管道应力分析孙学军
压力管道审核人员取证培训-管道应力分析和柔性设计
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、设计温度、压力、安装温度(环境温度); F、设计荷载 — 风压值; — 地震烈度; — 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
12、ASME/ANSI B31.8 13、API610 15、API617 16、API618 17、API661 -----
离心泵
14、NEMA SM23
--
透平
离心式压缩机 往复式压缩机 空冷器
18、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
管道应力分析和柔性设计 专题
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一、管道应力分析专业的职责
1、应力分析(静力分析、动力分析); 2、对重要管线的壁厚进行计算,包括特殊管件的应力分 析; 3Байду номын сангаас对动设备(机泵、空冷器、透平等)管口受力进行校 核计算; 4、编制管架标准图和特殊管架设计; 5、审核供货商文件; 6、编制、修改相关规定; 7、编制应力分析及管架设计工程规定; 8、相关人员的专业培训; 9、进度、质量及人工时控制 ; 10、参加现场技术服务;
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。
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。
caesarII高温高压管道应力分析有关
CAESARⅡ是把管道看做一个梁单元来结算的,但是对于大管径的管道,D/T>100的,属于壳单元,应力是有偏差的,此时应该注意如下问题。
高温高压管道应力分析可分为:静态分析和动态分析,目前我们所进行管道分析都为静态分析。
1、管线温度2、管道的长度3、管道的直径4、管道材质(考虑到膨胀系数)5、介质的流速6、管道上的附件数量(如阀门、弯头数量这些都要影响压力降)7、当地气候环境(如风载和温度)8、保温材料的厚度。
9、介质的状态(如液态是否在流动过程中是否要气化)10、介质的种类,是几相流,下面就刚问管线来说明,就上次你问的管道漏分析原因Nui也可以在下面找到;谢谢!高温高压管道系统静力分析需要将诸如计算条件(温度、压力等)、管子材料特性(杨氏弹性模量、线膨胀系数、基本许用应力等)、管子尺寸(直径、壁厚、长度)、空间走向、约束方式等作为基本数据输入计算机。
这些数据沿管道有所变化,在发生变化的地方设立节点。
这样,整个管系就被划分为若干个单元,每个单元由两个节点组成。
CAESAR II采用逐个单元输入的方法,单元的输入以填表的方式完成。
CAESARⅡ软件程序一般按三维考虑即x、Y、z三个方向,程序一般将第一个节点坐标定为(0,0,0)。
CAESARⅡ程序对输入的管道形状均有图形显示功能,如果在输入的数据中有错误,很快就可以发现。
图形显示一般包括下列要项:节点的编号和位置,管道的外径;管道的壁厚,管道的长度;支吊架对管段的约束,支吊架的位置;固定点的位置;保温材料的厚度;管道承受的集中载荷和均布荷载(珠光砂载荷);管道材料的种类;刚性元件等。
首次输入经过错误检查后,管模型分析的第一步是定义静态工况,高温高压管道上可能承受的荷载有:重力荷载,包括保温材料重、管道的自重、介质重等;压力荷载,位移荷载,包括管道热胀冷缩位移、支撑沉降、端点附加位移等;地震荷载;风荷载;瞬变流冲击荷载,如安全阀起跳或阀门的快速启闭时的压力冲击;压力脉动荷载;两相流脉动荷载;机器振动荷载,如回转设备的振动。
如何正确分析化工管道设计中的管道应力
如何正确分析化工管道设计中的管道应力发布时间:2023-02-22T03:29:50.660Z 来源:《科技新时代》2022年第10月19期作者:刘曙光[导读] 由于最近这些年我国化工行业化工管道的需求量在不断的加大,所以化工行业的管道设计水平也有了提高,不少的化工工厂在进行化工管道设计的过程中都会进行管道应力分析。
刘曙光中国电建集团山东电力建设有限公司山东济南 250102摘要:由于最近这些年我国化工行业化工管道的需求量在不断的加大,所以化工行业的管道设计水平也有了提高,不少的化工工厂在进行化工管道设计的过程中都会进行管道应力分析。
可以这么说,化工管道的应力分析是整个化工管道设计的基础所在,在化工管道设计的过程当中只有充分掌握其管道应力,才可以确保整个化工管道设计流程的正确实施。
化工管道设计过程当中的管道应力分析,能够帮助化工企业节约项目成本,提高化工项目的效益以及经济收益,而也就是为什么现如今我国越来越重视化工管道应力分析的主要原因。
关键词:化工管道;管道设计;管道应力在设计化工管道时,化工管道的设计人员一定要将化工管道的应力分析放在首位。
要知道分析管道应力并不是最终的目的,进行管道应力分析的主要目的就是通过得出来的数据结果,合理的投入到化工管道的设计中,确保化工管道设计的质量,使整个化工管道得以正常运行。
1化工管道设计基本涵义作为化工工程设计过程的其中一项,化工管道设计的相关项目必须进行运行前期的准备,通过对化工管道的严格设计,才能保证该工程项目的顺利完成。
因此通常在化工管道的设计中,选用质量高的管道材料进行配管设计,这种高质量的管材具有极强的安全保障性能,同时在实际运行中,这类优质管材受客观影响因素的风险率较小,对于常见的热胀冷缩和荷载等问题,能够具有一定的可抗性。
但由于化工管道的负荷常常超载,会使管道产生最大应力,也就是超出极限的塑料变形情况,由于管道内的温度难以准确控制,故管道产生松弛、变形等,也是常见的管道应力现象。
石油化工管道设计中基于应力分析的柔性设计
3161 石油化工管道设计中的应力分析(1)管道应力的形式。
一次应力是管道受到重力、压力及其他外部荷载而产生的应力。
一次应力会平衡这些外部荷载,其大小并与外部荷载成正相关。
没有自限性是一次应力的主要特征之一,即当管道受力达到屈服极限,即使不再增加外部荷载,管道它仍继续发生明显的塑性变形,直至发生破坏。
二次应力由管道变形受到约束而产生,起因为管道温度变化造成的形变以及端点位移引起。
与一次应力不同,二次应力具有自限性,当局部变形就可以使管道维持协调状态,管道将不再继续发生形变。
(2)应力分析的分类。
应力分析分为静态和动态两种形式。
静态分析的对象主要为管道受到的静态荷载,即管道自身重力、管道温度变化引起的形变等不随时间发生变化的载荷。
而动态分析的对象通常包括管道由动态设备、两相流、地震引起的振动等。
(3)应力分析的目的。
本文以静态分析为主,旨在分析管内流体相对稳定状态下的管道应力状态,通过优化是管道、设备及支架受力满足设计要求,符合相关标准和规范,保证管道、设备及结构安全。
通过模拟,分析并优化各种工况下的应力状态,使得管道及管件满足其许用应力,法兰垫片符合其温压曲线,设备管口满足其需用载荷,保证管道与设备的安全。
同时,应力分析为管道相关的结构向相关专业提供相应的数据,相互协作并优化设计,以保证结构的安全性。
其次对管道位移进行分析,防止由于位移过大导致的管托滑脱和管道碰撞,并对弹簧支吊架的选择和使用提供相应的参考依据。
其次,还应考虑注意动设备,应有效地设置弹簧支吊架、固定支架、软连接等以减少其振动造成的影响,并通过优化支架,管道走向等避开管道共振频率。
最后在具体工作中根据实际情况,还应注意地震、风荷载、雪荷载等偶然载荷的影响,保证生产安全。
2 应力分析基础上的柔性设计(1)柔性设计的作用。
对于管道和其相连设备、结构,管道的温度变化引起的形变、设备引起的管口位移以及结构沉降产生的位移等都会产生相应作用力。
解读如何正确分析化工管道设计中的管道应力
2019年09月系列的特有装置中应用合成氨工艺技术不仅能够保证原有的生产质量,还能够在此基础上能够进一步提升其次产出量,使得其产出率得到有效的提升。
如果在生产中使用天然气等清洁资源作为燃料,其对原料的耗费缩减工作很难展开,获得的效果也不够理想;如果选择油、特有的煤材料作为生产原料,对这类原材料的耗费缩减工作还有较大的空间。
但是,要想对这类装置进行开发,就需要明确该产出的所有程序,尤其需要对其中的关键环节进行设定,保证其中的设备符合其中特定的规格需求。
3.2实现对原料构架的替换在合成氨工艺技术的发展中,在原料构架的代替方面,在未来的发展中不仅可以应用“油改煤”的方式,还可以应用“油改气”的方式,其中“油改煤”只需要侧重研究的方面。
在当前的产出路径在多联产的发展态势下,还需要将合成氨工艺技术的程序内的再加工技术衔接起来,这样就能够实现对原有的原料架构进行替换。
为了在合成氨工艺技术的必备装置中凸显竞争实力,还必须要使得原料结构更加具备其经济性。
在当前的世界经济发展中原油供应量正在逐渐递减,这种趋势在未来的经济发展中也会一直持续下去,会逐渐出现原油短缺的问题。
为了能够较好的应对未来社会经济发展中出现的能源短缺问题,就必须要实现对原料构架的替换,选取更加合理的替换原料。
3.3促进洁净生产的进一步发展在当前的社会发展中,社会的各个行业都提出要实现生态、自然、绿色、可持续发展,因此在这样的社会发展趋势发展下,还需要进一步促进洁净生产,这也是未来合成氨工艺技术发展的必然去的时候。
因为在合成氨产出的过程中会夹杂一定的废物与污染物,还会产生各种各样的副产品。
在未开的合成氨工艺技术发展中,要进一步控制与缩减各类废物的产出,在合成氨产出中逐渐实现“零排放”“零污染”,使得生产的洁净性、可持续得到有效的发展[4]。
4结语总而言之,当前的会经济发展的过程中消耗的能源与资源越来越多,要想实现可持续发展,还必须要尽可能的降低生产中的能耗。
LNG液化冷箱内低温管道应力分析
LNG液化冷箱内低温管道应力分析【摘要】基于管道有限元基本理论,结合LNG液化冷箱内管道应力分析的实例,根据相关规范,分析了包括自重、冷缩、地震及风载作用在内的低温管道存在的荷载作用,并结合实际的荷载工况组合,对管道系统进行了安全性评定,并给出对该类管道系统进行应力分析可采取的切实可行的建议。
【关键词】管道应力分析;有限元;荷载组合1.前言近几年我国液化天然气(LNG)装置发展突飞猛进,作为液化冷箱在整个装置中起到至关重要的作用,而液化冷箱中低温管道的正确应力分析,是确保整个装置处于安全使用的一项关键设计环节。
本文依据《ASME31.3工艺管道设计规范》、《GB/T 20801.3-2006工业管道—设计规范》,利用CAESARⅡ有限元软件对该液化冷箱低温管道应力分析,下面进行阐述说明:液化冷箱主要构成部分:(1)冷箱框架;(2)珠光砂;(3)板翅换热器;(4)分离罐;(5)管道;(6)道支吊架。
下面进行管道分析,管道静力分析需要完成下列任务:(1)计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求,保证管道的自身的安全。
(2)计算管道对与其相连设备的作用力,并使之满足标准规范的要求,保证设备的安全。
(3)计算管道对支吊架的作用力,为支吊架的设计提供依据,保证支吊架的安全。
(4)计算管道的位移,防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞,并为弹簧支吊架的选用提供依据。
在板翅换热器支架以上的各管道为常温管道,所以只考虑一次应力即可,在直径较大的管道上可采用支吊架防止一次应力超标,本文对此类管道就不在加以说明。
在冷箱内比较重要的管道为低温管道,他不但承受一次应力,还承受二次应力。
管道在-162℃温度下要产生冷缩,二次应力比较大,所以管道要有足够柔性。
以管道Ⅰ为例:LMR-4100-100-F3 管道直径;?120X10,压力:2.5Mpa(G)温度:-162℃材质:铝合金5083节点40—节点600为Y轴节点50—节点30为Z轴节点50—节点60为X轴在工作温度为-162℃下,冷箱内设备都产生冷缩,节点600与分离罐管嘴相连,经计算,节点600在Y轴方向位移5mm。
管道局部应力分析及工业应用研究
管道局部应力分析及工业应用研究随着工业化的发展和能源需求的不断增加,管道系统在工程领域中成为了不可或缺的组成部分。
而管道在进行运输、输送等工作中,受到的复杂外部和内部载荷,使得管道的应力分析显得尤为重要。
管道的应力分析可以帮助工程师们规划和设计符合各种工况及使用要求的管道系统,保证其安全有效运行。
因此,管道局部应力分析及其工业应用研究成为了一个热门话题。
管道应力的来源有很多,例如外载荷和内部压力等,但其中局部的应力问题是工程师们最为关注的。
在管道使用过程中,通常会发现一些断面处的纵向应力异常大,受力集中的情况严重影响管道的强度和使用寿命。
对于这些局部应力问题,需要进行专门的分析和研究。
目前,关于管道局部应力分析的研究包含两个主要方向,即仿真和实验。
仿真方向主要是利用计算机有限元软件对管道进行建模和应力分析,可以较为准确地预测、模拟管道偏转和变形,在管道设计和检修中有着广泛应用。
而实验方向则是通过试验室测试,使用压力、弯曲等方法测试管道的表面和断面应力,并分析其应力机制。
实验结果对确定管道的强度极其重要,可以用来验证理论计算的准确性,保障管道的安全可靠性。
关于局部应力问题的研究,在国际上也有大量的相关研究成果。
例如,一些研究表明,管道在两个法兰间连接处的局部应力问题是非常普遍的。
因此,研究者们提出了一些解决方法,如增加端部的加强筋,采用特殊的材料或者设计更坚固的法兰头等,以减少管道在这一区域的应力集中问题。
另外,一些研究者还从管道斑马线应力入手,进行了深入研究,提出了管道变截面、减径弯头等文献中罕见的加强防护措施,有效地提升管道的强度和安全性。
工业领域中的管道局部应力问题也是一个不容忽视的问题。
一些行业对管道局部应力问题进行了详细研究,并为不同行业提供了合适的解决方案。
例如,在石油行业中,管道应力问题十分常见,为了提升管道的安全性和稳定性,研究者们提出了一些改进设计方案,如结合多种工艺方法加强加强管道的强度、增加管道的支撑和固定力等。
管道应力分析中几个问题的探讨
管道应力分析中几个问题的探讨摘要:在进行管道设计时,首先要考虑满足工艺要求,还应使管道的设计既经济合理又安全可靠,管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。
针对相关规范的理解和支架设计技巧,结合长期的设计经验和应力分析理论,提出了管道应力分析相关需要注意的几个问题。
关键词:管道应力;安装温度;弹簧设计;汽轮机;再沸器;偶然工况Zhou Xiaobing, Fei Ke(China Wuhuan Engineering Co.,Ltd, Wuhan Hubei 430223)Abstract::, Pipeline design should firstly meet the process requirements, also should be economical,reasonable,safe and reliable, pipeline stress analysis is the means and methods to achieve this goal. According to the understanding of related codes and stress analysis theory, combined with the experience in the piping arrangement and support design, the author presents some issues about piping stress analysis.Key words: Pipeline stress; ambient temperature; Spring design; turbine; reboiler; Occasional case一、管道应力分析中如何定义安装温度国内工程公司管道应力分析专业通常规定:管道应力分析的安装温度,依据建设项目所在地的气象环境和安装时间及业主的特殊要求来确定,如无特殊规定,则管道安装温度取21℃。
如何正确分析化工管道设计中的管道应力
如何正确分析化工管道设计中的管道应力作者:应辉来源:《E动时尚·科学工程技术》2019年第04期摘要:管道应力分析,是化工设管道设计过程中尤为关键的一环,而就其中的化工管道设计而言,其又是整个化工工厂设计中一个十分重要的组成部分,因此,为了以一种更为清晰、明了的方式将化工设计中的管道应力分析相关方面为相关读者呈现出来,本文将紧紧围绕着化工设计中管道应力分析这一中心主题,对管道应力的类型、管道应力分析的主要内容、应力分析管道的类型、检测方法以及管道应力的校核规范,管道应力分析软件的选择等几个方面的内容进行阐述和说明。
关键词:化工设计;管道设计;应力分析1 应力的分类管道在持续外载、内压以及热胀、冷缩和其它位移等载荷作用下,其最大应力往往超过材料的屈服极限,从而使材料在工作状态下发生塑性变形,另外高温管道的应力松弛和蠕变,也将使管系上的应力状态发生变化。
对于不同种类的应力应当区别对待,根据它可能产生的效应和对于破坏所起的作用不同,给与不同的限定。
管道上的应力,一般分析一次应力、二次应力和峰值应力三类。
众所周知,一次应力(PrimaryStress)是指由于外加荷载,如压力和重力等的作用而产生的应力。
对于一次应力,其特点是:满足与外加荷载的平衡关系,随外加荷载的增加而增加,且无自限性,当其值超过材料的屈服极限时,管道将产生塑性变形而破坏。
管道承受的介质内压、自重、介质重量等持续外荷载而产生的应力属于一次应力。
一般认为,二次应力(SecondaryStress)是由于管道变形受到约束而产生的应力,它不直接与外力平衡,二次应力的特点就是具有自限性,当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降下来。
二次应力过大时,将使管道产生疲劳破坏。
在管道中,二次应力一般由热胀冷缩和端点位移引起。
对于峰值应力(PeakStress),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。
管道应力分析
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∏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。
低温乙烯装卸船系统管道应力分析
( 南京扬子 石 油化 工设计 工程 有 限责任公 司,江 苏 南京 2 1 0 0 4 8 )
摘 要 :采用应力分析软件 C A E S A R I I 作为管道应力分析的工具,按照先建立管道模型、 再进行应力分析、之后根据分析
结果 修改模型 、重新应 力分 析的步骤 ,逐 步校核管道应力值是否 在许用值 以内。对低 温 乙烯装 卸船系统管道 进行应力分 析 ,以获 得合理的管道布置设计 ,从 而为系统管道投入使用 后的安全运行 提供保 障。
t he a l l o wa b l e v a l u e wa s c h e c k O Ut . The s t r e s s a n a l y s i s o f t h e l o w t e mpe r a t u r e e t h y l e n e l o a d i n g a n d un l o a d i n g p i p i ng
e s t a b l i s h e d i f r s t l y .T h e n mo d i f y i n g t h e mo d e l a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f t h e a n a l y s i s ,g r a d u a l l y p i p i n g s t r e s s v a l u e w i t h i n
浮式生产储油船管道应力分析
% % 浮式生产储油船 ( 以下简称 Y&+( ) 管道特点: 工况复杂、 空间小, 但操作压力和温度不高。笔者就 番禹项目中船体上需要应力分析的管道做简单的讨 论。计算应 用 )8*+8’.. 软 件, 采 用 8+/* Q;<> ; 标准, 安装温度取 "# Z 。
虑正、 负两个方向。风载荷数据见表 < 。
! ! 尽管计算温度不高, 但由于管系在一个橇块中 空间很小、 没有空间加补偿器, 所以作用在设备管口 的载荷很容易超标。将储罐出口模拟成揉性管嘴; 将螺杆泵出、 入口的异径管移至横管上 ( 如图 # 所 示) , 并进行详细模拟; 增加螺杆泵出、 入口处弯头 的曲率半径。模型修改后, 经计算螺杆泵出、 入口的 载荷仍超标。螺杆泵的泵头与电机通过一个型钢底 盘连接成一个整体, 而型钢底盘与型钢基础通过螺 栓连接, 圆孔与螺栓的间隙 #< 1 ::。因此将圆孔改
"! 计算载荷
"# "! 操作载荷 操作载荷包括管道、 流体介质、 管件、 保温材料 等的重力; 压力载荷— — —计算压力取设计压力或根 据工艺有特殊要求的工况确定; 位移载荷— — —管道 及设备热胀、 冷缩造成的位移, 计算温度取设计温度 或根据工艺有特殊要求的工况确定; 摩擦力。 "# $! 瞬时载荷 瞬时载荷包括气体或蒸汽管道的柱塞流作用; 气体管道中安全阀排放产生的反作用力; 管道的蒸 汽吹扫; 阀门开闭、 泵的起停等引发的水锤力。 "# %! 环境载荷 环境载荷包括风载荷、 船体运动载荷、 船体变形。 "# %# " % 风载荷 计算平均海平面 <# I 以上暴露在风中的管道, 风向为船体的横向, 由于船体绕船首转动所以应考
LNG罐区低温管道应力分析
LNG罐区低温管道应力分析摘要:选用应力分析系统对LNG储罐区超低温管道进行应力分析,综合考虑力载荷、温度载荷、工作压力载荷(气体压力)、风载荷、地震灾害载荷和水锤载荷等因素,并根据相关因素。
该规范定义和定义了应力载荷的类型(一次应力和二次应力),并对在上述载荷条件下形成的应力进行分类和校对分析。
分析结果表明,通过管道方向的有效调整,配合弹簧支吊架、冷紧装置等辅助功能,可以消除管道的应力集中,从而达到改善的目的。
管道的物理模型和有效管道。
在进行应力分析时,明确指出当管道支座承受载荷时,一次应力标定的结果将无效,需要重新对管道进行建模,重新标定一次应力.同时,明确提出了随机加载方法。
条件下许用应力的选择方法。
关键词:超低温LNG管道;应力分析;物理模型升级关键词:低温 LNG 管道;应力分析;模型优化储罐是天然气最重要的机械设备。
为了更好的避免储罐跌落造成的管道系统软件安全对于安全隐患,与储罐连接的管道系统软件应足够灵活,并应达到储罐支管的允许承受力调节一般通过在储罐底部支管处安装金属波纹管或补偿器来完成。
当储罐基本含有不均匀地基沉降时,会在储罐和进出口贸易管道中产生二次应力。
管道会产生弯曲变形,因此在建筑工程设计中应采取一定的有效措施,使管道与支管灵活连接,防止刚性连接。
一、应力分析的类型(一) 初级应力初级应力是机械设备在外载荷作用下产生的法向应力和剪应力。
它需要实现外力和内力和扭矩之间的平衡。
其基本特点是:主应力为非弛豫热,且自始至终随着外加载荷的增加而增大。
当管道内的塑性变形区扩展到极限时,即使外力不增加载荷,管道仍会产生不受限制的塑性变形流动性,直至被破坏。
因此,在管道应力分析中,应首先达到允许应力值,主应力为先。
管道承受的气体压力、自重、材料的净重等连续外载荷引起的应力都是初级应力。
(二)二次应力二次应力是由于管束变形引起的法向应力或剪应力,与外力不立即平衡。
特点是:1)管道中的二次应力一般是由偏置载荷(如热变形、附加偏置、安装偏差和振动载荷等)引起的;2)二次应力为松弛热。
高温大直径管道的应力影响分析
高温大直径管道的应力影响分析
刘博;崔琪
【期刊名称】《管道技术与设备》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】高温大直径薄壁管道由于受到径向膨胀的影响,管道易发生塑性变形、泄漏等管道破坏情况.小直径管道的常规应力计算,则对径向膨胀忽略不计.为了解决径向膨胀引起高温大直径管道塑性变形等问题,通过对催化烟气管道的应力模拟与分析,探讨在节点和补偿器建模因素影响下,高温大直径管道应力的变化.结果表明:对于高温大直径薄壁管道,当采用管壁节点时径向膨胀对管道应力的影响较大;当采用复杂补偿器模型时管道节点的位移和约束力改变较大.最后通过数据分析得出采用管壁节点约束可模拟管道径向膨胀和复杂补偿器模型可优化管道应力分析,为高温大直径管道的应力模拟提供参考.
【总页数】4页(P5-7,10)
【作者】刘博;崔琪
【作者单位】海工英派尔工程有限公司,山东青岛266061;海工英派尔工程有限公司,山东青岛266061
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
【相关文献】
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5.高温压力管道供气系统管道布置与应力分析研究 [J], 龚博;罗振伟
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04脉动理论-孙学军
脉动与管道系统相互作用进气侧和排气侧的脉动脉动幅值大于脉动源幅值脉动源表征:幅值和频率5流量正比于转速脉动对脉冲形态78进气侧脉冲:时间长幅值低910与压力、密度、温度有关系忽略热源、重力、摩擦、热传导平面波动方程定义声速c2拉普拉斯:等熵过程标况典型值:压力温度对声速的影响:天然气中的声速其它影响:液滴、可压缩性水中的声速:其它影响:盐度、气泡液体中的气体对声速的影响:16声源向两侧传播波长往复压缩机:离心压缩机:典型截止频率:截止频率通常远高于脉动源频率!绝热压缩系数速度波动量级24对于离心压缩机20m以后入射波和反射波,叠加形成驻波!透射波直径变化处的反射波和透射波:反射系数透射系数无反射硬壁面软壁面小孔分支处的反射主管反射波:支管反射波:无反射/理想反射小孔分支处的反射30反射波例子:大容器脉动衰减器/分离器反射系数:透射系数:32理想管道开端33行波和驻波:34气柱固有频率:开端-开端:闭端-闭端亥姆霍兹共鸣器响应频率:压力脉动源:分支处流体剥离脉动衰减设施:声学响应导致较强大脉动水平(>20),可以通过以下措施减小脉动:减小脉动源通过改变管道布置使脉动源频率和响应频率避开脉动衰减器:从简单的体积单元到内部复杂的隔板、通道和吸声器等39静压降通常小于1%有效衰减脉动取决于:压降、在管系中的位置最佳位置41响应水平取决于:42测试工况: V0 = 0.5 m3, L = 6 meter, p0 = 1 bara43F=40Hz F=20Hz F=86Hz 86Hz脉动衰减效果小;孔板边缘的圆角45。
试论化工管道设计中的管道应力分析_1
试论化工管道设计中的管道应力分析发布时间:2022-01-12T02:33:06.301Z 来源:《现代电信科技》2021年第13期作者:俞荣[导读] 众所周知,管道应力的分析环节是整个化工管道设计环节中的重要组成部分,对应力分析的准确与否,以提升管道的柔韧性,关系到管道设计的安全性,空间布局的合理性,等等。
(南京强思数字科技有限公司江苏南京 210043)摘要:众所周知,管道应力的分析环节是整个化工管道设计环节中的重要组成部分,对应力分析的准确与否,以提升管道的柔韧性,关系到管道设计的安全性,空间布局的合理性,等等。
此外,管道应力分析作为管道设计阶段的重要环节,一定要在管道设计过程中将其分阶段、分深度加入到设计过程中,由此就会使得设计方案更加的完整和全面。
在设计时充分重视应力设计,将更有利于化工管道的设计和发展。
关键词:化工管道;管道设计;应力分析随着我国经济水平快速发展,飞速发展的工业化建设对于化工原料的需求也日益旺盛。
不过,由于化工装置常常具有易燃易爆和高压高温的危险属性,所以化工装置近些年来在相关设备管道的规模以复杂程度也不断提高。
在本文中,作者以此为背景,作者结合多年的化工管道设计工作经验,详细的分析探讨化工设计中的管道应力分析对于管道设计的必要性及其分析方法,希望对相关从业者提供一定的借鉴,进而实现管道设计安全、合理、高质、高效的目的。
一、化工管道设计过程中研究管理应力的必要性(一)保证装置正常运作管道设计的方式和设计思路对于后续使用就显得尤为重要,只有在此前的安全性确保的基础之上,才能更好地将化工设计变得更加牢固可靠。
在实际设计时,对于管道应力的分析一定要确保其振动、刚度和强度的基础上提供科学的使用依据。
因此,管道的应力分析越来越受到相关设计单位施工单位的重视。
同时,这项工作在化工领域占据了重要位置,成为了工程设计的主要内容和管道安全运行的基础保证。
在实际的操作安装过程中,如果管道的设置缺乏系统性科学性,就会使整个装置出现巨大的安全问题。
基于有限元的三通管应力分析与强度评定
在建模上考虑到结构、外载及约束上的对称 性,采用了简化形式,建立了 1 / 4 模型,如图 1 所 示, 在网格划分上采用三维 20 节点六面体单元 solid 95,为了确 保计算 结果 的 精 确 度 ,网 格 应 尽 可能规整、均匀,为此整个模型网格通过一些处 理采用映射划分, 模型中共有 29487 节点, 共有 26688 单元,网格划分如图 2。 在工作温度 292℃, 管道材 料 E=187GPa,泊 松 比 μ=0.3,设 计 应 力 强 度 Sm=123MPa。
4 结论
ASME Ⅷ-Ⅱ《美 国 压 力 容 器 规 范 分 析 》要 求 对计算部位的应力作详细计算,按应力性质影响 范围及分布状况将应力分为一次应力、二次应力 和峰值应力。 对于不同性质的应力给予不同的限 制条件。 由于三通所受载荷并非周期性载荷,故 会产生破坏影响的只是一次应力和二次应力,对 峰值应力的影响可以不考虑,因而只需满足如下 两项应力限制条件。 由材料在工作温度 292℃下 的设计应力强度为 Sm=123MPa,从表 2 可以看出:
/MPa
0
图6
-284
-568
(×10-2) -852 1.136 1.416
-142 -426 -71 -994 1.278
离 内 壁 的 距 离 /m
(a)路径 1 总应力分解结果
(×10-2) -384 -768 1.152 1.536 1.922 -192 -576 -96 1.344 1.728
离 内 壁 的 距 离 /m
第 三 强 度 理 论 等 效 应 力/Pa
内压对管道系统柔性分析的影响
内压对管道系统柔性分析的影响孙学军;赵树炳;程晖【摘要】针对在进行管道应力分析时忽略内压对管道系统柔性的影响,文中对承受内压的管道的轴向伸长进行了推导分析,并结合ASME B31规范说明内压对弯管柔性系数和应力增大系数的影响.结果表明:内压对管道轴向伸长的影响较大,对于壁厚一致的弯管,内压使弯管趋于张开;随着管径的增大和采用高强度钢,内压对弯管柔性系数和应力增大系数的影响增强.对于温度变化范围小的大直径、高强度管道(如长输管道),应考虑内压的影响.对于是否考虑内压对弯管柔性系数和应力增大系数的折减作用,应结合具体的操作工况确定.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P12-14,17)【关键词】内压;伸长;管道;柔性;应力分析【作者】孙学军;赵树炳;程晖【作者单位】中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊065000;中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊065000;中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】TE832内压作用下,管道壁上产生环向应力、轴向应力和径向应力,同时产生轴向和环向伸长。
轴向伸长对管道系统的影响与温度膨胀的影响相同,使柔性不足的管系产生较高的弯曲应力。
内压也会提高弯管的刚度,减小弯管柔性系数和应力增大系数。
然而,大部分管道应力分析专业软件(CAESAR II、AutoPipe等)采用梁单元,不能像三维壳体单元那样直接反映内压的影响,内压对管道的伸长作用和对弯管刚度的影响是通过修改软件的配置文件实现的。
在进行管道应力分析时,通常采用软件的默认设置,忽略了内压对管道系统柔性的影响,这种做法可能导致非保守的应力分析结果。
因此,有必要就内压对管道系统柔性的影响进行讨论。
内压作用下,管道整个内壁承受均布的压力荷载,这个压力荷载在管壁上产生三向应力,如图1所示。
垂直于管壁的径向应力分量与环向应力和轴向应力相比很小,可以忽略不计[1]。
管道应力分析-孙学军_图文
裂纹。)
21
材料的力学性能及强度理论 力学性能:
1.强度极限 2.屈服强度 3.断裂 4.强化阶段 5.局部变形阶段
22
最大拉应力理论:
该理论认为:最大拉应力是引起断裂的主要原因 即认为:无论材料处于什么应力状态,只要最大拉应力达到 单向拉伸时的抗拉强度,材料就会发生脆性断裂。
屈服判据:
强度准则:
应力分析报告
应力ISO图
支撑设计、选型
提交业主 提交现场
8
应力分析管线分类:
9
关键管线表:
10
应力ISO图:
在管道单线图的基础 上增加应力分析的节 点号、约束点的位置 及类型、约束点的位 移量及载荷、备注等 信息。
11
管道受到的载荷、变形及失效形式
管道受到的载荷:
压力 操作压力、试验压力; 温度 重量 活荷载:管内输送介质的重量、测试的介质重量、 由于环境或操作条件产生的雪/冰荷载等。 死荷载:管道重量、保温重量及阀门(含执行机构 )、法兰等管道组成件重量。 位移 设备管口热位移; 基础沉降、潮汐运动、风等作用下在管道连接处产 生的位移; 支撑结构的变形; 压力延长效应产生的位移;
管道应力的校核主要是为了防止管壁内应力过大造 成管道自身的破坏。各种不同荷载引起不同类型的 应力,不同类型的应力对损伤破坏的影响各不相同, 如果根据综合应力进行应力校核可能导致过于保守 的结果,因此管道应力的校核采用了将应力分类校 核的方法。 应力分类校核遵循的是等安全裕度原则,也就是说, 对于危险性小的应力,许用值可以放宽;危险性大的 应力,许用值要严格控制。 应力分类是根据应力性质不同人为进行的,它并不 一定是能够实际测量的应力。
24
最大切应力理论(Tresca准则):
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50000 4000
与60年代相比 增加10倍
1960年与现在相比,一个化工厂和核电厂管道应力分析所需人工时。 数据来源:PIPE STRESS ENGINEERING(L.C. PENG)
为什么?
3
管道应力分析基本理论
主要内容 一.管道应力分析基础知识介绍 二.应力分析标准详解 三.管道跨距计算 四.管道柔性分析 五.管道支吊架设计
34
柔性系数:
表示管道元件在承受力矩时,相对于直管而言其柔 性增加的程度。即:在管道元件中由给定的力矩产生 的每单位长度元件的角变形与相同直径及厚度的直 管受同样力矩产生的角变形的比值。
35
二.应力分析标准详解
ASME B31.1 ASME B31.3 ASME B31.4 ASME B31.8
38
因此,合成轴向应力不大于内压环向应力。合成轴 向应力最大时与内压环向应力相等,此时再依据第 三强度理论有: 由于内压作用下直管壁厚计算公式是薄壁模型,基 于第三强度理论:
B31.1没有包含持续轴向外载产生的轴向应力SAX, 忽略内压径向应力SR,上式变为:
即:
39
偶然应力:
许用应力放大系数K: 1.15--每次作用时间不超过8h,每年不超过800h; 1.20--每次作用时间不超过1h,每年不超过80h;
36
ASME B31.1-2016
持续应力:
没有包含持续轴向外载产生的轴向应力Fax/A; 在计算持续外载弯扭合成力矩产生的持续应力时考 虑0.75i(且不小于1)的应力增大系数;
37
解释: 管道在内压作用下,管壁将产生内压环向应力SHP、 内压轴向应力SLP和内压径向应力SR。由于内压径向 应力较小,通常忽略不计。 在持续外载作用下,将产生持续外载轴向应力SAX、 弯曲应力和扭转应力。由于外载产生的扭转应力较 小,可以认为外载弯曲应力和扭转应力组合的当量 应力方向基本沿管道轴向。 因此,管道在内压和持续外载作用下,管壁上的三 个主应力仍为环向应力、轴向应力(包括内压轴向 应力SLP 、持续外载轴向应力SAX 、当量应力SC)和 径向应力。
43
ASME B31.3-2016
持续应力: ASME B 31.3要求由重量、内压和其它持续载荷所产 生的纵向应力之和SL不超过在操作温度下材料的基 本许用应力Sh,但ASME B 31.3 2010年以前的版本并 没有明确给出纵向应力的计算公式。ASME B31.3在 1985年5月8日的释义4-10中,要求计算纵向应力时考 虑轴向力的作用。因此,一般认为管道纵向应力由 附加轴向外力、弯矩和内压引起,计算公式为:
28
二次应力:
二次应力是由于热胀、冷缩、端点位移等位移荷载 的作用所产生的应力。它不直接与外力相平衡。二 次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。 一般在管系初次加载时,二次应力不会直接导致破 坏,只有当应变在多次重复交变的情况下,才会引 起管道疲劳破坏。但也应该注意,当位移荷载极大, 局部屈服或小量变形不足以满足位移约束条件或自 身变形连续要求时,管道也可能在一次加载过程中 就发生破坏。
40
位移应力范围:
没有区分平面内 和平面外应力增 大系数; 采用最大剪应力 理论.
41
结构安定性条件:
材料的弹塑性应变循环
结构安定性的定义:当荷载在一定范围内反复变化时,结构不
发生连续的塑性变形循环。也就是说,在初始几个循环之后,
结构内的应力应变都按线弹性变化,不再出现塑性变形。为防
止结构发生低周疲劳,结构必须具有安定性。
4
一.管道应力分析基础知识介绍
管道应力分析的目的、范围、内容 管道受到的载荷、变形及失效形式 材料的物理性能及强度理论 基本概念
5
管道应力分析的目的、范围、内容
目的:
✓ 保证管道结构的整体安全 各种设计载荷作用下管道的应力在规范的许用范围 内。
✓ 保证管道系统运行正常 动(静)设备管口载荷符合制造商或公认标准的要 求; 避免法兰等连接件泄露; 避免管道位移量过大,影响其它设备或管道的运行; 避免明显的管道振动。
压力管道设计审批人员培训班 管道应力分析
主 讲:孙学军 电 话: 13722622460 E-mail:281723654@
主办:石油天然气储运技术中心站
主要内容
管道应力分析基本理论 埋地管道应力分析 管道振动分析技术
2
先看一组数据
2000000
与60年代相比 增加500倍
Man-hours
24
最大切应力理论(Tresca准则):
该理论认为:最大切应力是引起屈服的主要原因 即认为:无论材料处于什么应力状态,只要最大切应力达到 单向拉伸屈服时所对应的最大切应力值,材料就会发生塑性 屈服。
屈服判据:
强度准则:
适用于塑性材料。形式简单,一般情况下与实验结果相比偏于
安全,工程中广泛应用。
25
30
➢ 确定方法: 疲劳试验方法:
按照不同应力幅对直管进行一系列疲劳试验,根据
试验结果,拟合得到直管疲劳曲线表达式:
按照不同应力幅对管件进行一系列疲劳试验,根据
试验结果,拟合得到管件疲劳曲线表达式:
应力增大系数:
由以上两式得:
31
ASME B31J
ASME B31J
32
数值分析方法:
FE Pipe ANSYS
适用于铸铁等脆性材料。这一理论没有考虑其它两个主应力的 影响,且对没有拉应力的应力状态无法应用。
23
最大伸长线应变理论:
该理论认为:最大伸长线应变是引起断裂的主要原因 即认为:无论材料处于什么应力状态,只要最大伸长线应变 达到单向拉伸时的极限应变,材料就会发生脆性断裂。
屈服判据:
强度准则:
适用于铸铁等脆性材料。
SL=Fax/A+[(iiMi)2+(ioMo)2]1/2/Z+Pdo/4t<=Sh
44
Hale Waihona Puke 自ASME B 31.3 2010版给出了纵向应力的计算公式:
步骤: 建立管件有限元分析模型; 提取峰值应力强度和基准应力; 计算应力集中系数SIF; 应力增大系数取应力集中系数的1/2.
33
这是因为依据规范进行柔性分析计算的弯曲载荷引 起的应力范围约是峰值应力范围的一半。对于典型 的对焊管的焊接接头,其应力集中系数为2。由于应 力是与对焊管的疲劳曲线相比较,计算得到的是实 际峰值应力范围的一半。因此,理论应力,例如弯 头中由弯曲载荷产生的应力,是按规范进行管道柔 性分析计算的应力的2倍。
结构安定性条件:弹性应力范围不大于屈服极限的二倍(准确
地说是冷态屈服强度与热态屈服强度的和)。
42
二次应力校核来源:
根据结构安定性条件,弹性许用应力范围是冷态屈服强度与热 态屈服强度的和,即:
一般许用应力取2/3屈服强度
Markl suggested
持续应力SPW最大为热态许用应力Sh
当循环次数低于7000时,许用应力范围减小系 数f不再增大,因为f =1时弹性许用应力范围已 经达到安定性条件界限。但当循环次数低于 7000时,实际的安全系数是增大的。
27
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。
管道应力的校核主要是为了防止管壁内应力过大造 成管道自身的破坏。各种不同荷载引起不同类型的 应力,不同类型的应力对损伤破坏的影响各不相同, 如果根据综合应力进行应力校核可能导致过于保守 的结果,因此管道应力的校核采用了将应力分类校 核的方法。 应力分类校核遵循的是等安全裕度原则,也就是说, 对于危险性小的应力,许用值可以放宽;危险性大的 应力,许用值要严格控制。 应力分类是根据应力性质不同人为进行的,它并不 一定是能够实际测量的应力。
29
应力增大系数:
当管道几何形状发生急剧变化时,位移应力范围的 计算值与直管相比有所增加。对于平滑过渡的弯头 和弯管,受弯后管道出现扁平化,抗弯刚度有所减 小,对于斜接弯管和支管连接,由于几何不连续产生 应力集中, 导致材料抗疲劳能力有所削弱。二次应力 校核主要是为了防止疲劳破坏,为了考虑这种效应, 在进行二次应力校核时引入了应力增大系数。 ➢ 定义: 受弯矩的作用,在非直管的组成件中,产 生疲劳损坏的最大弯曲应力与承受相同弯矩、相同 直径及厚度的直管产生疲劳损坏的最大弯曲应力的 比值,称为应力增大系数。因弯矩与管道组成件所 在平面不同,有平面内及平面外的应力增大系数。
12
➢ 安全阀泻放、柱塞流、风、波浪、地震、水/ 汽锤等偶然荷载; ➢ 压力循环、温度循环、转动设备、涡激振动等 循环荷载 。
13
管道变形的基本形式:
拉伸、压缩
剪切
扭转
弯曲
14
管道的失效形式:
管道应力分析的主要目标是阻止管道失效,因此了 解管道的失效形式非常重要。常见的管道失效形式 如下: ➢ 静态断裂
✓ 优化设计
6
范围:
7
内容:
项 目
项目计划
PID
工 艺
工艺管线表
数据表
设 设备图纸 备 管口许用载荷
土 土建结构图纸 建 地质参数
布置图、3D
配 管
ISO图
管道等级
特殊件要求
应力分析规定 确定管道系统 生命周期内可 能遇到的载荷
设备管口载荷 结构所受载荷 特殊件要求 其它建议