管道应力
管道应力分析及计算全
B、动力分析包含的内容 a)管道固有频率分析 — 防止共振。 b)管道强迫振动响应分析 — 控制管道振动及应力。 c)往复式压缩机(泵)气(液)柱频率分析 — 防止气柱 共振。
d)往复式压缩机(泵)压力脉动分析 — 控制压力脉动 值(δ值)。
C、动力分析要点
a)
振源
机器动平衡差 — 基础设计不当
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
静力分析
⑷ 应力分析
(三、四级)；
动力分析
⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定；
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
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)；
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
2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。
3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。
孔径大小：
d D
4
U,
U
V气体流速 V介质内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3～5mm
孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
A、当
管道应力计算
3 推力计算
3.1 管道截面二次距
cm4
3.2 温度综合系数
3.3 管形系数
3.4 X向推力
N
3.5 Y向推力
N
3.6 合力
N
3.7 弯曲应力
Mpa
平面L型（90度）自然补偿推力和应力计算 符号或公式
数据
Do S L1; T1 T2
σ;取决于管道的材料和使用温度，见工业金属 管道设计规范
159.00 4.50 30.00
参数 1 基本参数 1.1 管道外径
管道壁厚 1.2 长臂长度L1 1.3 工作温度 1.4 环境温度 1.5 线性膨胀系数
1.6 钢管许用应力
平面L型（90度）自然补偿推力和应力计算 单位源自mm mm m °C °C /°C
Mpa
2 短臂必要长度计算
2.1 △L1
mm
2.2 短臂必要长度L2
m
2.3
120.00 0.00
0.00001266
105.00000000
△L1=L1*a*（T1-T2) L2min=1.1SQRT(△L1*Do/300) L2取值
I;动力管道设计手册，表9-4 C; L1/L2;用以在表9-5查Kx,Ky等 Kx Ky Kb Fx=9.8Kx*C*I/L1/L1 Fy=9.8Ky*C*I/L1/L1 F=SQRT(Fx*Fx+Fy*Fy) σb=0.098*Kb*C*Do/L1
45.576 5.41 5.00
652 0.288
6 52 16 825 106 33 111 12.34
管道应力专业的工作内容
管道应力专业的工作内容一、管道应力专业的工作内容那可老丰富啦。
咱先说说管道应力分析这块儿。
这就是看管道在各种受力情况下的反应。
比如说，管道里面有流体在流，这就会产生压力，这压力对管道就有作用力，得分析这力会让管道变形到啥程度。
还有啊，管道可能会受到外部的力，像周围设备的振动啥的，这些外力也会影响管道的应力情况。
这就像是你站在一个有风的地方，风就是外力，你得站稳了，管道也得在这些外力下保持稳定。
二、管道的布局和走向也和应力专业有关。
你想啊，管道要是弯弯绕绕的，它受力情况肯定和直直的管道不一样。
设计管道走向的时候，得考虑怎么布局能让应力分布比较均匀，不能这儿应力太大，那儿应力又太小。
就好比你在搭积木，怎么搭才能让整个结构稳稳当当的，是一个道理。
而且不同的介质在管道里，对管道的作用力也有差别，像油和水，密度不一样，流动起来对管道的冲击力啥的就不一样，这些都得考虑进去。
三、管道的支撑系统也是管道应力专业的重要工作内容。
支撑就像是管道的“小助手”，能分担管道的重量和应力。
选择什么样的支撑方式，是用吊架还是支架，放在什么位置，这些都是有讲究的。
就像你背个包，要是有个地方能帮你托着点包，你就不会那么累，管道的支撑就是这么个作用。
而且在管道运行过程中，支撑可能会因为各种原因出现问题，像松动或者损坏，这时候就得靠应力专业的人去检测和修复，保证管道的安全运行。
四、管道应力专业还得考虑热胀冷缩的影响。
管道在温度变化的时候，会膨胀或者收缩。
如果不考虑这个，管道可能就会被拉坏或者挤坏。
这就像是你穿衣服，冬天衣服缩起来了，夏天衣服又松松垮垮的，管道也是这样。
所以要设计一些伸缩节之类的东西，让管道能自由伸缩，同时又能控制应力在安全范围内。
五、还有管道的连接部位，这也是应力容易出问题的地方。
像焊接的地方，如果焊接质量不好，应力就会集中在那儿，就像一根绳子，有个薄弱的地方就容易断。
所以要对连接部位进行应力测试，确保连接牢固，应力分布合理。
管道应力分析和计算解析
管道应力分析和计算
目次
1 概述
1.1 管道应力计算的主要工作
1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法
1.4 管道荷载
1.5 变形与应力
1.6 强度指标与塑性指标
1.7 强度理论
1.8 蠕变与应力松弛
1.9 应力分类
1.10 应力分析
2 管道的柔性分析与计算
2.1 管道的柔性
2.2 管道的热膨胀补偿
2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算
2.6 冷紧
2.7 柔性系数与应力增加系数
2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算
3.1 管道的设计参数
3.2 钢材的许用应力
3.3 管道在内压下的应力验算
3.4 管道在持续荷载下的应力验算
3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算
3.7 力矩和截面抗弯矩的计算
3.8 应力增加系数
3.9 应力分析和计算软件。
管道应力分析和计算
管道应力分析和计算管道应力分析和计算目次1 概述1.1 管道应力计算的主要工作1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法1.4 管道荷载1.5 变形与应力1.6 强度指标与塑性指标1.7 强度理论1.8 蠕变与应力松弛1.9 应力分类1.10 应力分析2 管道的柔性分析与计算2.1 管道的柔性2.2 管道的热膨胀补偿2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算2.6 冷紧2.7 柔性系数与应力增加系数2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算3 管道的应力验算3.1 管道的设计参数3.2 钢材的许用应力3.3 管道在内压下的应力验算3.4 管道在持续荷载下的应力验算3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算3.7 力矩和截面抗弯矩的计算3.8 应力增加系数3.9 应力分析和计算软件1 概述1.1 管道应力计算的主要工作火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；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。
管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
1.2 管道应力计算常用的规范、标准（1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。
对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。
1.3 管道应力分析方法管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。
对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。
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。
管道应力分析及计算PPT课件
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；
⒀ 编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据 表；
⒁ 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件 及技术数据表；
11
6.3、各文件应包含的内容：
⑴ 工程规定内容
A、适用范围；
L — 管段两个固定点的展开长度(m) (AB+BC+CD)
U — 管段两个固定点的直线距离(m) (AD间的直线距离)
(依据ASME/ANSI B31.1及B31.3)
公式的适用范围14
(4)应力分析
静力分析(含疲劳分析、风载荷及地 震载荷分析)
动力分析
A、静力分析包含的内容 a) 一次应力计算及评定 — 防止管道塑性变形破坏. b) 二次应力计算及评定 — 防止疲劳破坏。 c) 设备管口受力计算(及评定) — 防止作用力太大， 保证设备正常运行。 d) 支承点受力计算 — 为支吊架设计提供依据。 e) 管道上法兰受力计算 — 防止法兰泄漏。 f) 两相流及液击冲击载荷计算 — 为支吊架和结构 设计提供依据。
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
静力分析
⑷ 应力分析
(三、四级)；
动力分析
⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定；
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
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)；
管道应力分析专题
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
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
管道应力消除方法
管道应力消除方法
管道应力消除方法是指通过一系列的技术手段，使管道内部或外部的应力得到缓解或消除，从而保证管道的稳定性和安全性。
常见的管道应力消除方法包括以下几种：
1. 加装支撑：通过在管道上加装支架、吊杆等结构物，使管道受力均匀分布，从而减少应力集中。
2. 调整管道布局：通过调整管道的布局，使管道的受力状态得到优化，从而减少应力集中。
3. 采用柔性连接件：在管道连接处采用柔性连接件，如橡胶衬垫、金属波纹管等，可以有效减少管道的应力。
4. 采用减振器：在管道上安装减振器，可以消除管道的震动和冲击，从而减少应力集中。
5. 加装缓冲材料：在管道受力集中的部位加装缓冲材料，如橡胶垫、泡沫塑料等，可以有效减少应力。
6. 采用降噪处理：在管道上采用降噪处理，可以消除管道内的噪声和振动，从而减少管道的应力集中。
综上所述，管道应力消除方法是管道工程中非常重要的一环，需要根据具体情况选择合适的应力消除方法，保证管道的安全运行。
- 1 -。
管道应力分析及计算
序号 大 分 类
小分类 (1)刚性支吊架
用 途 用于无垂直位移的场合；
1
承重管架
(2)可调刚性支吊架 用于无垂直位移，但安装误差要求 严格的场合；
(3)可变弹簧支吊架 用于有少量垂直位移的场合；
(4)恒力弹簧架 (5)固定架 (6)限位架 用于垂直位移较大或要求支吊点的 荷载变化率不能太大的场合； 用于固定点处，不允许有线位移和 角位移的场合； 用于限制任一方向线位移的场合；
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； ⒀ 编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据 表； ⒁ 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件 及技术数据表；
注：此为原苏联标准
压力脉动值δ 2～ 8 ％ 2～ 6 ％ 2～ 5 ％ 2～ 4 ％
支耳标高确定
(5)卧式容器固定端及立式设备支耳标高确定 — 提高管 道柔性，减小位移量，防止对设备管口的推力过大。 ⑹支管补强计算 — 降低局部应力 — 等面积补强 — WRC329
⑺ 动设备管口许用荷载校核 — API 610;API 617; NEMA SM 23; API 661。 a）管道计算 (8)夹套管 b）端部强度计算
b)管道跨距计算 c) 不考虑内压最大允许跨距 d)考虑内压最大允许跨距 e)大直径薄壁管道
10.2、管道跨距及导向间距
2）导向间距：
a）水平管 b）垂直 垂直管道的最大导向支架间距大致可按不 保温管充水的水平管道支架间距进行圆整。
二、管道应力分析基础知识
管道材料许用应力标准
管道材料许用应力标准
管道材料的许用应力标准因材料的种类、用途和规格的不同而有所差异。
一般来说，钢管的许用应力为其屈服强度的一半左右，即σ = 0.5fy，其中σ为许用应力，fy为屈服强度。
例如，若一根钢管的屈服强度为240MPa，则其许用应力为120MPa左右。
需要注意的是，在实际使用中，许用应力应考虑到材料的寿命和安全系数等因素，因此不同行业和应用领域对于许用应力的要求也不尽相同。
对于常用的钢管，如碳素钢钢管和合金钢钢管，其许用应力标准在GB标准或GB/T标准中有所规定。
例如，高压锅炉管的碳素钢钢管许用应力为180MPa左右，合金钢钢管许用应力为200MPa左右；输送流体用无缝钢管的碳素钢钢管许用应力为130MPa左右，合金钢钢管许用应力为155MPa左右。
此外，对于不同材质的钢管，其许用应力标准也有所不同。
例如，不锈钢管道的许用应力标准可能高于普通钢管，因为其具有更好的耐腐蚀性和机械性能。
总之，管道材料的许用应力标准应根据具体情况进行评估和选择，以确保管道的安全性和可靠性。
在实际应用中，还需要考虑管道的工作环境、工作压力、温度等因素对许用应力的影响。
管道应力计算
1.9 应力分类 1.9.1一次应力 由压力、重力与其他外力荷载的作用所产生的应力。
（1）一次一般薄膜应力，是在所研究的截面厚度上均匀 分布的，且等于该截面应力平均值的法向应力（即正应 力）的分量。
（2）一次局部薄膜应力，是由内压或其他机械荷载产生 的，由于结构不连续或其他特殊情况的影响，而在管道 或附件的局部区域有所增强的一次薄膜应力。
（4）剪切弹性模数 表示材料在线性弹性性态时对剪切变形的抵抗能力,单位
为单位面积的力。
1.6 强度指标与塑性指标 钢材的强度特征与变形特征是用一定的强度指标与塑
性指标来衡量，表示钢材力学性能。
1.6.1 强度极限σｂ 是拉伸应力－应变曲线上的最大应力点，单位为MPａ。 1.6.2 屈服极限σｓ 材料在拉伸应力超过弹性范围，开始发生塑性变形时
的应力。产生0.2%残余变形的应力值作为条件屈服极限， 用σｓ（0.2%）表示，单位为MPａ。 1.6.3 持久强度σDｔ 在给定温度下，使试样经过一定时间发生蠕变断裂时 的应力。工程上使用在设计温度下10万小时断裂时的平 均值表示，σDｔ单位为MPａ。
1.6.4 蠕变极限σnｔ 在给定温度下和规定的持续时间内，使试样产生一定
载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约 束时所产生的二次应力，以及管道对设备产生的推力和 力矩。保证设备和管道的安全运行。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366-2006 火力发电厂汽水管道应力计 算技术规程 （2） ASME B 31.1-2004 动力管道 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 1.4 管道荷载 （1）重力荷载 （2）压力荷载 （3）位移荷载
2.8 作用力和力矩计算的基本方法 早期采用简化的弹性中心法，是将计算管系当作一根
压力管道应力分析的内容及特点研究
一、管道应力分析方法1.管道静态分析管道静态分析是指管道受静载荷作用下的受力分析，包括重力载荷（管道自身、保温及管道内介质重量）、压力载荷（管道介质压力）、管道偶然载荷（风、浪等作用）及位移载荷（管道热应力及附加移位作用）。
管道静力划分为一次应力、二次应力及偶然应力。
以上三种应力一般称为规范应力。
一次应力：由于压力、重力及其他外力载荷的作用产生的应力，它是平衡外力载荷所需的应力，随外力载荷的增加而增加。
一次应力的特点是无自限性，即当管道内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变机构时，即使外力载荷不再增加，管道仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。
2.管道动态分析管道动态分析是指管道受动载荷作用下的受力分析，动载荷指随着时间迅速变化的载荷，管道系统不足以瞬间将其分散，产生不平衡载荷，使管道发生运动。
其中包括地震、水锤、气锤、振动、安全阀泄放反力等。
动态分析的内容包括：管道固有频率分析，冲击载荷作用下的管道应力分析，管道强迫振动响应分析，往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析及往复压缩机（泵）脉动分析。
往复压缩机（泵）的相关分析是为了防止气柱共振和控制压力脉动，防止造成系统共振，此项工作一般由压缩机（泵）厂家进行计算校核。
管道固有频率分析目的是防止管道系统的共振，管道系统的固有频率往往要避开设备的运行频率以免发生共振，一般而言频率高的管道不易发生振动，使管道固有频率高于某个值，以达到不发生共振的条件。
二、管道应力分析内容1.设备管口载荷评估在设备校核过程中，按校核方法分为静设备和动设备。
对于静设备，当管道的作用力过大时，会造成设备管口变形、法兰泄漏，通常做法是对不同温压等级的设备管口规定相应的许用载荷，分析过程中计算荷载不超过许用荷载。
对于动设备，当管道反力过大时，会造成转动设备转子不对中、转子与定子之间间隙过大、设备振动磨损、噪音过大等问题。
常见的动设备有汽轮机、离心泵、压缩机及透平，其管口校核应遵循相关标准或制造商标准，校核内容相对静设备会更复杂，不仅有管口受力及力矩的校核，还包含进出口的联合校核。
管道应力
► 3、应力增大系数：在疲劳破坏循环次数相同
的情况下，作用于直管的弯曲应力与作用于 管件的名义弯曲应力之比 ► 4、柔性系数：将同一弯矩作用于管件和直管 后，管件的位移与直管的位移之比。考虑柔 性系数的目的是在计算中对管件柔性增大的 现象做出更加合理的模拟。
1、管道柔性设计的目的： 管道柔性设计的目的： ► 管道柔性设计的目的是保证管道在设计条 件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷 缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等 原因造成下列问题： ⑴ 管道应力过大引起的金属疲劳或因管道推力 过大造成支架破坏； ⑵ 管道连接出产生泄漏； ⑶ 管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备 产生过大的应力或变形，影响设备正常运 行；
装置内：管道固有频率不低于4Hz； 装置内：管道固有频率不低于4Hz； 装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。 装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
L 2 = 0 .1 [σ ] t W q
（不考虑内压）
L 2 = 0 . 071
[σ ] t W q
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。 L1和L2两者之间的小值。
二、 管系的应力分析
1、管道应力分析的目的： ⑴ 使管道的应力在规范允许的范围内； ⑵ 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的 标准； ⑶ 计算出作用在管道支吊架上的载荷； ⑷ 解决管道动力学问题； ⑸ 帮助配管优化设计；
2、管道上常见的载荷: 、管道上常见的载荷: ⑴ 压力载荷； ⑵ 重力载荷； ⑶ 位移载荷； ⑷ 风载荷； ⑸ 地震载荷； ⑹ 瞬变流冲击载荷； ⑺ 机器振动载荷； ⑻ 压力脉动载荷； ⑼ 两相流脉动载荷；
► 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一些
书、手册列出了根据上述方法计算得到的连 续敷设管道的允许跨距。如《 续敷设管道的允许跨距。如《石油化工装置 工艺管道安装设计手册》 工艺管道安装设计手册》。 ► 一些特定布置情况下的管道允许跨距： SH3073《石油化工企业管道支吊架设计规范》 SH3073《石油化工企业管道支吊架设计规范》 则要求管道的弯管部分两支架间管道的展开 长度不得大于水平直管基本跨距的0.6~0.7倍。 长度不得大于水平直管基本跨距的0.6~0.7倍。
管道应力分析和计算..
管道应力分析和计算
目次
1 概述
1.1 管道应力计算的主要工作
1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法
1.4 管道荷载
1.5 变形与应力
1.6 强度指标与塑性指标
1.7 强度理论
1.8 蠕变与应力松弛
1.9 应力分类
1.10 应力分析
2 管道的柔性分析与计算
2.1 管道的柔性
2.2 管道的热膨胀补偿
2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算
2.6 冷紧
2.7 柔性系数与应力增加系数
2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算
3.1 管道的设计参数
3.2 钢材的许用应力
3.3 管道在内压下的应力验算
3.4 管道在持续荷载下的应力验算
3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算
3.7 力矩和截面抗弯矩的计算
3.8 应力增加系数
3.9 应力分析和计算软件。
管道应力与弯矩公式
管道应力与弯矩公式一、管道应力公式1.应力介绍管道应力是指管道中的内外力作用在管道单位面积上产生的应力。
根据力学原理，管道应力可分为轴向应力、周向应力和切向应力。
-轴向应力：即沿着管道轴线方向作用的应力，可以是拉应力或压应力。
-周向应力：即垂直于管道轴向方向作用的应力，通常是均匀的。
-切向应力：即沿着管道轴的切面方向作用的应力，主要是由弯曲引起的。
2.压力应力公式对于内外径较小的管道，其中流体压力几乎沿着周向均匀分布，可以使用以下公式计算管道的轴向应力和周向应力。
-轴向应力（法向应力）：σ=（PD）/2t其中，σ为轴向应力（法向应力），P为管道内部或外部压力，D为管道外径，t为管道壁厚。
-周向应力（切向应力）：τ=（PD）/4t其中，τ为周向应力（切向应力），P为管道内部或外部压力，D为管道外径，t为管道壁厚。
3.弯曲应力公式管道在使用过程中常会受到弯曲力的作用，因此需要计算弯曲应力。
常用的弯曲应力公式有以下两种形式。
-弯矩法：σ=（Mc）/t其中，σ为管道弯矩引起的应力，M为管道上的弯矩，c为管道截面位置离中性轴距离，t为管道壁厚。
-斜率法：σ = （Myc）/ I其中，σ为管道弯矩引起的应力，M为管道上的弯矩，y为管道截面位置离中心轴距离，I为管道截面抵抗弯曲形变的特性，也被称为截面惯性矩。
二、弯矩公式1.弯矩简介弯矩是指管道上由于外力作用而引起的弯曲形变。
弯矩大小与外力的大小和作用点处距离管道支承位置的距离有关。
-弯矩大小与力的大小成正比。
-弯矩大小与力臂（作用点到管道支承位置的距离）成反比。
2.弯矩计算公式计算弯矩需要以下两个参数：加载力和力臂长度。
-弯矩公式：M=F*d其中，M为弯矩，F为加载力，d为力臂长度。
在实际应用中，弯矩的大小与弯曲形变有关，在管道设计中需要根据工作条件和载荷确定合适的弯矩系数。
三、应力与弯矩的应用1.管道设计：利用应力与弯矩公式可以计算管道受力情况，确定合适的管道材料和尺寸，保证管道的安全性能。
管道一次应力和二次应力
管道一次应力和二次应力管道一次应力和二次应力，这听起来像是工程师的秘密语言，其实呢，咱们可以把它简单化。
想象一下，管道就像一根不爱运动的“懒汉”，偶尔被拉扯，偶尔被压迫，心里总是觉得有点不舒服。
一次应力嘛，简单说，就是管道在工作过程中，因为流体的压力或者温度变化而产生的应力。
这就像你在炎热的夏天，突然喝了一口冰水，身体猛地一颤，那种瞬间的感觉，就叫一次应力。
管道也是如此，流体经过时，压力增大，管道的材料就会受到影响，必须保持“镇定”，否则就可能会“开口”了，哈哈。
然后呢，咱们再聊聊二次应力。
这个就像你上班时，突然接到一个临时任务，虽然你本来只是想安安静静地完成自己的工作。
二次应力就是管道在固定支座处、弯头或是接头等地方产生的额外应力。
想象一下，你的腰因为长时间坐在椅子上而开始酸痛，那种不适感就是二次应力在作怪。
管道在承受一次应力的时候，某些位置由于结构的限制和力的作用，就容易“出问题”。
这时候，如果不加以关注，管道就可能出现裂缝或者变形，真是让人头疼。
管道的设计就像是烹饪一道美味的菜肴，得掌握好火候。
工程师们要在设计之初，就要考虑到这两种应力。
就像一个厨师得考虑到食材的新鲜和烹饪的时间，过火了就糊了，过冷了又不熟。
管道设计需要用到很多理论知识，涉及到材料力学、流体力学等等。
听上去复杂得让人头皮发麻，其实只要认真研究，细心琢磨，就能把这“美味”给做好。
为了让管道能够更好地承受应力，工程师们常常会选择一些耐高温、耐腐蚀的材料，确保在各种极端环境下，管道依旧坚挺。
说到这里，咱们不得不提到管道的检测和维护。
就像你去医院体检，检查一下身体状况，管道也需要定期“体检”。
它们可能在你不知道的情况下，悄悄地积累了很多问题。
通过一些先进的检测手段，比如超声波检测、X射线检测，工程师们就能“看”到管道的内部情况。
发现问题的时候，及时处理，就能避免更大的损失。
想想看，要是管道出现了泄漏，那可就麻烦了，损失可不是一笔小数目，真是让人心疼。
管道应力基础知识
管道应⼒基础知识3 管道应⼒3.1 ⽯油化⼯管道应⼒分析常⽤规范、标准有哪些？答：⽯油化⼯管道应⼒分析常⽤规范、标准有：(1)《⼯业⾦属管道设计规范》（国标报批稿）；(2)《⽯油化⼯企业管道柔性设计规范》（SHJ41-91）；(3)《⽯油化⼯企业⾮埋地管道抗震设计通则》（SHJ39-91）；(4)《⽯油化⼯企业管道设计器材选⽤通则》（SH3059-94）；(5)《⽯油化⼯企业管道⽀吊架设计规范》（SH3073-95）；(6) 化⼯管道设计规范（HGJ8-87）；(7) 化⼯部设计标准《管架标准图》（HGJ524-91）。
3.2 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。
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—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。
动⼒分析包括：(1) 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（泵）⽓（液）柱频率分析—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。
3.3 管道上可能承受的荷载有哪些？答：管道上可能承受的荷载有：(1) 重⼒荷载，包括管道⾃重、保温重、介质重和积雪重等；(2) 压⼒荷载，压⼒荷载包括内压⼒和外压⼒；(3) 位移荷载，位移荷载包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、⽀承沉降等；(4) 风荷载；(5) 地震荷载；(6) 瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压⼒冲击；(7) 两相流脉动荷载；(8) 压⼒脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产⽣的压⼒脉动；(9) 机械振动荷载，如回转设备的振动。
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二、管道应力分析专业常用的标准规范
1、GB50316-2000《工业金属管道设计规范》 2、GB/T 20801 《压力管道规范 工业管道》 3、HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 4、SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 5、GB150《钢制压力容器》 6、JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 7、JB/T8130.2-1999 8、GB 50251-2003 9、GB 50253-2003 《可变弹簧支吊架》 《输气管道工程设计规范》 《输油管道工程设计规范》
振源
阻力、流速、流向变化 — 异径管、弯头、 阀门、孔板等附近产生激振力 共振 — 激振力频率等于或接近管线固有频 率
b) 机器动平衡差——修改基础设计
c)减少脉动和气柱共振的方法：
1)加大缓冲罐 — 依据API618计算缓冲罐的体积，一 般为气缸容积的10倍以上，使缓冲罐尽量靠近进出 口，但不能放在共振管长位置。 2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。 3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。 孔径大小： V气体流速 d 4 U,U V介质内的声速 D
序号 大 分 类
小分类 (1)刚性支吊架
用 途 用于无垂直位移的场合；
1
承重管架
(2)可调刚性支吊架 用于无垂直位移，但安装误差要求 严格的场合； (3)可变弹簧支吊架 用于有少量垂直位移的场合； (4)恒力弹簧架 (5)固定架 (6)限位架 (7)轴向限位架 (8)导向架 用于垂直位移较大或要求支吊点的 荷载变化率不能太大的场合； 用于固定点处，不允许有线位移和 角位移的场合； 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； 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
(L U )2
208 . 3
(4)应力分析
静力分析(含疲劳分析、风载荷及地 震载荷分析、安全阀泄放载荷分析) 动力分析
A、静力分析包含的内容 a) 一次应力计算及评定 — 防止管道塑性变形破坏. b) 二次应力计算及评定 — 防止疲劳破坏。 c) 设备管口受力计算(及评定) — 防止作用力太大， 保证设备正常运行。 d) 支承点受力计算 — 为支吊架设计提供依据。 e) 管道上法兰受力计算 — 防止法兰泄漏。 f) 两相流及液击冲击载荷计算 — 为支吊架和结构 设计提供依据。
⑵ 壁厚计算 A、当
B、当
D0 P t 且 0 . 385 时 6 t PD 0 t 2 t 2 YP
t D0 6 或 P
0 . 385 时 t
t 的确定应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性等
因素综合考虑确定（注意：教材上的公式与这个不同）。 C、外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。 D、其它的管件(如Y型三通、孔板等)依据相应的规范(GB503162000，GB/T 20801，ASME B31.3等)公式进行计算。
n ，n＝压缩机台数
支耳标高确定
(5)卧式容器固定端及立式设备支耳标高确定 — 提高管 道柔性，减小位移量，防止对设备管口的推力过大。 ⑹支管补强计算 — 降低局部应力 — 等面积补强 — WRC329
⑺ 动设备管口许用荷载校核 — API 610;API 617; NEMA SM 23; API 661。 a）管道计算 (8)夹套管 b）端部强度计算
四、管道支架设计 1、管道支架的分类及定义 按支架的作用分为三大类：承重架、限制性支架和减振 架。 1）承重架 : 用来承受管道的重力及其它垂直向下载荷的 支架(含可调支架)。 a ）滑动架：在支承点的下方支撑的托架，除垂直方向 支撑力及水平方向摩擦力以外，没有其他任何阻力。 b）弹簧架：包括恒力弹簧架和可变弹簧架。 c ）刚性吊架：在支承点的上方以悬吊的方式承受管道 的重力及其他垂直向下的荷载，吊杆处于受拉状态。吊架 d）滚动支架：采用滚筒支承，摩擦力较小。
1、初步设计、基础设计阶段 ⑴ 编制工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签 署)； (2) 参加设备布置工作； (3) 对主要管线的走向进行应力分析和评定。
2、详细设计阶段 ⑴ 编制（修订）工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签署)； ⑵ 重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析； ⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表 静力分析 ⑷ 应力分析 动力分析 ⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定； ⑹ 支管补强计算； ⑺ 动设备许用荷载校核(四级) (三、四级)；
2 限制性管架
3
减振支架 (9)减振器
2、管道跨距及导向间距 1）管道跨距 — 强度及刚度两项控制 强度控制 — 略 刚度控制 — 装置内δ≤13mm，装置外25 mm 2）导向间距： a）水平管 b）垂直 垂直管道的最大导向支架间距大致可按不保温管 充水的水平管道支架间距进行圆整。
DN（INCH） 1 11/2 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24
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； ⒀ 编制管架表； ⒁ 绘制非标管架图； ⒂ 编制管架综合材料表； ⒃ 编制特殊管架采购MR文件及相关技术数据表； ⒄ 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件及技术数据表； ⒅ 管架施工安装说明
(2)通常W1应在W0（压缩机的吸入或吸出频率）的1.2 倍以上，设计时最好控制在1.5倍以上。
振幅
(3)激振力频率 W n 缸数 单( 双 )作用数 (1 / 秒 ) 0 60 n = 转/分 — 压缩机转数
(4)控制压力脉动
P ≤76Kg/cm2 76 ～176 Kg/cm2 ﹥176Kg/cm2 注：f＝ 压力脉动值δ 4％ f 3％ f 2％ f
d 0 .3 ~ 0 .5 D 孔板厚度=3～5mm 孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。 改90。为弯头45。弯头。 e)改变（提高）管线的固有频率，使其远离激振力频率。 (1)共振区域 β— 放大因子 W1— 固有频率（角频） W0 — 激振频率（角频） 通 常 W1 应 避 开 0.8W0 ~1.2W0 的区域，在工程中 最好避开 0.5W0 ~1.5W0的 范围，这样振幅较小。
H MAX. SPAN（m） WATER WATER+INSUL 4 3 4.5 3.5 5.5 4.5 6.5 5.5 7.5 6.0 8.0 6.5 9.0 7.0 10.0 8.0 11.0 9.0 12.0 10.0 12.5 10.0 13 10.0 13.5 11.0 14.0 12.0 15.0 13.0
⑶ 临界管线表
应力分析 管线 非应力分析 公式法：
D0 Y
计算机计算(BY COMPUTER） （350°C) 简单手算(公式法、图表法) (BY FORMULA) 目测法(BY VISUAL)
C
D(固定)
B D0 — 管外径(mm) Y — 管段总位移(mm) A(固定) Y=(ΔX2+ΔY2 +ΔZ2)1/2 L — 管段两个固定点的展开长度(m) (AB+BC+CD) U — 管段两个固定点的直线距离(m) (AD间的直线距离) (依据ASME/ANSI B31.1及B31.3) 公式的适用范围
2）限制性支架：用来阻止、限制或控制管道系统位移的 支架(含可调限位架)。 a）导向架：使管道只能沿轴向移动的支架，并阻止因弯 矩或扭矩引起的旋转。 b）限位架：限位架的作用是限制线位移。在所限制的轴 线上，至少有一个方向被限制。 c）定值限位架：在任何一个轴线上限制管道的位移至所 要求的数值，称为定值限位架。 d）固定架：限制管道的全部位移。 3）减振架：用来控制或减小除重力和热膨胀作用以外的 任何力(如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部荷载) 的作用所产生的管道振动的支架。 减振架有弹簧及油压和机械三种类型。
3、各文件应包含的内容： ⑴ 工程规定内容 A、适用范围； B、概述； C、设计中采用的标准规范； D、计算程序(软件)； E、计算温度、压力、环境温度（计算时采用的基础温度）； F、计算荷载 — 风压值（风速）； — 地震烈度（水平加速度）； — 雪荷载； — 土壤的力学性质； G、临界管线表的确定准则（哪些管线该做哪类的应力分 析）； H、计算及安全性评定准则； I、应力分析工作流程。 J、其它
⑿设备管口荷载及预焊件条件 — 供设备专业校核 局部应力和设计用 设备管口承载能力表 ⒀、⒁、⒂、⒅略
插图
⒃编制特殊架采购MR文件及相关技术数据表 — 选 型、荷载、位移、刚度等 对于弹簧架： 串联— 按最大荷载选弹簧，位移按最大位移量分配 并联— 选同型号弹簧、荷载平均分配 荷载变化率 — 国标≤25％（可改变） (17)编制柔性件（膨胀节、软管等）采购MR文件及 柔性件技术数据表
13、ASME/ANSI B31.8 14、API610 16、API617 17、API618 18、API661 -----
离心泵 -离心式压缩机 往复式压缩机 空冷器
15、NEMA SM23
19、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜
三、工程设计阶段管道应力分析专业的任务
10、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
11、ASME/ANSI B31.3 12、ASME/ANSI B31.4
Process Piping Liquid Transmission and Distribution piping systems Gas Transmission and Distribution piping systems 透平