管道应力探究及柔性设计

管道应力探究及柔性设计

发表时间：2017-11-24T11:25:59.300Z 来源：《电力设备》2017年第19期作者：王林林

[导读] 摘要：管道应力的分析以及计算，是对管道加以设计的基础，能够实现对管道强度以及安全性做出评价，同时还能够给管道经济分析供给相应的依据。

（武汉海王新能源工程技术有限公司深圳分公司广东省深圳市 518116）

摘要：管道应力的分析以及计算，是对管道加以设计的基础，能够实现对管道强度以及安全性做出评价，同时还能够给管道经济分析供给相应的依据。管道应力是因为管道所承受的内压力、外部荷载和热膨胀等因素而形成的。管道在荷载之下的应力形态是较为复杂的，对其加以分析和计算，继而做出安全性评价，满足连接设备对于管道推力形成的限定，继而让管道设计更加的经济合理。

关键词：管道；应力；柔性设计

1、管道应力的分类

1.1一次应力

一次应力指的主要是管道所受到的荷载，比如内压、风荷载、持续外载以及冲击荷载等形成的正应力与剪应力。是对外力加以平衡需要的应力，属于非自限性。要是应力的强度超过了屈服极限的情况之下，管道就会出现塑性破坏或者整体的变形，要对这种现象加以防范。管道的一次应力较之二次应力更加的危险，因此要收到更为严格的限制，一定要为不出现材料的屈服留出足够的裕度，避免程度太大的塑形变形而致使管道的失效或者损坏。一次应力的校核要依据弹性分析以及极限分析的条件加以控制。

1.2二次应力

二次应力则是管道因为变形而形成的正应力以及剪应力。比如因为热胀冷缩以及其它形式的位移受约束形成的应力，其不会跟外力直接的平衡，是为了满足位移的约束条件，或者变形协调所需要的应力。其具备的特征是自限性，在局部的屈服形成少量塑性变形就可以让应力实现下降。而针对塑性比较优质的管材，通常在管道第一次加载的时候，二次应力不会致使直接的破坏，而在塑性应变在很多次重复交变的状况之下，才能够引发管道的疲劳破损。二次应力限定不取决于特定时间之内的应力水平，主要是决定于应力交变的范围以及循环次数。二次应力的校核应该依据安定性的分析条件实施控制。

1.3峰值应力

峰值应力是由管道或者附件因为局部结构不够连续，局部的效应附加到了一次应力或者二次应力增量上。它的特征在于不会形成较为明显的变形，并且在短距离之内就会自根源逐渐衰减，是导致脆性破损以及疲劳裂纹的一个重要原因。而温度、管径、荷载、壁厚以及压力等都将会对应力最终的结果形成影响。峰值应力的校核要依据管道的使用年限之内收到的循环荷载实施疲劳的分析。在工程中通常利用实验或者经验公式进行计算。

2、管道设计和布置

2.1自然补偿设计

管道热补偿要跟它相互连接的管道加以同时的考虑。首先应该对自然补偿进行考虑，要是无法达到相关的要求，就应该调整管系走向或者对补偿器加以设置。在管道上应该应用π形的补偿器，对那些温度比较高，管径也比较大，同时输送非危险介质的管道，在其安装的位置受到限制的时候，应该利用波纹管的补偿器。①对要自然补偿的那种管道加以确定。结合管道中介质的温度和管径去确认要实施自然补偿的那些管道，比如蒸汽总管以及高温管道等。②管道线胀量的确认。线胀量主要决定于管道自身的线胀系数，是线胀系数跟管道长度之间的乘积，管道系数则是决定于管道设计的温度以及材质。③固定点位置的确定。要先假设将固定点设置在管道总管中间的位置，然后结合管道走向以及分支加以U形补偿，在管道两头的四分之一位置设置两个固定点，对两点之间的膨胀量加以核算，不可以超过二百毫米（管托的长度限制，通常管托长度为二百五十毫米），在管道膨胀的时候，不会导致管托与管架的横梁之间脱离。继而利用U形补偿线算图确认补偿器所具备的臂宽以及臂长。一般情况之下，装置当中管道的膨胀是在装置内实现吸收，因此通常把固定点设置在贴近进出口装置边界管架的位置。U形补偿器要尽可能的贴近所设置固定点的中部，为避免管道横向的位移太大，要在补偿器的两侧距离补偿器弯头大概40D的位置设置导向支架。④布置多跟U形补偿器的管道。结合所计算的臂宽和臂长，应该将管径比较大、温度也比较高的补偿器管道设置在外侧，将与之相反的布置在内侧，从而方便对U形补偿器加以成组的设置。然后还要对管道偏移量加以考虑，U形管道的净距要比所计算的净距大些，防止因为管道的偏移量不一样而形成互相阻碍偏移或者碰撞。π形弯应该在升高0.6-1.2米的侧梁上加以水平放置。不过针对有坡度要求的那些管道则一定要直接加以水平设置，不要升得太高。⑤对固定点位置推力加以确认。通常情况之下，应该忽略管道处于架梁上面摩擦力反力所形成的作用，不应该再具有大管道的固定点管架之上设置仪器设备。⑥对那些由于膨胀而出现位移的管道，应该设置导向管架，或者适当加大跟相邻管道之间的距离。

2.2刚性吊架以及限位吊架设置

2.2.1刚性吊架

吊性支架有着结构简单、维护方便、价格低廉以及成熟力强等特征，可以实现对管系在垂直方向荷载的承受，避免管系下沉的情况出现，提升管系所具备的稳定性。对管道振动的防止也较为有利，可以实现对各种因素而导致转移荷载的承受。所以要是在管系条件允许的条件之下，就应该利用刚性吊架。

在对刚性吊架加以设计的时候，要考虑利用双拉杆垂直吊架两臂上有可能发生某一边脱载的状况，这个时候双拉杆吊架中的每个拉杆具备的最大荷载是总荷载的一半，不过要依据支吊架的全部荷载进行计算。同时在垂直管道之上的承载刚性的吊架周边要设置合适的纤维支吊架，这样能够防止刚性吊架出现拉杆扭转的情况，从而确保安全承载。而随着机组容量不断的提升，主要管道长立管中的刚性吊架通常需要承受非常大的荷载。

2.2.2限位支吊架

随着机组铜梁不断的增大，以及参数的提升，主要管道在直径以及管壁方面都会有相应的提升，同时管道对于设备所形成的推力以及力矩都会明显的加大。不过大容量的高温高压机组是对所允许的推力以及力矩有着较为严格限定的，如果超过所允许的范围就非常可能会导致汽机振动或者设备变形，严重可能会导致损坏。除此之外，因为机组在容量方面的提升，参数提升，各个组要管道中的流速也将会有