化工管道设计中的应力分析

化工管道设计中的应力分析
彭卫星;冯传壮
【摘要】stress analysis is the foundation of pipeline design.It affects the normal operation of chemical plant to a great extent.In this paper,the main contents of the stress,the checking condition,the definition of the stress analysis range of the pipe and the method of the analysis of the pipe stress are analyzed in this paper,so as to make the designers understand the related knowledge of the stress analysis.On the basis of the design,ensure the safety and reliability of chemical pipelines.%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.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2018(044)006
【总页数】1页(P102)
【关键词】管道设计;应力分析;校核条件;范围界定
【作者】彭卫星;冯传壮
【作者单位】汇智工程科技股份有限公司,山东青岛 266061;汇智工程科技股份有限公司,山东青岛 266061
【正文语种】中文
【中图分类】TQ055.81
1 应力分析的主要内容
化工管道应力分析主要是管道的强度和刚度设计，它包括管道及其元件的强度、刚度，管道对与之相连设备的附加荷载是否满足要求。

化工管道的应力分析分为静力分析和动力分析两部分。

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[1]。

2 应力分析的校核条件
对于一次应力来说，即使外力荷载不再增加，只要应力强度超过材料的屈服极限时，管道仍会产生塑形变形。

而二次应力在初次加载时，通常不会导致破坏，只有当在多次重复时才会造成疲劳破坏。

一次应力比二次应力更危险，应该给予更严格的限制。

3 管道的应力分析范围界定
美国机械工程师学会（ASME）最早将管道应力分析写入规范，经过几十年的不断发展，形成了现今完备的管道规范ASME B31.3 《工艺管道》，规范列举了不需
进行应力分析或者只需简单计算的管道范围：
1）与运行良好的管道相同的或没有重要变动的管道；
2）与分析过的管道相比较，能够容易地判断出具有足够柔性的管道；
3）对具有同一尺寸、不多于两个固定点、无中间约束，并且满足以下经验公式的管道：
其中Do为管道外径，mm；
L为管道的伸展长度，m；
U为固定点之间的连线长度，m；
δ为作用于管道的总热位移荷载，mm。

而上述范围之外的管道就要进行详细应力分析。

ASME编写的另一部规范ASME B31.1《动力管道》也有类似的规定。

GB50316—2000（2008年版）《工业金属管道设计规范》基本参照了ASME B31.3的规定。

HG/T 20645《化工装置管道机械设计规定》对需要进行应力分析的化工管道做了详细的规定：
（1）必须通过计算机计算的管系
①汽轮机进出口连接的管道；
②离心式压缩机进出口连接的管道；
③往复式压缩机进出口连接的管道。

（2）一般应进行计算的管系
泵的进出口连接管道：①公称管径≥100mm，且温度≥230℃，或者≤-20℃的管道；②管径比泵接口大（指异径连接）的管道。

有关规范要求的管道：①锅炉规范中规定要进行柔性分析的管道；②规范中固定要进行柔性分析的管道。

与空冷器连接的管道：①公称直径≥150mm的连接管口的管道；②温度≥120℃的连接管口的管道。

与炉子连接的管道：①公称管径≥150 mm的连接管口的管道；②温度≥230℃的
连接管口的管道。

而在石化管道应力分析一般参照SH3041《石油化工管道柔性设计规范》；
GB20801《工业金属管道设计规范》对埋地管道的应力分析做了规定。

对于应力分析的范围的界定，为应力分析指明了方向，明确应力分析的范围也在一定程度上简化了设计人员的工作，使化工设计更加可靠、合理。

4 应力分析方法
应力分析方法主要有目测检验法、简单分析法和计算机辅助应力分析法。

目测分析法主要依靠设计者的工程经验判断；简单分析法依靠图表和简单公式进行分析判定；计算机辅助应力分析法是用专门的应力分析软件进行管道应力分析。

5 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，在很大程度上保证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.。