管线应力分析计算机计算

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。
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WRC329
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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 管端结构
c）内部导向翼板位置确定
⑼ 往复式机泵动力分析
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。
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⑵ 壁厚计算
A、当
t
D0 且 P
6 t
0.385时
B、当
t

PD0
2t 2YP
t

D0 6
或
P
t

0.385时
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。
C、外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。
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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、APIhttRp://Pw中w5w国.2i工nd0业us检try验-in检s-p测ec网ti安on.co全m 阀、爆破膜
安全阀与爆破片
⑽ 安全阀，爆破膜泄放反力计算(见标准计算程序)
ANSI/B 31.1(气体)；API RP 520(气体、气混)
⑾结构，荷载条件： F≥1000Kgf，M≥750Kgf × Bf Bf — 梁翼缘宽度。
需提条件给土建 ：沉中降国工量业检验的检测考网 虑；储罐抗震措施。
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(4)恒力弹簧架 (5)固定架
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；
⑴ 修订（升版）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
(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) 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com
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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、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
目测法(BY VISUAL)
C
D(固定)
公式法：
D0 Y (L U)2

208.3
D0 — 管外径(mm)
B
Y — 管段总位移(mm)
A(固定)
Y=(Δ X2+Δ Y2 +Δ Z2)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)
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：采用滚筒中支国工承业检验，检测摩网 擦力较小。
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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)。
⑻ 夹套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强度计算、内部导 ຫໍສະໝຸດ Baidu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；(*)
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
P ≤76Kg/cm2 76 ～176 Kg/cm2 ﹥176Kg/cm2
压力脉动值δ 4％f 3％f 2％f
注：f＝n开平方，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 —
C、动力分析要点
a)
振源
机器动平衡差 — 基础设计不当
气流脉动 — 气柱共振 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
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三、工程设计阶段管道应力分析专业的任务
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。
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2、详细设计阶段
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。
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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)。
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⒃ 编制弹簧架及阻尼器、保冷管托、高温隔热管托、刚性拉 杆等采购MR文件及弹簧架技术数据表；
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 (*) 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com
3、各文件应包含的内容：
⑴ 工程规定内容
(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
W0

n 60

缸数
单(双 )作用数(1 /
秒)
n = 转/分 — 压缩机转数
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(4)控制压力脉动
减振架有弹簧及油压中和国工机业检验械检测三网 种类型。 http://www.industryinspection.com
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；
(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；
1 承重管架 (3)可变弹簧支吊架 用于有少量垂直位移的场合；
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； 3、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；中国工业检验检测网
D、其它的管件(如Y型三通、孔板等)依据相应的规范 (GB50316-2000)公式进行计算。 中国工业检验检测网
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⑶ 临界管线表
管线
应力分析 非应力分析
计算机计算(BY COMPUTER）
（350°C)
简单手算(公式法、图表法) (BY FORMULA)
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。
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编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表 — 选型、荷载、位移
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
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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。
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 — 在较大缓中国工冲业检罐验检的测网 进出口均可 http://www.industryinspection.com
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。
(依据ASME/ANSI B31.1及中B国3工1业.检3验)检测网 http://www.industryinspection.com
公式的适用范围
(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。
管道应力分析和柔性设计 专题
主讲： 李中央
中国寰球工程公司 联系电话： 010 – 58676304 E-mail: lizhongyang@hqcec.com 主办：中国石油和化工勘察设计协会 中国工业检验检测网
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一、管道应力分析专业的职责