CAESARII 应用实例
论CaesarⅡ软件在高温高压管道应力分析中应用(一)
论CaesarⅡ软件在高温高压管道应力分析中应用(一)摘要:CAESARⅡ管道应力分析软件是国际较为流行的管道应力分析软件之一,具有输入数据简单,图形生成和计算结果直接明了,容易被初学者掌握的特点。
但CAESARⅡ软件同时又是工程性很强的应用软件,在计算模型的建立时往往需要一定的工程经验作为依据。
笔者根据五年应力分析的经验,对高温高压管道应力分析的一些实践进行了总结。
关键词:CAESARⅡ软件;管道应力;计算模型;高温高压管道近年来,随着我国国民经济的快速发展,石油、化工发展迅猛。
高温高压管道大量铺设,设计水平成为衡量一个设计单位能否在激烈的市场竞争中获胜的关键,这里,核心技术之一的管道应力分析是比较复杂的。
为此,设计部门都已经用计算机进行管道的应力分析。
CAEARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析国际权威的专业软件,它既可以进行计算静态分析,也可进行动态分析,CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范,软件使用方便快捷。
本文将结合该软件在实际应用中的优势和问题,进行探讨。
一、CaesarⅡ软件与管道柔性分析我从2004年开始使用由美国COADEINC,公司编制而成的CAESARⅡ管道应力分析软件。
至今已有5年的历史,目前我所做的高温高压管道柔性分析都是采用该软件进行的。
所谓高温高压管道的柔性是指反映管道变形难易程度的一个物理概念,指管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。
指进行高温高压管道设计时,在保证管道具有足够的柔性来吸收位移应变的前提下,使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。
在管道柔性设计中,除考虑管道自身的热胀冷缩外,还要考虑管道端点的附加位移。
通过管道的柔性计算可以达到如下目的:使高温高压管道应力在规范的许用范围内;使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准;计算出作用在管道支架上的负荷;辅助设置合理的支吊架;解决高温高压管道动力学问题;帮助配管优化。
CAESARⅡ在烟风管道应力计算中的应用
f2 轴=f2 轴 1+f2 轴 2=5.3+19.65=24.95kN
2 号膨胀节径向反力:
f2 径=15×cos45°×2=21.2kN
按坐标进行受力分解:
f2 轴 x=17.64kN;f2 轴 z=17.64kN
f2 径 x=15kN;f2 径 z=15kN
3.2 理论公式计算
(1)管道冷态受力分析简化模型见图 3。
工程技术
2018 年第 6 期
CAESARⅡ在烟风管道 应力计算中的应用
Application of CAESARⅡ in Stress Calculation of Tobacco Pipeline
汪佳杰
摘 要:CAESAR Ⅱ管道应力计算软件的大薄壁管道应力计算与余热锅炉烟风管道十分相近。通过 三维坐标的设计,可以模拟三维烟风管道,利用有限元分析原理,可以使支架受力分析适应更加有利 的工况。能够模拟各种支架限制方式,可以添加外保温及内部浇注料,使管道重量更加精确。可以添 加端点热态位移,提高热态工况的受力的准确性。可以输入膨胀节的轴径向刚度,增加热态计算工况 膨胀节反力的准确性。可以设定安装温度及管道工作介质温度计算冷热态工况。通过合理简化管道 模型,使最终的管道支架受力与实际运行工况更加接近。利用 CAESARⅡ软件进行烟风管道支架受 力计算具备可行性与高效性,可广泛应用于今后的工程设计中。 关键词:CAESARⅡ软件;烟风管道;受力计算;精准可靠 中图分类号:TQ172.622.29 文献标识码:A 文章编号:1001-6171(2018)06-0077-08 DOI:10.19698/ki.1001-6171.20186077
其他设置要点为:
(1)钢板卷制的焊接管道,选择有焊缝;填写焊 接接头系数:WI=0.8;
CAESARⅡ软件在油田工艺设计中的应用
科技项目管理有着多年的管理经验和成功做
年来 科技项目管理也在不断提高水平 管理方法 也在不断完善 但在科技攻关项目中 项目不成功 或达不到预期目的 其比例仍比较高 原因有技术 和管理两方面 技术方面有技术评价和风险评估机 制 主要把住立项关 在项目管理上 常见影响项 目进展的因素有 组织管理不善 例如所选人员不 能胜任工作 资源应用不够合理 外协组织不利 对需求缺乏管理 如前期研究不满足后期需求 不 了解技术市场变化 缺乏计划和控制 如没有计划 或不认真执行计划 过度相信口头承诺 通常认为 目前还有两个方面存在问题 管理体制 人力资源 问题 但科技项目管理问题反映在项目完成情况 经费管理 技术成果 计划进度执行等方面也已经 比较多 为此 我们应该在现有体制和机制下 加 大力度实施项目管理 完善科技项目管理 重点抓 好项目组织 计划 控制 技术风险等管理工作 以尽可能调动和发挥项目人员的积极性 做好工 作 提高项目管理水平
2 计算实例 以辽河油田锦州采油厂锦 19 锦 20 计量接 转站站间管线设计为例 介绍 CAESAR 软件在辽 河油田工艺设计中的应用 1 设计基础数据 锦 19 锦 20 计量接转站位于辽河油田锦采 锦 45 块 两站相距 200 m 该工程要求在两站之 间新建一条∅219×7 地上管线 复合铝镁硅酸盐防
方案 1 固定墩水平推力 FX = 629259 N 方案 2 固定墩水平推力 FX = 42273 N
补偿器水平伸缩量 DX = 58.968 mm 方案 3 固定墩水平推力 FX = 14771 N
补偿器水平伸缩量 DX = 39.186 mm
4 验证结论 为验证软件得出的结论 以方案 1 为例 用通 常计算方法得出结论与之比较
导性软件 该软件能给出所计算管线系统各个固定
CAESARII管道应力分析软件部分应用案例
北京艾思弗计算机软件技术有限公司CAESARII管道应力分析软件部分应用案例1、FPSO、海洋工程管道系统沪东中华LNG装卸船管道系统。
计算条件:温度-163°C、压力1Mpa、材料A335 P12,管径219~610mm,执行英国BS 7159。
本案例分析难点在于低温状态下管道的柔性以及不同载荷条件下(满载、空载、海浪)的管道应力问题,CAESAR II完全支持对低温深冷管道的柔性分析,并能定义相关载荷工况以满足设计要求。
2、石油化工复杂工艺管道系统五环科技化工系统管线。
计算条件:温度400°C、压力2.68Mpa,管径89mm~2268mm,材料低碳钢,执行B31.3石油化工管道标准。
系统存在立卧式容器、塔器、换热器以及多种支吊架类型,模型复杂,规模较大。
CAEARII支持创建此类复杂模型,组合管道与设备,从而精确的界定管道边界条件,大大减小误差。
此外,在建模及分析过程中,软件允许用户自由修改模型。
3、大型发电厂主蒸汽系统西北电力院1000MW主汽-再热压力管道项目。
计算条件:324°C(低温)、576°C(高温)、压力25.4Mpa、材料A335 P91、管径范围219mm~711mm,执行美国ASME B31.1动力管道标准。
CAESARII可以对不同管径、不同温度压力、不同材料的管道进行应力、推力、位移计算,并对所有弹簧进行自动选型,提供弹簧型个数、号报告。
4、空冷管道系统哈空调大型空冷管道系统,管径3000mm~10300mm,执行B31.1动力管道标准。
由于大直径薄壁管道弯头、三通吸收热胀变形能力较弱,该管道内设计了拉杆式、铰式、万向式在内的多种补偿器。
CAESAR II支持对大直径薄壁管道进行整体应力分析,允许用户模拟各种不同形式的膨胀节(轴向、铰向、万向、压力平衡式等),允许使用简单/复杂模型,用户只需要给定补偿器刚度,相关约束形式。
用户也可以使用软件内置的膨胀节数据库,仅给定相关外形尺寸数据,软件自动生成膨胀节模型。
结合案例简述CAESAR II在管道应力分析及柔性设计中的使用
( ) 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: TE973. 1
B
1008 - 021X 2019 09 - 0171 - 03
A Brief Introduction to the Use of CAESAR II in Pipeline Stress
Analysis and Flexible Design
用下产生的应力。虽然压力管道的应力分类在相关文献中没
有明确规定,但在管道应力分析的实际工作中,不同荷载类型
外加荷载等。持续性荷载的主要特征是不会随着结构的变形
而消失。持续荷载需要满足静力平衡条件,一旦平衡破坏,就
会使材料发生屈服变形,该变形是不可逆转的,最终,由屈服失
效等引起的整体垮塌是最为严重的。偶然荷载如风、地震等也
面布置图和相关专业的要求,用管道和管件将连接所有的设 致塑性变形破坏,解决的方法是增加管道系统的刚性。持续荷
备。在管道布置设计过程中,除满足工艺和布置专业的要求 载一般由力驱动,主要包括压力、重力、弹簧预紧力、冰雪及与
外,还需要综合考虑管道设计的安全性及经济合理性,实现上
述要求就需要对管道进行应力分析及柔性设计[1]。
行优化,使优化设计后的计算结果在规范许可的范围内,满足管道本身以及与其相连的动、静设备和结构的应力限定值,保证管道系统
的整体安全。本文结合在项目中的实际案例简要分析一下,如何根据实际情况使用CAESAR II 来调整管道系统以满足管道应力分析及
柔性设计的要求。
关键词:管道应力分析;柔性设计;CAESAR II
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1
管道应力分析[2] 管道应力分析的目的
对于管道应力分析,其目的可以从以下几个方面考虑:
(1)根据规范要求,确保管道应力计算结果在规范允许的
管道应力分析软件CAESARⅡ应用探讨
管道应力分析软件CAESARⅡ应用探讨摘要:CAESARⅡ管道应力分析软件为设计人员提供了一个高效、经济和快捷的分析工具,使设计者能够洞悉管线运行中各处的应力和位移状况,减轻设计的复杂程度,缩短设计周期,确保工程的设计质量,被石化、燃气、电力设计单位所使用。
笔者根据几年应力分析的经验及具体实例,对管道应力分析的一些实践进行了总结。
关键词:CAESARⅡ软件管道应力计算模型一、CAESARⅡ简介CAESARⅡ是由美国COADE工程软件公司研制的一款专门对管道应力分析的软件,与中国长沙优易软件开发有限公司开发的AutoPSA7.0各有优劣,CAESARⅡ采用了以有限元分析为基础的专用CFD求解器Ployflow,它能通过使用简单梁为最基本单元建立管系模型,并在此基础上定义系统中的载荷,计算生成系统中的位移、荷载、应力表示结果。
二、管道应力分析的目的管道应力分析的目的主要是:a)为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值;b)为了使与管系相连的设备的管道荷载在制造商或国际规范(如NEMASM-23、API-610、APl-617等)规定的许用范围内;c)为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASMEVlll的允许范围内;d)为了计算管系中支架和约束的设计荷载;e)为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移;f)为了优化管系设计。
三、管道应力分析的主要内容以某国产乙烯装置的一小段管线为例。
从高压蒸汽总管到重燃料油汽提塔的蒸汽进口,中间经过一系列的阀门,其中阀组因业主要求只能放在水平管上,不能放在立管上。
配管工程师给出应力条件图,用CAESARⅡ建立模型(见图1)。
图1最初的模型经过计算一次应力和二次应力均超标,高温高压管道的一次应力如果超出许用应力,一般需设置合理的支架,与配管工程师协商在阀组之间和支管中间位置加上两个支架(见图2),应力计算结果见表1,表中CASE6(SUS)是安装状态,由重力和压力构成,另外还包括集中载荷和均布载荷;CASE7(EXP)和CASE8(EXP)是纯冷态或纯热态,这是一种膨胀工况,用于检测标准中需要的膨胀应力。
CAESARII管道应力分析软件部分应用案例
北京艾思弗计算机软件技术有限公司CAESARII管道应力分析软件部分应用案例1、FPSO、海洋工程管道系统沪东中华LNG装卸船管道系统。
计算条件:温度-163°C、压力1Mpa、材料A335 P12,管径219~610mm,执行英国BS 7159。
本案例分析难点在于低温状态下管道的柔性以及不同载荷条件下(满载、空载、海浪)的管道应力问题,CAESAR II完全支持对低温深冷管道的柔性分析,并能定义相关载荷工况以满足设计要求。
2、石油化工复杂工艺管道系统五环科技化工系统管线。
计算条件:温度400°C、压力2.68Mpa,管径89mm~2268mm,材料低碳钢,执行B31.3石油化工管道标准。
系统存在立卧式容器、塔器、换热器以及多种支吊架类型,模型复杂,规模较大。
CAEARII支持创建此类复杂模型,组合管道与设备,从而精确的界定管道边界条件,大大减小误差。
此外,在建模及分析过程中,软件允许用户自由修改模型。
3、大型发电厂主蒸汽系统西北电力院1000MW主汽-再热压力管道项目。
计算条件:324°C(低温)、576°C(高温)、压力25.4Mpa、材料A335 P91、管径范围219mm~711mm,执行美国ASME B31.1动力管道标准。
CAESARII可以对不同管径、不同温度压力、不同材料的管道进行应力、推力、位移计算,并对所有弹簧进行自动选型,提供弹簧型个数、号报告。
4、空冷管道系统哈空调大型空冷管道系统,管径3000mm~10300mm,执行B31.1动力管道标准。
由于大直径薄壁管道弯头、三通吸收热胀变形能力较弱,该管道内设计了拉杆式、铰式、万向式在内的多种补偿器。
CAESAR II支持对大直径薄壁管道进行整体应力分析,允许用户模拟各种不同形式的膨胀节(轴向、铰向、万向、压力平衡式等),允许使用简单/复杂模型,用户只需要给定补偿器刚度,相关约束形式。
用户也可以使用软件内置的膨胀节数据库,仅给定相关外形尺寸数据,软件自动生成膨胀节模型。
CAESARII管道应力分析软件部分应用案例
CAESARII管道应力分析软件部分应用案例1.石油化工行业中的应用案例:在石油化工行业中,管道系统通常用于输送各种化工物质。
管道系统的设计必须考虑到各种加载条件,如温度、压力、质量流量等。
CAESARII 可以对管道系统进行应力分析,确保设计的安全可靠性。
以一座石化工厂的管道系统为例。
该工厂的管道系统主要输送各种化工物质,包括高温、高压的液体和气体。
在设计该管道系统时,需要考虑到温度和压力的变化对管道系统的影响,以及管道在不同工况下的应力情况。
通过使用CAESARII软件进行应力分析,可以确定管道系统的最优设计方案,提高系统的安全性和可靠性。
2.电力行业中的应用案例:在电力行业中,管道系统主要用于输送冷却水、蒸汽和其他介质。
管道系统的设计必须考虑到温度、压力和流速等因素。
CAESARII可以对管道系统进行应力分析,确保在各种工况下的安全运行。
以一座燃煤电厂的冷却水管道系统为例。
该电厂的冷却水管道系统需要满足一定的流速和压力要求,同时还需要考虑到温度变化所产生的热应力。
通过使用CAESARII软件进行应力分析,可以确定管道系统的受力情况,优化管道的设计,提高系统的安全性和可靠性。
3.建筑行业中的应用案例:在建筑行业中,管道系统主要用于供水、排水和暖通系统。
管道系统的设计必须考虑到水压、温度和流量等因素。
CAESARII可以对管道系统进行应力分析,确保在各种工况下的安全运行,并优化系统的设计。
以一栋高层办公楼的供水管道系统为例。
该建筑的供水管道系统需要满足一定的水压和流量要求,同时还需要考虑到水温的变化对管道的影响。
通过使用CAESARII软件进行应力分析,可以确定管道系统的受力情况,优化管道的设计,提高供水系统的安全性和可靠性。
总之,CAESARII软件具有广泛的应用领域,可以用于各种行业的管道系统设计。
通过对管道系统进行应力分析,可以确保系统在各种工况下的安全运行,并优化系统的设计,提高系统的安全性和可靠性。
CAESARII使用技巧之一在役事故管道应力校核
技术文章CAESARII使用技巧之一在役事故管道应力校核BIWISOFT2014/1/5北京碧唯科技有限公司某长输天然气管道隧道段透水,导致管道漂浮变形。
需确定管道是否处于安全状态,然后采取进一步措施将管道复位。
通过CAESARII对管道漂浮状态进行模拟,确定管道应力状态,为现场事故处理提供理论支持。
CAESARII使用技巧之一——在役事故管道应力校核某长输天然气管道隧道段透水,导致管道漂浮变形。
需确定管道是否处于安全状态,然后采取进一步措施将管道复位。
通过CAESARII 对管道漂浮状态进行模拟,确定管道应力状态,为现场事故处理提供理论支持。
隧道内管道焊口数据是防腐层完成后采集的三维坐标X、Y、H。
浮管后,隧道内管段对照施工时采集的三维坐标,对焊口三维坐标X、Y、H进行再次采集。
对两组数据进行对比,计算出管道上下、左右偏移量。
隧道浮管情况如下:天然气管道图1 隧道入口约20米处(管道开始上移)图2 隧道入口约200米处(管道上移40至50cm)图3 隧道入口约290米处(管道上移50至60cm并伴有积水)图4 隧道入口约410米处处理方案:首先必须对管道进行应力校核,确认管道是否处于安全状态。
若管道处于安全状态,则进行沉管,沉管前先对淤泥进行清除,沉管分10次进行(根据复测数据,管道最大漂浮量为0.554m,因此,每次最大沉管按0.0554m进行),并对10次沉管量进行相应的应力计算,同时计算其余观测量的沉降数据。
管道应力分析校核方法:运用压力管道应力分析软件CAESARII对漂浮管道进行校核,将管道每处的漂浮位移量用初始位移D进行模拟。
计算参数针对原有图纸及复测位移数据等,在CAESAR II中创建计算模型,由于隧道中天然气管道已经从管沟中浮出,隧道外部管道按照埋地管道模拟,隧道内天然气管道按照架空管道模拟,淤泥支撑点按照垂直向支撑模拟。
由于长输燃气管道属B31.8所含设计计算范畴,但由于当前管道已经在隧道中出现架空,故同时再采用工艺架空管道规范B31.3进行校核。
CAESARII应力分析软件在焦炭塔油气放空管线中的应用
31
焦炭塔单塔油气放空支管为 219×8m m, 放空 总管为 273×9. 5mm。油气放空管嘴位于36400mm
平台, 两塔放空管线在 36400mm 平台以下汇合。运
行期间 T 101A 放空管线管嘴焊缝 A 处多次发生撕 裂。
如管系为一直管, 由常温( 20℃) 受热后将沿着
轴向膨胀, 其热胀量可按公式 1 计算。
由以上数据可以看出, 在工况 1、工况 2 两种操 作条件下, 管嘴A 处一次应力、二次应力均处于较高 水平, 在长年的生产中, 管道累计经历的应力超标次 数和持续时间是很大的, 最终导致管道破裂也是必 然的结果。
管道应力校核中, 根据产生应力的载荷不同, 将 应力划分为一次应力和二次应力。现就一次应力和
支撑破坏缺少支吊架而导致一次应力超标。
由于一次应力超标通常可以在不改变管系走向 的情况下通过增加支吊架来解决, 因而在实际生产 中常被人们忽视。但由于一次应力的非自限性, 即一 旦应力超标, 即使外力荷载不再增加, 管道仍将产生 不可限制的塑性流动, 直至破坏, 所以一次应力实际 上比二次应力更危险, 应该受到更为严格的控制。 2. 2 二次应力超标
在 国 际 公 认的 管 道 应 力 分 析 程 序一。CAESARII 管道 应力分析软件是由美国 COADE 公司研发的压力管 道应力分析专业软件。它是以梁单元模型为基础的 有限元分析程序, 可以用于分析大型管系、钢结构或 二者 相 结 合 的 模 型。 CAESARII 不 但 可 以 根 据 ASM E B31 系列以及其他国际标准进行应力校核, 还可以按照WRC、AP I、NEMA 标准进行静设备和 动设备的受力校核, 因此被广泛地应用于石油、石 化、化工、电力、钢铁等行业。
论CAESARⅡ软件在抽汽管道布置的应用
论CAESARⅡ软件在抽汽管道布置的应用随着国家对钢铁行业节能减排的要求不断提高,钢铁企业余热余能利用技术的不断发展,余热余能利用的重要设备汽轮发电机组的规模和参数也不断提高,汽水管道系统的设计也更加复杂,对汽水管道应力分析的重视程度不断增加。
CAESARⅡ软件是国际公认的专业管道应力分析软件,在钢铁、电力、石化等行业有着广泛应用。
使用CAESARⅡ软件可以对汽水管道进行有效地应力分析计算。
本文以某钢厂富余煤气发电项目抽汽蒸汽管道为例,介绍使用CAESARⅡ软件对其进行应力分析的方法。
1、管道应力分析的目的管道应力分析工作在钢铁、电力、石化等行业设计中具有十分重要的位置,它对安全生产、优化设计、节约材料等方面均具有十分重大的作用[1]。
在许多国外项目及国内重点项目中,都对管道应力分析提出了硬性要求。
为适应不断发展的设计工作的需要,许多设计单位引进了管道应力分析软件CAESARⅡ。
管道应力分析是压力管道设计的重要内容,其目的是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连接的机器、设备、土建结构在各种载荷工况下的安全。
管道应力分析可以划分为静力分析和动力分析两部分。
静力分析是指在静力荷载的作用下对管道进行力学分析,并进行相应的安全评定,使之满足标准规范的要求。
动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的震动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的震动分析,其目的是使地震和震动的影响得到有效控制[2]。
2、CAESARⅡ软件简介CAESARⅡ软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。
它既可以进行静态分析,也可以进行动态分析。
CAESARⅡ软件向用户提供完备的国际上通用的管道设计规范,软件使用方便快捷。
CAESARⅡ软件具有以下特点:(1)输入和建模:交互式数据输入、图形输出,使用户可直观查看模型(单线、线框、实体图)的3D计算结果图形分析功能;丰富的约束类型,对边界条件提供最广泛的支撑类型选择;多任务批处理,自动的埋地管道建模等功能。
原油管道CAESARⅡ应力分析计算
原油管道CAESARⅡ应力分析计算摘要:本文根据国内某石化公司长输站场原油管道的工况条件,使用CAESARⅡ应力分析软件进行管道应力分析计算。
通过对工况条件下管道的应力分析,确定出管道的应力分布状况,并进行应力评定,这将对管线的安全运行提供可靠的依据,具有较大的工程意义。
关键词:应力caesarⅡ原油管道1 应力分析CAESARⅡ应力分析软件是由美国COADE公司研制开发,在国际石油、化工、石化、电力等行业领域广泛应用的国际公认管道应力分析软件。
CAESAR Ⅱ以梁单元为模拟基础,可进行静力和动力分析,并可根据国际标准进行应力校核评定,如ASME B31系列标准。
静力分析是针对静力荷载对管道进行力学分析,动力分析是针对地震、振动对管道产生的影响进行控制所进行的分析。
本文所分析原油管道所处地带地震烈度很低,无需进行动力分析,只进行静力分析,以确保管线敷设走向合理,确保管道安全可靠的运行。
1.1静力分析的主要目的[2]1、计算管道中的应力,控制管道各点应力在标准规范要求范围内;2、确定工况下管道位移,防止位移过大造成支架脱落。
3、计算管道对相连结构、设备的作用力,以保证相连设备。
结构的安全。
4、通过对管道应力分析,设计人员对管系进行优化设计。
1.2管道应力分类[1] [2]在应力校核准则中,根据产生应力的荷载不同,将应力划分为一次应力和二次应力两大类。
一次应力没有自限性,随着外荷载的增大而增加,是由重力,压力等外部荷载所作用产生的应力。
当管道达到极限状态即产生塑性流动,导致管道破坏。
二次应力具有自限性,是为满足管道自身变形位移约束条件,由于热胀、冷缩或者端点位移等位移荷载作用所产生的应力。
当荷载超过材料屈服强度时,管道局部屈服或小量变形使位移约束条件要求得到满足,二次应力主要引起的是管道的疲劳破坏,一般情况下只要不连续加载不会导致管道破坏。
1.3管道应力校核条件1、管道一次应力校核条件[3]1)当管件(包括补强)满足壁厚要求时,由于内压所产生的应力应认为安全。
CAESARⅡ在火电厂蒸汽管道应力分析中的应用
力波传播速度。
表 5 汽锤力大小及节点号 Tab.5 Hammer force and node number
节点号 2118 2006 21 19 2005 2004 21 10 2111 21 12 2113
受力方向 Z X Z Y Z Y X Y Z
排汽反力 /N -7292.28 20 1 95 .68 -7292.28 1 0 1 4 1 2.5 1 879 8.23 20886.92 -87 1 5 5 .44 29 1 27.76 258807.97
-4475 1
70.683
-15.727
弹簧支吊架 2X(212 +1 12)
-36928
43.103
-1 6.7 1 8
…
…
…
…
…
固定装置
Fx =59750
0
0
Fy =153548
Fz =-54691
Dz 1 1.997 92.75 1 85 .808
… -25 .1 8 1 -26.8 1 4 -26.154
收稿:2015 -10 -15 作者简介:郑明秀(1984 -),男,朝鲜族,硕士,从事火力发电厂设计及三维设计软件的相关研究工作。
2015 年第 6 期
郑明秀:CAESARⅡ在火电厂蒸汽管道应力分析的应用
·59·
产生约束,使管道发生形变。 4)偶然载荷,包括风雪荷载、地震荷载、流体
冲击以及安全阀动作等产生的冲击荷载[4,5]。
弹簧型式 2X1 12
工作荷载 /N -33593
Dx -140.249
热位移 Dy
-19.995
恒力支吊架
-5 29 1 7
-124.941
CAESAR Ⅱ软件在锅炉管道应力计算中的应用
CAESAR II软件在锅炉管道应力计算中的应用路孟(无锡华光锅炉股份有限公司,江苏无锡214028)摘要:CAESAR II是一款专业的管道应力分析软件,在电力、化工、石油、石化等工业管道设计中具有十分广泛的运用,同时它对安全生产、优化设计、节约材料等方面均具有十分重大的作用。
关键词:CAESAR II软件;锅炉管道;支吊架;应力分析1.前言管道应力计算的工作是验算管道在内压、自重和其他外载荷作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时产生的二次应力,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。
在国际公认的管道应力分析程序中, CAESAR n软件是应用最广泛的软件之一。
2.利用CAESAR II软件进行管道建模分析本文以我公司一台余热锅炉高压旁路减温水管道为实例进行建模分析。
2.1管道建模边舷件管道建模边界条件可以分为位移边界条件、力边界条件和弹簧边界条件。
边界条件的设置对计算结果起着决定性作用,如果边界条件设置错误,那么模型计算结果必将错误,因此,建模前一定要确认管道边界条件设置正确。
2.2管道建模基本参数(见表1)2.3利用CAESAR n软件建立模型2.3.1基本参数输入图]为基本参数输入界面,将需要应力计算的管道参数在界面中输入。
除表1中列出的管道建模基本参数外,管道材料密度、管道介质密度、管道水压试验压力、管道保温厚度、弹性模量等参数均可在图]中进行输入。
图2为弹簧设置输入界面。
在弹簧设置输入界面中应注意两个输入(1)hanger table选项:应选择国内标准SINOPEC(Chinese),此后计算结果选出的弹簧吊架对应国家标准NB/T 47039-2013《可变弹簧支吊架》、NB/T 47038-2013《恒力弹簧支吊架》。
(2)Cold Load选项:选择该选项时,表示吊架报告结果中吊架载荷值为“冷态吊零”。
所谓冷态吊零,是指弹簧支吊架在冷态时承受的载荷取冷态时由管系分配给它的载荷,与热态吊零相反,此时在热态情况下管系各支撑点承受的自重载荷已不再均匀,而总载荷(包括位移载荷)则是自然分配;不选择该选项时,表示吊架报告结果中吊架载荷值为“热态吊零”。
caesarii应用实例
C A E S A R I I应用实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一部分支架形式模拟 (3)1.0 普通支架的模拟 (3)1.1 U-band (3)1.2 承重支架 (4)1.3 导向支架 (4)1.4 限位支架 (8)1.5 固定支架 (8)1.6 吊架 (9)1.7 水平拉杆 (9)1.8 弹簧支架模拟 (10)2.0 附塔管道支架的模拟 (13)3.0 弯头上支架 (15)4.0 液压阻尼器 (16)5.0 CAESARII可模拟虾米弯,但变径虾米弯不能模拟 (17)第二部分管件的模拟 (18)1.0 法兰和阀门的模拟 (18)2.0 大小头模拟 (19)3.0 安全阀的模拟 (21)4.0 弯头的模拟 (22)5.0 支管连接形式 (23)6.0 膨胀节的模拟 (25)6.1 大拉杆横向型膨胀节 (25)6.2 铰链型膨胀节 (37)第三部分设备模拟 (45)1.0 塔 (45)1.1 板式塔的模拟 (46)1.2 填料塔的模拟 (47)1.3 除了模拟塔体的温度,还需模拟塔裙座的温度 (50)2.0 换热器,再沸器 (51)2.1 换热器模拟也分两种情况 (51)3.0 板式换热器 (54)4.0 空冷器 (55)4.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧 (55)4.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧 (58)5.0 泵 (60)6.0 压缩机,透平 (61)第四部分管口校核 (62)1.0 WRC107 (62)2.0 Nema 23 (67)3.0 API617 (69)4.0 API610 (71)第五部分工况组合 (75)1.0 地震 (76)2.0 风载 (77)3.0 安全阀起跳工况 (80)4.0 沉降 (82)第一部分支架形式模拟1.0 普通支架的模拟1.1 U-band在CAESAII的输入界面找到restraints选项,并双击打勾,在Node项目,输入该支架位置的节点,在type项填入支架的约束形式,U-band只需在type项中输入X,y用户还需输入支架的摩擦系数Mu,通常规定:钢与钢接触的承重支架摩擦系数输入0.3不锈钢与PTFE板接触的承重支架摩擦系数输入为0.1支架选项中,stif代表支架生根部份的刚度,不输代表无穷大,用户可以把生根部件的刚度输入其中,单位为N/cm1.2 承重支架+Y1.3 导向支架1.3.1 水平管道若导向支架的挡块与管托之间有间隙,可在图中(Gap:)中输入间隙,不输表示导向的间隙为1.3.2 垂直管道1.3.2.1 四向导向+Y X1.3.2.2 单边导向1.4 限位支架1.5 固定支架+YZ StopperANC1.6 吊架双击restrains选项,承重吊架为+Yrod,并在len中输入吊杆的摆动的长度1.7 水平拉杆1.8 弹簧支架模拟双击Hangers出现如下图框Node输入支架的节点号Hanger Talbe:选择弹簧的型号,国内项目选择13-Sinopec(China)Avalable Space(neg for can)若该点由弹簧支撑,可以输入一个负的距离,该距离为支称点与弹簧底板之间的距离Allowable load Variation(%):为弹簧的荷载变化率=(热态载荷-冷态载荷)/热态载荷的绝对值乘以100%,一般弹簧的荷载变化率控制在25%内,但是在一些敏感设备附近,如压缩机,透平管口附近,弹簧的荷载变化率需控制在10%内,这时用户需在此选项中输入10Rigid Support Displacement Criteria:在应力计算中,有时软件自选的弹簧热位移很小,例如1mm左右,在不是敏感设备附近,工程上常用刚性支架来代替弹簧支架,用户可以人为输入刚性支架代替弹簧支架热位移标准,如输入1mm,则若软件算出弹簧的热位移小于1mm,软件就自动将该弹簧代替为刚性支架Max.Allowed Travel Limit:该项定义了可变弹簧最大位移量,若软件算出的热位移量超过该输入值,则软件将自动把可变弹簧替换为恒力弹簧No。
CAESAR Ⅱ软件在主蒸汽管道设计中的应用
CAESAR Ⅱ软件在主蒸汽管道设计中的应用李进春【摘要】以富伦3#高炉改造工程制氧机系统主蒸汽管道为例,使用CAESAR域应力分析软件对其静态载荷进行计算。
通过对管道在汽轮机入口处的推力和力矩的计算结果的分析,提出通过增大管道补偿段以及设置弹簧支架与限位支架的方式,使管道在汽轮机入口处的推力和力矩符合厂家的规定,并根据分析结论选择合适的弹簧支架,进一步优化管道设计。
%CAESAR II stress analysis software was used to calculate the static loads on the main steam pipe of the oxygen generating system at Fulun Steel. Through analysis of the calculation result of the push force and torque at the entrance of the steam turbine, it was proposed to increase the length of compensator pipe and set up spring supports and limiting supports to make the push force and torque satisfying factory requirement. Suitable spring supports were selected based on analysis result to further optimize pipe design.【期刊名称】《冶金动力》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】3页(P32-34)【关键词】静态载荷;主蒸汽管道;应力分析【作者】李进春【作者单位】安徽马钢工程技术集团,安徽马鞍山 243000【正文语种】中文【中图分类】TK284.1近年来,随着我国国民经济的快速增长,钢铁、电力行业发展迅猛。
CAESAR_II中的坐标系统
CAESARII中的坐标系统引言本文讨论坐标系统及说明如何应用于管道系统和应力分析。
与此相关的资料在COADE机械工程报导中1992.12和1994.11发表的两篇文章中可以找到。
这两篇文章在COADE网址中也可以找到。
工程中的多数分析模型在数学上都是建立在一个实际物理实体基础之上的。
通过将实体对象的尺寸放入一个相似的数字空间而实现此目的。
数学空间通常假定或者是二维或者是三维的。
对于管道分析是需要三维空间的,因为在现实中几乎所有的管道系统都是三维的。
两种典型的三维数字系统示于如下图1。
这两种系统都是“笛卡尔坐标系统”。
在这两个系统中每个轴对其它的轴都是垂直的。
另外,在这两种笛卡尔坐标系统中每一个轴的轴向关系,顺序都是用“右手法则”来定义正方向的。
在说明“右手法则”之前,先说明图1所示系统的一些特性。
·每一个都可以认为是一条“数值线”,其零点是这些轴之交点。
每一个轴的正方向如图1所示,每一个轴也有一个负方向边。
·每一个轴的“正”方向用“箭头”方向作标示。
·在图1中,“X”轴有一个箭头,“Y”轴有二个箭头,而“Z”轴有三个箭头。
标示为“RX”,“RY”和“RZ”的圆弧规定每个轴旋转的正方向(这点在下面予以讨论)。
·空间的任一点都可以由数值线上的点在坐标系统中标出。
例如,一个沿“X”轴为5个单位的点具有坐标为(5.0,0.0,0.0)。
而沿“X”轴为5个单位沿“Y”轴为6个单位的点具有坐标为(5.0,6.0,0.0·注意:如果图1中右边的系统“X”轴正方向旋转90度,则结果成为图1中左侧的系统。
图1左边的坐标系统是CAESARII缺省的总体坐标系统。
在这个系统中,“X”和“Z”轴定义在水平面,而“Y”轴是垂直的(在CAESARII中通过选定“Z轴垂直”选项可以得到图1的其它坐标系统,本文的后面将对此进行说明)。
本文中后面所有的说明都是在缺省的坐标系统下,除非另外加以说明。
“CAESARⅡ”在医药企业管廊蒸汽管道应力分析中的应用
“CAESARⅡ”在医药企业管廊蒸汽管道应力分析中的应用1.付江涛2、王薇2.1、中核第四研究设计工程有限公司河北省石家庄市0500003.2、石家庄市裕华路小学河北省石家庄市050000内容摘要:管廊上的蒸汽总管在医药企业中常见的管道之一。
本文就一定工况下对公称直径为DN150~DN400蒸汽管道增加方(矩)形补偿器前后进行对比,并使用“CAESARⅡ”软件对蒸汽管道主要受力点的位移、受力情况及综合应力占许用应力的比率进行了分析,得到在一定工况下方(矩)形补偿器可采用的最小尺寸,为以后相似工程提供设计参考。
关键词:应力分析;方(矩)形补偿器;尺寸。
作者简介:付江涛,男,河北石家庄人;中核第四研究设计工程有限公司,工程师;研究方向:医药化工工程设计医药企业在产品的生产过程中,经常需要对产品进行加热、浓缩、回收、干燥等步骤,这些单元操作往往需要大量的热量,而低压蒸汽因其具有洁净度好、使用快捷、可控性高、价格相对便宜等特点,被医药企业广泛应用。
所以在厂区管廊中蒸汽管道极为常见,而相对于管廊中其他的物料管道,蒸汽具有一定的温度,在使用过程中受热后会产生一定的热膨胀量,需要采用自然补偿或补偿器减少应力对管道的影响。
而补偿器设置的位置、大小及选型需要进行相应的应力计算后进行选型。
目前常用的应力分析软件为CAESARⅡ,其建模的依据是ASME B31.1动力管道和ASMEB31.3等规范。
在输入蒸汽管道的基本参数(包括管道的材质、外径、壁厚,蒸汽的工作温度、工作压力、设计温度、设计压力等)后,并经设计后可对管道进行应力分析(包括静力分析和动力分析)。
一、蒸汽管道工艺条件1.工作温度及压力的选择由于医药企业使用的溶媒主要为有机溶剂,同时大部分的有机溶剂沸点不是很高,所以主要用于加热与干燥的蒸汽温度不用过高,一般为0.6-0.8MPa的饱和蒸汽,故本文蒸汽工作压力选择为0.7MPa,工作温度为171℃。
2.管径与管道壁厚的选择根据医药企业生产规模的不同,分别选择公称直径为DN150、DN200、DN300、DN400四种常见管廊中蒸汽管道的规格。
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第一部分支架形式模拟 (2)1.0 普通支架的模拟 (2)1.1 U-band (2)1.2 承重支架 (3)1.3 导向支架 (3)1.4 限位支架 (7)1.5 固定支架 (7)1.6 吊架 (8)1.7 水平拉杆 (8)1.8 弹簧支架模拟 (9)2.0 附塔管道支架的模拟 (11)3.0弯头上支架 (13)4.0 液压阻尼器 (14)5.0 CAESARII可模拟虾米弯,但变径虾米弯不能模拟 (15)第二部分管件的模拟 (15)1.0 法兰和阀门的模拟 (15)2.0 大小头模拟 (17)3.0 安全阀的模拟 (18)4.0 弯头的模拟 (19)5.0 支管连接形式 (20)6.0 膨胀节的模拟 (21)6.1 大拉杆横向型膨胀节 (22)6.2 铰链型膨胀节 (34)第三部分设备模拟 (42)1.0 塔 (42)1.1 板式塔的模拟 (42)1.2 填料塔的模拟 (44)1.3 除了模拟塔体的温度,还需模拟塔裙座的温度 (47)2.0 换热器,再沸器 (48)2.1 换热器模拟也分两种情况 (48)3.0 板式换热器 (51)4.0 空冷器 (52)4.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧 (52)4.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧 (54)5.0 泵 (56)6.0 压缩机,透平 (58)第四部分管口校核 (59)1.0 WRC107 (59)2.0 Nema 23 (62)3.0 API617 (64)4.0 API610 (65)第五部分工况组合 (68)1.0 地震 (69)2.0 风载 (70)3.0 安全阀起跳工况 (72)4.0 沉降 (74)第一部分支架形式模拟1.0 普通支架的模拟1.1 U-band在CAESAII的输入界面找到restraints选项,并双击打勾,在Node项目,输入该支架位置的节点,在type项填入支架的约束形式,U-band只需在type项中输入X,y用户还需输入支架的摩擦系数Mu,通常规定:钢与钢接触的承重支架摩擦系数输入0.3不锈钢与PTFE板接触的承重支架摩擦系数输入为0.1支架选项中,stif代表支架生根部份的刚度,不输代表无穷大,用户可以把生根部件的刚度输入其中,单位为N/cm1.2 承重支架+Y1.3 导向支架1.3.1 水平管道若导向支架的挡块与管托之间有间隙,可在图中(Gap:)中输入间隙,不输表示导向的间隙为01.3.2 垂直管道 1.3.2.1 四向导向+YX1.3.2.2 单边导向1.4 限位支架1.5 固定支架+Y ZStopperANC1.6 吊架双击restrains选项,承重吊架为+Yrod,并在len中输入吊杆的摆动的长度1.7 水平拉杆1.8 弹簧支架模拟双击Hangers出现如下图框Node输入支架的节点号Hanger Talbe:选择弹簧的型号,国内项目选择13-Sinopec(China)Avalable Space(neg for can)若该点由弹簧支撑,可以输入一个负的距离,该距离为支称点与弹簧底板之间的距离Allowable load Variation(%):为弹簧的荷载变化率=(热态载荷-冷态载荷)/热态载荷的绝对值乘以100%,一般弹簧的荷载变化率控制在25%内,但是在一些敏感设备附近,如压缩机,透平管口附近,弹簧的荷载变化率需控制在10%内,这时用户需在此选项中输入10Rigid Support Displacement Criteria:在应力计算中,有时软件自选的弹簧热位移很小,例如1mm左右,在不是敏感设备附近,工程上常用刚性支架来代替弹簧支架,用户可以人为输入刚性支架代替弹簧支架热位移标准,如输入1mm,则若软件算出弹簧的热位移小于1mm,软件就自动将该弹簧代替为刚性支架Max.Allowed Travel Limit:该项定义了可变弹簧最大位移量,若软件算出的热位移量超过该输入值,则软件将自动把可变弹簧替换为恒力弹簧No。
Hangers at Location:指该点弹簧的个数,有时立管上某个支点往往要2个或4个弹簧支架支撑,这时就可以输入弹簧的个数,软件会通过载荷的分配,自动选出每个弹簧的型号Allow Short Range Springs:双击该选项,允许软件选择短量程弹簧Operating Load Case Design Option:该选项是让用户设定弹簧热态时的载荷,若为两个弹簧时,应输入总的载荷,而不是每个弹簧的热载荷Multiple load case design option:该选项让用户定义按哪个工况来设计弹簧,默认为T1,即Temp1工况,但是在有一开一备工况下,有时设计弹簧需切换相应工况,确保弹簧是按管道正常操作温度下的工况选择的Free Restrains at Node:该选项常用在压缩机,透平,泵的第一个弹簧支架中,由于这些动设备都需要无应力安装,通过该选项可以通过调节弹簧的载荷,确保管口受力最小,比如透平口法兰面节点号为10点,20点为靠近其管口的最近一个弹簧支架,并且使法兰上Y方向受力最小则输入如下Spring Rate:此项可以输入弹簧的刚度,此项主要用在模拟已购买好的弹簧Theoretical Cold(Installation) Load:此项可以输入弹簧的安装载荷,此项主要用在模拟已购买好的弹簧Constant Effort Support Load:此项输入可以输入恒力弹簧的工作载荷。
2.0 附塔管道支架的模拟在支架模拟中,附塔管道支架的模拟较为复杂,因为附塔管道支架是生根在塔上面,而塔由于热胀往往有较大的热位移,因此需将该热位移准确模拟到附塔管道的支架上。
双击restrains选项:说明:1000点为与该支架同一标高塔中心点位置,1010为塔外壁。
10点为管道上的支架,11点为与10点连接点,在from 11点to 1010点需输入常温和常压,并双击rigid ,在直径和壁厚选项中需输入附塔设备的直径和壁厚,From 1010 to 1000点需输入设备的温度和压力,在直径和壁厚选项中需输入附塔设备的直径和壁厚3.0弯头上支架在装置中,我们经常看到在弯头有支架,如何在CAESARII中弯头上输入支架,最常见的也是最简单的模拟方法就是在弯头的中点位置输入支架先双击bend选项,找到angle 为M的节点号(该节点号往往自动生成)再双击restrains,选项,在node一览中输入angle 为M的节点,并在type栏中输入支架的形式。
对于靠近敏感设备附近的弯头支架,Caesar II指导说明中给出更为精确的模拟方法该法称为偏移输入法,该模拟方法可使假腿位置准确定位在弯头曲线上,并且假腿作用在垂直管道的中心线上,缺点是模拟比较复杂.具体模拟方法见application guide hangers Vertical Dummy Leg on Bends:Offset Element Method4.0 液压阻尼器液压阻尼用来控制管道的振动,模拟液压阻尼器步骤如下1先运行不带阻尼器情况下该位置的操作工况2记录上述工况下该点的位移及转角3输入阻尼器,并在CNode点中输入上述位移和转角4将附加位移值加在操作工况下并在load case editor中找到所有含有动载荷的工况(如地震,风载,安全阀反力等)并激活阻尼器,5.0 CAESARII可模拟虾米弯,但变径虾米弯不能模拟虾米弯的模拟方法较为复杂,可参考caesarII自带的application guide chapter 2 mitered bends第二部分管件的模拟1.0 法兰和阀门的模拟法兰、阀门为装置中的重要原件,在应力计算中,它们往往是集中载荷,必需对法兰、阀门的重量进行模拟,首先根据阀门、法兰的类型,在对应的标准或样本中找出相应的重量并输入模型,现以阀门带配对法兰为例:710点到720点为管道上法兰先输入法兰高度,点击rigid,在rigid weight中输入法兰的重量720点到730点为阀门首先输入阀门的长度点击在rigid weight中输入阀门的重量730点到740点为阀门另一侧管道上的法兰,输法与710点到720点相同2.0 大小头模拟440点为大小头的大头端,管道直径为大小头大头侧的直径和壁厚(此例为406.4x9.525)450点为大小头的小头端,管道直径为大小头小头侧的直径和壁厚(此例为273.05x9.271) 440点到450点输入大小头的长度(如dx:356mm),若是同心大小头无需输入偏移量对与偏心大小头,偏移量需模拟(如dy:67mm)点击输入大小头另一段的直径和壁厚(此例为小头端直径x壁厚273x9.2710)即可。
3.0 安全阀的模拟先模拟安全阀入口侧管道上的配对法兰,输入方法见法兰模拟再输入安全阀的垂直部份(node125-130)并在rigid中输入rigid weight(安全阀垂直部份的重量为安全阀总重量的一半)然后输入安全阀泄压侧即水平段(node130-140)并在rigid中输入rigid weight(安全阀水平部份的重量为安全阀总重量的一半)最后输入泄压侧的管道上的配对法兰安全阀反力的模拟在工况中详细说明4.0 弯头的模拟在管道拐弯处往往要用弯头连接点击raidus中可输入弯头的半径,默认弯头半径为1.5倍的管道直径type:single flange 为弯头附近带一片法兰的形式double flange 为弯头附近带片法兰的形式注:法兰离开弯头末端两倍直径内,才需使用上述选项Angle1: 和node定义了弯头的具体部位例如angle1:M Node1:9表示弯头中点的节点号为9,Angle 2:0 Node2:8表示第8点为弯头起始点在输出报告中,可以读出弯头相应部位的应力5.0 支管连接形式通过点击出现对话框在node中输入支管连接处节点号Type中输入支管连接的形式1 Reinforced 带补强圈或鞍件的增强制造三通2 Unreinforced 未补强的预制三通3 Welding 按B16.9的焊接三通4 Sweepolet 插入式焊接管座5 Weldolet 整体加强的座焊支管6 Extruded 挤压成型的焊接三通6.0 膨胀节的模拟膨胀节模拟有简单模拟和复杂模拟两种,简单模拟请参考CAESARii 自带的手册这里介绍两种常用的膨胀节的复杂模拟法6.1 大拉杆横向型膨胀节大拉杆横向型膨胀节可以按膨胀单元拆分建模(复杂模型),下图所示,节点20和节点6.2 铰链型膨胀节复杂模型如下图所示,节点20和节点50之间是一铰链型膨胀节,膨胀节参数如下:角向刚度:1029 N.m/︒,扭转刚度:902557N.m/︒,波纹管有效直径:775mm,膨胀节重量:672Kg。