乌苏项目基本设计排汽管道应力分析报告

中电投乌苏热电厂一期2×330MW机组工程
空冷系统基本设计
排汽管道整体应力分析
2009 年8月
目录
1设计依据
本报告依据乌苏热电厂空冷系统总布置对空冷系统的排汽管道装置进行静力学分析，验证该装置在17种工作情况下是否都能满足刚度、强度以及排气装置出口处的允许推力要求。

分析过程中用到的规范及标准如下：
《国电榆次热电厂2×330MW空冷供热机组直接空冷系统EPC总承包技术协议》；
《钢制压力容器——分析设计标准》JB4732-95；
《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001；
《构筑物抗震设计规范》GB 50191-93?；
《碳素结构钢》GB /T700-1988；
《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996；
ASME B31[1]-2005。

2材料数据
排汽管道的材料为碳钢Q235B，材料特性值如下：
密度：? = 7’850 kg/m3
弹性模量： E = 2e11Pa
热膨胀系数：? = ×105 1/K
= 235 MPa
屈服强度：?
F
极限抗拉强度：?
= 375 MPa
u
伸长率：?
= 24 % 。

u
3计算分析工具
本次分析采用大型有限元分析软件 V2007R1进行几何建模、网格划分、定义边界条件、世家载荷并后处理，使用 V2007R1软件作为有限元分析求解器。

4计算模型的建立
4.1有限元模型
由于排汽管道的结构主要是由板件焊接而成，故采用二维的壳单元比三维实体单元更合适建立该有限元模型。

为了计算的精确，主体采用精度较高的四边形单元，另外还在四边形单元不适用的部分区域采用三角形单元过渡，从而保证整个模型的网格质量。

整个模型共划分为40917个节点，41369个单元。

排汽管道的几何模型与有限元模型如下图1和图2所示。

模型所在坐标系：Z轴水平向右、Y轴竖直向上、X轴负向指向排汽装置。

模型总质量为 656t。

图1 排气管道的几何模型
采用壳单元，划分网格后单元模型如下列图示。

图2 排气管道整体有限元模型
考虑腐蚀余量及制造误差，计算管壁厚小于管道壁厚~2.5mm，因为管道内介质主要为水和蒸汽，腐蚀相对较小，所以本报告计算过程中涉及到的计算厚度均比管道厚
度小1，为了补偿由此减轻的重量，管材密度修改为8660kg/m3。

管壁计算厚度如下表：
动和旋转。

补偿器硬度数据显示在下表中：
4.2边界条件
模型中的边界条件如图3至图5所示。

在排汽装置接口、配汽管接口采用全约束（固定所有的位移和旋转）。

图3 排气装置接口、配气管接口的全约束
图4 管道下部支座约束及限位
支吊点如下：
图5 底端弹簧支点和管道吊点
4.3荷载
4.3.1死荷载
a)重力
重力加速度作用在整个管道上-Y方向
b)悬吊荷载
前端弹簧支座每处受力356KN；
上部横干管恒力吊架每处受力如下表：
4.3.2活荷载
a)蒸汽或空气重量（浮力）
和管道重量比管道内蒸汽重量和浮力一样小，忽略不计。

b)温度荷载
管壁设计温度取120 °C，安装温度按5°C考虑。

c)压力荷载
按全真空考虑，设计压力取。

管道气密性试验 MPa，很小忽略不计。

d)风荷载
根据建筑结构荷载规范GB 50009—2001（风载荷部分），垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
当计算主要承重结构时
Wk=βzμsμzWo
式中Wk—风荷载标准值(kN/㎡)；
βz—高度z 处的风振系数；
μs—风荷载体型系数；
μz—风压高度变化系数；
—基本风压(kN/㎡)。

W
根据规范查取βz、μs、μz、Wo对应的值，最后计算出平均风荷载，如下所示：
e)地震荷载
计算地震荷载，考虑4个不同方向准静态水平加速度：
a
x
= +0.1 g；
a
x
= -0.1 g；
a
z
= +0.1 g；
a z = -0.1 g。

f)沉降荷载
按%基础沉降差考虑，在与排汽装置接口处设置±36mm的Y向位移约束。

4.3.3组合荷载
分项荷载：
g ? 重力加速度（包括恒力吊荷载）
p ? 真空
t ? 温度
seisx ? + X向准静态地震加速度
seisnx ? －X向准静态地震加速度
seisz ? + Z向准静态地震加速度
seisnz ? －Z向准静态地震加速度
windx ? ＋X向风载
windnx ? －X向风载
windz ? ＋Z向风载
windnz ? －Z向风载
这些独立的荷载组合成下列8种，在计算中考虑：
g-p-t-seisx；
g-p-t-seisnx；
g-p-t-seisz；
g-p-t-seisnz；
g-p-t-windx；
g-p-t-windnx；
g-p-t-windz；
g-p-t-windnz。

5 计算结果
在下列各节中，仅显示了最显着应力的工况和部分排汽管道。

在每一图中，显示壳体的最大应力和应变。

采用等效应力强度（von Mises stress ），单位为MPa。

5.1工况1（g-p-t-seisx ）：应力云图
5.2工况2（g-p-t-seisnx ）：应力云图
5.3工况3（g-p-t-seisz ）：应力云图
5.4工况4（g-p-t-seisnz ）：应力云图
5.5工况5（g-p-t-windx）：应力云图
5.6工况6（g-p-t-windnx ）：应力云图
5.7工况7（g-p-t-windz ）：应力云图
5.8工况8（g-p-t-windnz ）：应力云图
6 应力评定
根据《钢制压力容器——分析设计标准》，应力强度许用极限应满足下表要求：
p-t-windz工况，在上部三通处局部应力大，为了进一步提高管道强度，在详图阶段应在上部三通侧面增加加强肋。

7 管道对排汽装置的推力及力矩
通过计算得到管道接口在不同工况下的推力及力矩，如下表所示：
表1 各工况管道接口推力及力矩。