管线应力分析计算机计算

合集下载

石化工程设计中管道应力分析软件的应用

石化工程设计中管道应力分析软件的应用摘要]：石油化工装置内管道复杂多变，有效强石化工程设计中管道应力分析的水平及质量，进而提升石化工程整体质量。

首先介绍了管道应力、应力分析管道的确定方法以及广泛应用于石油、化工、电力等行业的应力分析软件CaesarⅡ，有效分析了管道应力的基本流程，希望能够为相关研究提供参考。

[关键词]：石化工程；管道应力分析软件；应用引言石油化工装置设计中经常会涉及到高温、高压的压力管道，高温高压工况会引起管道应力值的改变。

所以，此类管道设计时应进行充分的考虑管道柔性设计，以保证管道在各种工况下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等引起管道易发生管道开裂、法兰泄露等情况，给装置安全运行和人员安全带来威胁。

而石油化工装置中往往设备布置紧凑，大多管道又对管道走向有特殊要求，如步步高、管道对称等要求，管道系统的设计也越发复杂,使得管道的静态分析及动态分析工作也越来越受到重视。

因此，管道系统的设计水平逐渐成为衡量一个设计单位能否在激烈的市场竞争中获胜的关键。

管道系统设计核心技术之一的管道应力分析是比较复杂的，手工计算十分不便，可靠性也不高，为此，设计部门通常采用计算机软件对管道应力进行模拟并分析计算。

CAEARII管道应力分析软件是一款使用率较高的压力管道应力分析专业软件，使用方便快捷。

可以进行静态分析和动态分析,同时该软件向用户提供完备的国际通用的管道设计规范,软件具有国际权威性，被广泛地应用于石化、电力、钢铁等行业。

1压力管道应力分析的意义应力是指构件单位面积上所承受的内力。

应力值随外载荷增大而增大。

各种材料对应力承受能力有强度极限，当数据达到或超过材料极限，材料就会发生变形、破裂、失稳等现象，即失效或破坏。

应力分析的意义在于保证管道在运行时所产生的应力在允许的范围内，保障安全。

2管道应力分析2.1管道受力情况管道承受的基本应力包括环向应力、轴向应力、剪应力和径向应力。

管道应力分析概述

2017年05月管道应力分析概述刘豫（青岛海工英派尔工程有限公司，山东青岛266101）摘要:本文介绍了管道应力的分类、应力分析常用标准以及管道分析的主要内容，运用CAESARII 对管系模型进行应力分析，通过合理优化管道布置以减小应力所造成的影响。

本文结合工程实例分析管道应力所带来的影响，深化了对管道应力安全的认识。

关键词:应力分析；软件；支吊架1管道应力分析概况1.1进行应力分析的原因管道在运行过程中可能存在压力、重量、风、地震、设备震动等外力产生的荷载，而荷载是产生应力的主要因素。

管道应力分析的目的是防止管道疲劳及塑性变形破坏，保护设备正常运行，为支架设立提供依据。

根据应力分析的结果，通过调整管道的走向、增加支吊架或补偿器的方法，保证与管道相连的设备和结构设施的安全。

1.2进行应力分析的管线类别在设计过程中，满足以下条件的管线需要应力计算：极端温度（高温、低温）、高压、大直径薄壁管道、剧烈工况运行、和泵、压缩机、反应器等设备相连的管道等。

[1]2压力管道应力分析2.1应力分析常用标准压力管道的校核标准根据管道内不同的介质类型，可划分为几类不同的校核标准。

国内常用的几种标准，工艺管道参照GB 50316《工业金属管道设计规范》；输油管道参照GB 50253《输油管道工程设计规范》，同时可参照SH/T 3041《石油化工管道柔性设计规范》[2]。

国外标准通常使用美标ASME ，包括：ASME B31.1Power piping ——动力管道ASME B31.3Process Piping ——工艺管道ASME B31.4Pipeline Transportation Systems for liquids and slurries——液态烃及其他液体管线输送系统以上国内外标准主要针对管道系统，在计算管嘴受力、动力分析时还应参照压力容器及各类动设备的设计规范。

使用不同标准得出的计算结果也不尽相同，选择适当的标准能让计算结果更接近实际工况。

管道应力分析计算书编制规定

本标准适用于管道应力分析专业同时也适用于配管热力储运和医药等专业的管道应力分析计2管道柔性分析和应力计算书内容和深度的规定管道柔性分析和应力计算书应包括计算书封面管道柔性分析和应力计算一览表应力计算轴测图应力计算输入文件应力计算输出报告设备管口受力校核法兰泄漏计算和附图附表等
中国石化集团上海工程有限公司标准
· 附录６．６加热炉管口受力校核表２．７法兰泄漏计算
法兰的泄漏计算详见附件７。
２．８其它附图
其它附图是指应力计算时所需的各专业的条件。包括设备总装详图或小样图，膨胀节的示意图，转
动设备制造商提供的设备图和管口位移量等。
３管道柔性分析和应力计算书的签署规定
管道应力分析报告的签署应按公司标准Ｑ／ＳＳＥＣＩＴＥ０６－２００３《压力管道设计管理制度》的规定签署。
Ｑ／ＳＳＥＣａａｂｂ００－２００５
前言
本标准是中国石化集团上海工程有限公司（简称ＳＳＥＣ）技术标准之一，属于配管室技术标准。本标准由配管工程室提出。本标准由配管工程室归口。本标准主要起草人：方立、史习庆、倪钧。本标准于２００６年首次发布。
Ｑ／ＳＳＥＣａａｂｂ００－２００５
Ｑ／ＳＳＥＣａａｂｂ００－２００５
第１页共７页
· 管道在偶发载荷（如风，地震）作用下的应力和一次应力组合后的最大偶发应力（ＯＣＣ）和相
应的节点号。
· 各约束点在操作工况（ＯＰＥ）和安装工况（ＳＵＳ）下的受力。
· 各节点在操作工况（ＯＰＥ）和安装工况（ＳＵＳ）下的位移量。
管线号
管道保温流体 P1 P2 Pt T1 T2 T2 等级型式,厚度密度 MPa MPa MPa ℃ ℃ ℃

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

管道应力分析报告概述

管道应力分析概述CAESARII软件介绍CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。

它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。

CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，使用方便快捷。

交互式数据输入图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框，实体图）强大的3D计算结果图形分析功能，丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。

钢结构建模，并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。

一、管道应力分析的原则管道应力分析应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、管道支承或端点附加位移造成应力问题。

二、管道应力分析的主要内容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——防止法兰汇漏。

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（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。

三、管道上可能承受的荷载（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：压力载荷包括内压力和外压力；（3）位移荷载：位移载荷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。

CAESARII_管道应力分析_培训解读

CAESARII软件培训资料北京艾思弗计算机软件公司2002年4月12日1．管道应力分析的原则管道应力分析应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、管道支承或端点附加位移造成应力问题。

2．管道应力分析的主要内容管道应力分析分为静力分析和动力分析。

3．管道上可能承受的荷载（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：压力载荷包括内压力和外压力；（3）位移荷载：位移载荷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。

4．管道应力分析的目的1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；2）为了使与管系相连的设备的管日荷载在制造商或国际规范（如NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内；3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASME Vlll的允许范围内；4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；5）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；6）为了优化管系设计。

5．管道柔性设计方法的确定一般说来，下述管系必须利用应力分析软件（如CAESAR II）通过计算机进行计算及分析。

应力分析软件CAESAR_功能及应用

2004年第1期钢铁技术 · 31 ·应力分析软件CAESARⅡ功能及应用陈乐(中冶赛迪公司燃气设计室, 重庆400013)【摘要】介绍了应力分析软件CAESARⅡ的功能和特点，该软件对提高钢铁行业管道设计水平的意义。

【关键词】CAESARⅡ 应力分析软件压力管道设计近年来，我国对压力管道的标准化和安全监察工作逐渐加强，相关法律法规逐步完善，已初步建立起压力管道的法律和法规体系，这些法规体系，对管道的设计作出了更为明确和严格的要求。

作为管道重要设计内容的应力分析，在《工业金属管道设计规范》中也已作出了明确规定。

为提升管道设计水平，提高管道设计效率，在公司领导的关心和支持下，我公司引进了应力分析软件CAESARⅡ，现对CAESARⅡ的功能和应用的意义作一个简要介绍。

1 CAESARⅡ软件功能和特点CAESARⅡ软件的开发商COADE公司成立于1983年，总部位于美国休斯顿，专业从事机械工程软件的开发。

CAESARⅡ软件主要有以下一些特点：1.1强大的数据输入和管道建模能力1)CAESARⅡ采用交互式的数据表和图形界面。

用户在数据输入表对话框中输入管道数据后，运行绘图命令就可生成三维的管道图形，这可方便用户检查输入的管道数据是否正确。

在图形界面中，CAESARⅡ可以用中心线、双线、线框、消隐或渲染等模式显示管道图形；2)CAESARⅡ提供较为强大的在线帮助功能，特别是在数据输入阶段，只需将光标落在数据输入框后按下F1键，系统便能提供所需输入数据的含义以及相应的单位等；3)CAESARⅡ提供多种约束选择，包括：固支、带初始位移的固支、柔性固支、单双向约束、导向、限位、关联约束、静态减振器等；4)CAESARⅡ提供大量的管件材料供用户选择，且用户还可根据需要增减或修改材料数据；5)CAESARⅡ提供阀门和法兰数据库，用户还可根据需要进行扩充；6)CAESARⅡ提供一定的钢结构建模功能，使用户建立真实边界条件成为可能；7)交互式的电子表格式编辑输入格式，方便用户对大批量的管件进行如转动、复制、镜像、删除以及节点号的重新定义等；8)用户可控制程序的执行过程；9)提供玻璃钢管道的建模和分析计算；10)提供波纹膨胀节数据库，用户还可根据需要进行扩充；11)CAESARⅡ还提供其它的一些功能，包括：用户自定义单位制，弹簧单元的建模，自动计算应力增大系数，埋地管道的建模计算等；1.2强大的静态分析能力1)自动、全面的错误检查功能；2)自动或由用户定义载荷工况；3)内置丰富的弹簧支吊架库供用户选择和计算管系不同工况下的静载荷；4)CAESARⅡ可根据美国土木工程师协会制定的规范自动加载风载荷，或由用户指定风压和风速；5)提供容器管嘴柔性和应力校核。

CALM单点管道应力分析基于CAESAR Ⅱ软件的优化设计

- 31 -第1期CALM单点管道应力分析基于CAESAR II 软件的优化设计纪志远，程久欢，琚选择，单世超，李拓夷（海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津 300451）[摘要] 为了弥补国内CALM单点项目相关领域的空白，本文以CALM单点管道应力分析为例，结合某海上CALM单点项目，基于CAESAR II软件的模拟计算，详细介绍了CALM单点上管道应力的计算方法，为今后CALM单点项目提供了工程参考。

[关键词] CALM单点；CAESAR II；应力分析作者简介：纪志远（1989—），男，天津人，2011年毕业于天津理工大学，双学士，工程师。

现主要从事海洋石油工程管道应力分析工作。

1 理论基础1.1 规范综合考虑CALM 单点的输送介质、适用工况以及国外单点公司的通用做法（美国Wood Group Kenny 公司、Intec Sea 公司、壳牌企标等都明确指明了参照规范ASME B31.3工艺管道）。

采用ASME B31.3作为主规范用于CALM 单点管线的设计与计算[1]。

1.2 校核内容管道应力分析主要用于评估管道受到的压力、重力、温度、风载、地震、浮筒运动加速度等不同荷载时CALM 单点管道及其支架的安全性，需要校核应力、法兰泄漏、管道位移、危险点受力和支架受力等[2]。

1.3 计算软件CALM 单点管道应力分析选用CAESARII 软件，C A E S A R I I 软件是美国鹰图公司（INTEGRAPH ）研发的压力管道应力分析专业软件，它向用户提供了完备的国际上通用的管道设计规范，是国际上通用的应力计算软件，已被越来越多的工程公司所采用，是国内各行业进行管道应力分析的首选软件。

2 CALM 单点管道布置简单介绍CALM 单点管道的布置主要包括与软管连接短节、蝶阀、膨胀节、生产分配单元（Product Distribution Unit Composite ，以下简称PDU ）以及管道支架组成。

CAESARII管道应力分析软件部分应用案例

北京艾思弗计算机软件技术有限公司CAESARII管道应力分析软件部分应用案例1、FPSO、海洋工程管道系统沪东中华LNG装卸船管道系统。

计算条件：温度-163°C、压力1Mpa、材料A335 P12，管径219~610mm，执行英国BS 7159。

本案例分析难点在于低温状态下管道的柔性以及不同载荷条件下（满载、空载、海浪）的管道应力问题，CAESAR II完全支持对低温深冷管道的柔性分析，并能定义相关载荷工况以满足设计要求。

2、石油化工复杂工艺管道系统五环科技化工系统管线。

计算条件：温度400°C、压力2.68Mpa，管径89mm~2268mm，材料低碳钢，执行B31.3石油化工管道标准。

系统存在立卧式容器、塔器、换热器以及多种支吊架类型，模型复杂，规模较大。

CAEARII支持创建此类复杂模型，组合管道与设备，从而精确的界定管道边界条件，大大减小误差。

此外，在建模及分析过程中，软件允许用户自由修改模型。

3、大型发电厂主蒸汽系统西北电力院1000MW主汽-再热压力管道项目。

计算条件：324°C（低温）、576°C（高温）、压力25.4Mpa、材料A335 P91、管径范围219mm~711mm，执行美国ASME B31.1动力管道标准。

CAESARII可以对不同管径、不同温度压力、不同材料的管道进行应力、推力、位移计算，并对所有弹簧进行自动选型，提供弹簧型个数、号报告。

4、空冷管道系统哈空调大型空冷管道系统，管径3000mm~10300mm，执行B31.1动力管道标准。

由于大直径薄壁管道弯头、三通吸收热胀变形能力较弱，该管道内设计了拉杆式、铰式、万向式在内的多种补偿器。

CAESAR II支持对大直径薄壁管道进行整体应力分析，允许用户模拟各种不同形式的膨胀节（轴向、铰向、万向、压力平衡式等），允许使用简单/复杂模型，用户只需要给定补偿器刚度，相关约束形式。

用户也可以使用软件内置的膨胀节数据库，仅给定相关外形尺寸数据，软件自动生成膨胀节模型。

管道应力分析

管道应力分析第一章任务与职责1. 管道柔性设计的任务压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况；1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏；2) 管道接头处泄漏；3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏；2. 压力管道柔性设计常用标准和规范1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》10) GB 150-1998《钢制压力容器》3. 专业职责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3) 对动设备管口受力进行校核计算4) 特殊管架设计4. 工作程序1) 工程规定2) 管道的基本情况3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析6) 立体管系可采用公式法进行应力分析7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道8) 采用CAESAR II 进行应力分析9) 调整设备布置和管道布置10) 设置、调整支吊架11) 设置、调整补偿器12) 评定管道应力13) 评定设备接口受力14) 编制设计文件15) 施工现场技术服务5. 工程规定1) 适用范围2) 概述3) 设计采用的标准、规范及版本4) 温度、压力等计算条件的确定5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法6) 应用的计算软件7) 需要进行详细应力分析的管道类别8) 管道应力的安全评定条件9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）10)防止法兰泄漏的条件11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求12)业主的特殊要求13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）14)不同专业间的接口关系15)环境设计荷载16)其它要求第二章压力管道柔性设计1. 管道的基础条件包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。

利用CAESAR II高效准确的进行管道模型应力分析

间历
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
CAESAR II 的其它功能
创建直观的分析模型高级的图形输出设计工具和向导荷载以及可视化管道模型全面的错误检查用户自定义报告模板国际管道应力规范丰富的材料数据库钢结构数据库和模型膨胀节数据库与鹰图的CADWorx® 和Smart Plant工厂设计软件的双向接口
进行动力分析，防止管道系统因机械振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动载荷造成的管道振动及破坏
软件除了可以进行非线性静力分析，还可以进行谐波分析、模态分析，反应谱分析，时程等分析方法。利用这些方法，用户可以完成对振动管线，排放管线，柱塞流管线，气锤管线等进行定性的分析，并得到解决方案。
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions Overview
ICAS解决方案包括4个产品: – CADWorx 一款基于AutoCAD平台的三维工厂设计套件，包括智能的工厂建模模块、创建智能的流程图表而且可以自动生成用于工厂设计的可交付成果 – CAESAR II 世界上被最为广泛使用的管道压力分析软件， – PV Elite 帮助全球的工程师、设计人员、费用估算师、制造人员、产品检查人员等，针对压力容器和热交换器的设计和分析提供完整的解决方案 – TANK 针对储罐进行设计和分析For the design and analysis of oil storage tanks
Intergraph CADWorx & Analysis Solutions, Inc.
CAESAR II 的应用
计算法兰等连接处受力，进行法兰泄露校核，防止管道连接处泄露

基于ANSYS Workbench的长输管线带压封堵器应力分析及优化设计

我国油气管道的建设已经经历了５０多年的
发展历程 … 。目前全国天然气管道总长５０Ｍｍ，
间的要求。袁平凡等 ¨ 探讨了ＤＮ７２０ｍｍ大Ｅｌ
径管线在役焊接的实际操作经验。封堵器作为在役焊接过程的关键设备，在抢修作业中起到十分重要的作用，其工作的可靠性直接影响到在役焊接的安全。冯颖和彭国晟１２］
量大，计算结果也不够精确，而且对其结构特性与整体应力分析较匮乏。为了保证安全，往往导致封堵器机构设计过于笨重，成本增加。笔者结合ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件，通过对一种封堵器结构进行分析，建立了封堵器的三维力学模型，对实施封堵时的工作情况进行模拟，力图获得封堵器的应力分布，并对其进行结构优化，获得更为轻便、
明火，无介质泄漏。国内引进在役焊接技术近
２０年，技术不断进步，对带压封堵也积累了一定的经验。其中中原油田油气技术部、胜利石油
化工建设有限公司、大庆油田以及中国石油西部管道分公司等众多油气田均提供了实际在役焊接的现场操作经验及注意事项，如焊接电流不能过大、熔池不能过深及输送特殊介质时要控制

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

管道应力分析设计规定

主编部室：管道室参编部室：参编人员：参校人员：说明：1．文件版号为A、B、C......。

2．每版号中局部修改版次为1/A、2/A……，1/B、2/B……，1/C、2/C……。

本规定（HQB-B06-05.306PP-2003）自2003年月实施。

目录1. 总则 (1)2. 应力分析管线的分类及应力分析方法 (2)3. 管道应力分析设计输入和设计输出 (6)4. 管道应力分析条件的确定 (9)5. 管道应力分析评定准则 (11)附件1 管线应力分析分类表 (14)附件2 设备管口承载能力表 (15)附件3 柔性系数k和应力增强系数i (16)附件4 API 610《一般炼厂用离心泵》(摘录) (17)附件5 NEMA SM23 (摘录) (22)附件6 API 661 《一般厂用空冷器》(摘录) (23)1. 总则1.1 适用范围1.1.1 本规定适用于石油化工生产装置及辅助设施中的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力分析设计工作。

本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。

1.1.2 管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下，具有足够的强度和合适的刚度，防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它的荷载（如压力、自重、风、地震、雪等）造成下列问题：1)管道的应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏。

2)管道连接处泄漏。

3)管道作用在与其相联的设备上的载荷过大，或在设备上产生大的变形或应力，而影响了设备的正常运行。

4)管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。

5)管道的位移量过大而引起的管道自身或其它管道的非正常运行或破坏。

6)机械振动、声频振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动荷载造成的管道振动及破坏。

1.2 应力分析设计工作相关的标准、规范：1) GB150-1999 《钢制压力容器》2) GB50316-2000 《工业金属管道设计规范》3) HG/T20645-1998 《化工装置管道机械设计规定》4) JB/T8130.2－95 《可变弹簧支吊架》5) JB/T8130.1－95 《恒力弹簧支吊架》6) HQB-B06-05.203PP-2003《简化柔性计算的规定》7) ASME/ANSI B31.3 Process Piping8) ASME/ANSI B31.1 Power Piping9) ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and Distribution pipingsystems10)ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution pipingsystems11)API 610 Centrifugal Pumps for General Refinery Services12)API 617 Liquid Transportation System for Hydrocarbone,Liquid ,Petroleum Gve, Anhydrone Ammonis , and Alcohols13) NEMA SM-23 Steam Turbine14) API 661 Air-Cooled Heat Exchangers for General RefineryService15) HQB-B06-05.105PP-2003 《管道配管设计规定》16) HQB-B06-04.301PP- 《管架设计工程规定》17) SHJ.41-91 《石油化工企业管道柔性设计规范》18) GB 50316-2000 《工业金属管道设计规范》2. 应力分析管线的分类及应力分析方法2.1 应力分析管线的分类原则上，所有的管线均应做应力分析，并根据管线的类别（温度、压力、口径、壁厚、所连接的设备的荷载要求等）确定应力分析的方法和详细程度。

Glif说明书

管道应力分析程序（GLIF）用户手册
1.
概述
本程序吸取了国内管道应力计算程序和美国 2010 应力计算管道程序的优点，采用结构程序设计方法开发的符合《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》（SDGJ6—90）管道应力计算程序。
1.1
功能程序计及了内压，自重，外部荷载，热胀，设备接口附加移位，冷紧，安全阀排放产生的荷载，以及风载，静力地震荷载等，既能对持续荷载，又能对临时荷载，偶然荷载进行分析计算。程序可对正常运行条件下的热状态、冷状态，由热至冷及由冷至热状态进行计算，其中对冷状态考虑了管道运行初期和应变达到自均衡后两种状况。程序可对水压试验工况进行分析计算。程序可对异常运行条件下的安全门排放荷载、风载、静力地震等荷载的静力分析计算。本程序可使管道结构分析和应力验算更趋于精细和合理，提高了管道投资的经济性和运行的安全性。
1.6.3
结构定义 ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ 单元——独立填写结构尺寸的元件（直元件、弯元件、阀门元件等）。端点——管系内只与一个单元相接的点。固定点——管系中由中间固定装置限制六个方向自由度的点。节点——单元与单元的交接点。连接点——三个或三个以上元件的相交点。约束点——管系中装有约束装置的节点。管段——由计算者编号的节点间的单元组成，先编号点为其始端，后编号点为其末端。 ♦ 分支——由端点与连接点间、连接点与连接点间、连接点与固定点间、固定点与固定点间，固定点与端点间的管道单元组成，可能为一个单元或多个单元的集合。
7
2
3
4
5
6
7
8
9
管道应力分析程序（GLIF）用户手册
10
弹性支吊架的刚度置为零。不计自重，计入冷紧作用。计算的水压试验时的位荷载、推力与 9 工况计算的荷载、推力叠加作为水压试验时的移、推力、支吊架荷载、推力。计算的位移与 3 工况计算的位移叠加作为水压试荷载验时的位移。弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入疏水疏水时 ( 设计压力状态时的端点附加位移。计算的位移与 3 工况计算的位移叠加下的饱和温度 ) 的作为疏水时的位移。位移

埋地管线应力分析

埋地管线应力分析作者：郭振涛来源：《城市建设理论研究》2012年第32期摘要：本文主要介绍不同规范埋地管线的计算方法及应力计算软件 CAESAR Ⅱ的模型理论基础关键词：土壤，荷载，位移，约束，许用应力Abstract: this paper mainly introduces the different norms of underground pipeline calculation method and the stress calculation software Ⅱ CAESAR's model and theoretical basisKey words: the soil, load and displacement, constraint, allowable stress中图分类号：C34文献标识码：A文章编号：概述埋地管线应用广泛，常见的有输油、输气管线，城镇燃气、供热管线，消防、污水、雨水、给排水等。

埋地管线输送距离长，出现问题不易觉察，输送介质多为基础性的介质，一旦出现问题，影响范围大，检修量大，工序复杂，所以对埋地管线的分析尤为重要。

2.埋地管线应力分析2.1埋地钢制管道的受力计算-壁厚、埋深校核(HG/T20645)化工厂埋地管线，土壤环境多变，埋深条件和交通状况复杂，不进行校核计算，存在安全隐患。

《化工装置管道机械设计规定》HG/T20645 的计算理论来自于德国的“埋地管的（静）受力计算指南”，在考虑交通荷载，土壤压力的作用下对于埋地管线的强度、刚度和稳定性进行计算，对于一般埋地管道壁厚和埋深的验算校核具有指导意义。

2.1.1强度校核：在内压和土壤荷载以及交通荷载共同作用下，管道最大拉应力是轴向应力(N/F)与弯曲应力（M/W）的叠加，取轴向应力安全系数Sn=1.5,弯曲安全系数Sb=1.1。

管道最大拉应力控制在材料屈服强度的三分之二的范围内，被认为管道强度合格，公式如下：σ=sn••+Sb•≤σ=1.5（••q）-1.1[• (.q]q=+2.1.2刚度校核：在内压和土壤荷载以及交通荷载共同作用下，管道的水平方向或者垂直方向的直径变形量与管道直径的比值小于3％，被认为管道刚度合格，公式如下：△dμh/da≤3%=±2(1-2.1.3变形量校核：临界安全系数≥2.5 满足要求对于给定壁厚的埋地管道，须同时满足三个方面的校核要求，若其中一项不满足，应重新假定壁厚校核，直到所选壁厚满足要求为止。

国外常用管道应力分析软件1

国外常用管道应力分析软件1.AUTOPIPE bently公司计算管道应力，法兰分析，管架设计。

可以分析各种复杂管道系统，例如：地下管道分析、波浪载荷、水锤效应、FRP\GRP管道以及管道与钢结构交互作用等。

2.CAESAR 美国COADE公司3.CAEPIPE SST SYSTEM公司CAEPIPE是第一个PC管道应力分析软件（1983）,集合了在复杂工况下静力和动力分析。

加强3D模块后，CAEPIPE可以用来分析重力、压力、温度、地震、随时间变化调整载荷，交互式和迭代设计你的系统在最短的时间内来优化配置。

CAEPIPE也可以校核管道标准和许可值（ASME,B31，国际标准，API,NEWA）和输入数据来选择主要的工厂设计系统（AVEVA和CADMATIC），我们提供数据的转换用以在不同的工作平台上输入管道数据。

可同一时间内执行多个项目4.PIPESTRESSPIPESTRESS软件是一个核或非核管道系统静力和动力分析的相关软件模块。

它提供无与伦比的动态分析能力来解决复杂的问题。

PIPESTRESS软件和其他软件最大的不同在于它具备所有的分析能力来处理复杂系统。

多年的软件发展致力于完善方程解决方法和优化使用可用内存及加快计算速率。

这些努力使PIPESTRESS软件称为第一个在PC电脑和公国现场可以使用的全功能管道分析软件。

三维PIPESTRESS是一个出色的可用于核与非核工业的三维管道系统有限元分析软件。

可以进行多种载荷条件下的三维管道系统线弹性分析，并提供对结构、支撑(支吊架)、热、疲劳等全面分析功能。

还内置了完整的国际通用的核工程管道设计规范，能完全满足ASME／ANSI、RCC-M规范。

在模型中包括了间歇、单向和bi—linear支撑等。

PIPESTRESS软件在世界核工业管道软件市场上占有重要地位。

EditPipe软件为PIPESTRESS软件提供了常强大的图形化前后处理功能，并将众多欧洲工程机构使用EditPipe的经验引入到PepS。

基于软件模拟对某管廊项目管道应力分析

基于软件模拟对某管廊项目管道应力分析基于软件模拟对某管廊项目管道应力分析摘要：本文基于软件模拟的方法对某管廊项目管道的应力进行分析。

通过对管道应力的模拟计算，得出了管道在不同工况下的应力分布情况，并在此基础上提出了相应的改进方案，以提高管道的稳定性和安全性。

引言：管道是工业领域中常见的输送管线，其在运行过程中常常受到各种力的作用，比如内压力、外部载荷和温度变化等。

为了确保管道的安全运行，需要对其应力进行分析，以便提前发现潜在的问题并采取相应的管控措施。

本文通过软件模拟的方法对某管廊项目管道的应力进行深入分析，分析结果可为实际工程提供一定的参考和借鉴。

1. 管道应力的来源1.1 内压力：管道内部流体的压力是管道应力的重要来源，通常通过泵站进行调节。

本文模拟了不同水平的内压力下，管道的应力分布情况，并分析了其对管道稳定性的影响。

1.2 外部载荷：除了内部的压力，管道还承受着来自外部环境的载荷，如土壤压力、交通载荷等。

通过软件模拟分析不同工况下的外部载荷对管道产生的应力，可以有效评估管道的受力情况，为工程设计提供依据。

1.3 温度变化：管道在不同环境温度下会产生热胀冷缩现象，从而引起应力变化。

通过模拟分析不同温度变化下管道的应力分布，可以提前预测可能出现的问题，并采取相应的热应力降低措施。

2. 软件模拟方法本文使用了有限元软件进行管道应力的模拟计算。

首先，根据工程图纸建立管道有限元模型，并对其进行网格划分。

然后，根据实际工况设置相应的边界条件，如内压力、外部载荷和温度等。

最后，通过软件进行计算，得到管道在不同工况下的应力分布情况。

3. 管道应力分析结果根据模拟结果，我们得到了管道在不同工况下的应力分布情况。

通过分析发现，在某些工况下，管道存在应力集中区域，容易导致管道变形甚至破裂。

同时，我们还发现管道应力与内压力、外部载荷和温度之间存在着一定的关联性，其中内压力对管道应力的影响最为显著。

4. 改进方案为了提高管道的稳定性和安全性，我们提出了以下几点改进方案：4.1 增加管道支撑：通过增加管道支撑点，可以有效减小管道的应力集中，提高其承载能力。

管道应力分析软件PepS与CAESAR Ⅱ的应用对比

第 56 卷第 2 期2019 年 4 月化　工　设　备　与　管　道PROCESS EQUIPMENT & PIPING V ol. 56　No. 2Apr. 2019管道应力分析软件PepS与CAESAR II的应用对比王伟，张守杰，杨彬，李俊峰，肖梦凡（中广核研究院有限公司，广东深圳 518000）摘要：利用管道应力分析软件PepS 与CAESAR II 对一工程核级管道进行了数值模拟研究，通过建立有限元计算模型，依据ASME 锅炉及压力容器规范，对两种软件模态分析、应力指数、应力评定以及支架反力等结果进行了对比分析。

结果表明，两种软件各具优缺点，两种软件在模态分析、应力指数、应力评定以及支架反力计算方面数值基本一致，综合来看，CAESAR II 软件可作为核电工程管道的第三方验证软件。

关键词：PepS 软件；CAESAR II 软件；模态分析；应力分析中图分类号：TQ 055.8；TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2019）02-0078-007收稿日期：2018-10-09作者简介：王伟（1984—），男，工程师。

主要从事核电设备、管道抗震应力分析工作。

PepS 软件是瑞士的核级管道应力分析软件，由核心计算程序PIPESTRESS 和前处理/后处理程序Editpipe 组成，目前广泛应用于美国、法国、中国以及日本，适用于先进压水堆（AP1000）和欧洲压水堆（EPR ）等三代核电站的管道应力分析。

CAESAR II 软件是美国的压力管道应力分析专业软件既可以分析计算静态分析，也可以进行动态分析，为常规工业管道应力分析软件。

核电站核级管道应力分析是核电站设计阶段和在役运行阶段必不可少的重要组成部分，对核电工程系统的安全起着巨大的保障作用。

目前核电站大多采用经核安全局认证的PepS 软件，但是，在核级管道结构应力分析中，为验证结果的正确性，往往需要第三方验证。