，从而防止管道出现过度弯曲问题，在增加支吊架时，首先应对管道自身能承受的弯曲应力进行计算，其计算公式：
σA=f（1.25σc+0.25σk）
式中：σA———管道自身所能承受的弯曲应力，MPa；f———应力系数，该系数与管道材料有关，一般情况下，随着管道钢级的增加，其应力系数也会随着增加；σc———管道受热时所能承受的应力，MPa；σk———管道在冷态作用下管道所能承受的应力。
在支吊架数量确定方面，如果从一次应力分析结果出发，则其数量就需要增加，从而使得管道自身承受的应力降低；如果从二次应力分析结果出发，则其数量就需要减少，从而防止支吊架自身对管道产生约束作用。
综合来说，支吊架的数量必须根据所有类型应力的分析结果进行确定。
（3）改变管道走向。
通过改变管道自身走向是进行柔性设计最为间接的方法，这主要是因为在管道两端受到约束的作用下，改变管道的走向，可能会使得管道的长度增加，同时管道弯头的数量也会得到不同程度的降低，从而使得管道的柔性增加。
4结语
综上所述，管道的应力分析是管道设计不可或缺的重要组成，在很大程度上保證了化工装置的安全可靠运行。
通过应力分析研究管道在各种荷载作用下产生的力、力矩、应力、位移等，有助于设计人员对管道安全性做出准确的判断，进一步优化管道的设计，使管道更安全、合理。
参考文献：
[1]宋岢岢.工业管道应力分析与工程应用[M].北京：中国石化出版社，2011.
[2]唐永进.压力管道应力分析（第二版）[M].北京：中国石化出版社，2009.
（作者单位：海洋石油工程股份有限公司设计院）。