管道应力分析与计算49页PPT
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• 另外，当一次应力超过屈服点时将引起管道 总体范围内的显著变形或破坏，对管道的失 效及破坏影响最大。
• 一次应力还可分为以下三种 :
• a．一次总体薄膜应力 Pm
• 一次总体薄膜应力是指沿厚度方向均匀分布 的应力，等于沿厚度方向的应力平均值。
• 一次总体薄膜应力达到材料的屈服点就意味
• 强度条件为，最大当量应力不超过材料在 工作温度下的基本许用应力
•
σzhl ≤[σ]t
• 该公式的含义为：
• 当以环向应力作为最大应力进行强度设计
后，还应校核与环向应力垂直方向上的轴 向应力是否满足要.精求品课件，. 因轴向应力复杂。30
• （2）二次应力的强度条件
• 二次应力产生的破坏，是在反复加载 及冷热交换作用下引起的疲劳破坏，根据安 定性准则来规定其许用应力值，这是一个防 止结构反复发生正反方向屈服变形的准则。
• 对这类应力限定，并不是限定一个时 期的应力水平，而是控制其交变循环次数
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• 强度条件为：
• 内压和持续外载荷产生的一次、二次应力 σe：
• σe 1.25 f ([σ] + [σ]t ) • 单独计算热胀二次应力σe ： • σe f (1.25[σ] + 0.25[σ]t ) • 考虑轴向载荷时，单独计算热胀二次应力
• 反之称为厚壁管，应力分布为三向应力状态 或平面应变状态。
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• （3）三向应力的计算公式（GB 50316)
•
σθ= PDn / 2te
•
σz= PDn2 / [4te (Dn+te)]
•
σr= - P / 2
压力管道局部应力分析
I.
采用有限元法对特殊管件进行分析，得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定，计算二次应力时应 采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的，是考虑局部应力 集中的影响，而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部 的高应力循环，将使材料产生裂纹并不断扩展，最终导致破坏。校核二次 应力的目的正是为了防止疲劳破坏，因此在计算二次应力时必须考虑应力 集中的影响，应该采用应力增大系数。另外，根据ASME B31.3的标准释 义，计算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是 为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。 另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非 常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
l 为了能够表示出WRC107、297计算的误差，使用有 限元分析软件(NozzlePro/FEpipe)来进行对比计算。
l 有限元法严格按照理论分析方法，结合ASME Ⅷ-2 中的应力分类来对特定结构进行应力计算，当满足 理想化假设条件时，其结果与真实应力十分接近， 并且有限元分析法不受任何几何条件的限制，计算 精度与网格划分的疏密程度相关。
可以提高至0.6
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC107应用范围及限制条件
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压力管道局部应力分析
WRC297应用范围及限制条件
l WRC297继承了WRC107的一些限制条件，另外，当连接区 域的接管壁厚小于补强壁厚时，其局部应力计算值可能过于 保守
最新压力管道应力分析幻灯片
③小支管与大管连接，且大管有位移并会影 响柔性的判断时，小管应与大管同时计 算。
⑷、具备下列条件之一的管道，可不做柔性 分析：
①该管道与某一运行情况良好的管道完全相 同；
②该管道与已经过柔性分析合格的管道相比 较，几乎没有变化。
⑸、柔性计算方法应符合下列规定：
①对于与敏感机器、设备相连的或高温、高 压或循环数大于7000次等重要的以及工 程设计有严格要求的管道，应采用计算 机程序进行柔性计算。
管道； ⑹ 与离心泵连接的管道
⑺ 设备管口由特殊受力要求的其他管道；
⑻ 利用简化分析方法分析后，表明需要进一 步详细分析的管道；
• 哪些管道可以不进行详细的柔性设计
⑴ 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的 管道；
⑵ 和已分析的管道比较，确认有足够柔性的 管道；
⑶ 对具有同一直径、同一壁厚、无支管、两 端固定、无中间约束并能满足下式要求 的非剧毒介质管道：
一、在石油化工管道中常见的振动： ⑴ 往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；
• 往复式压缩机及往复泵防振设计的步骤： 1、在订货合同中明确提出对机器制造厂的要求：
⑴明确规定机器制造厂采取分析设计方法进行 压力脉动和振动控制；
⑵对缓冲罐容积大小提出要求；
2、通过计算共振管长和管系固有频率对管道布 置和支撑进行调整
时为：
S1 2[]P t D wP
2、弯管壁厚计算 弯管外侧壁的实际环向应力仍比直管大，内侧壁 的环向应力则比直管小。且应力值与弯管的弯曲 半径R有关。
Slw2[ P ]t D w p(1D 4R w)
弯制弯管时，弯管处横截面变得不圆，它对应力有 影响，可用最大外径与最小外径之差Tu表示。
TuD mD ax D w m i n10 % 0
⑷、具备下列条件之一的管道，可不做柔性 分析：
①该管道与某一运行情况良好的管道完全相 同；
②该管道与已经过柔性分析合格的管道相比 较，几乎没有变化。
⑸、柔性计算方法应符合下列规定：
①对于与敏感机器、设备相连的或高温、高 压或循环数大于7000次等重要的以及工 程设计有严格要求的管道，应采用计算 机程序进行柔性计算。
管道； ⑹ 与离心泵连接的管道
⑺ 设备管口由特殊受力要求的其他管道；
⑻ 利用简化分析方法分析后，表明需要进一 步详细分析的管道；
• 哪些管道可以不进行详细的柔性设计
⑴ 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的 管道；
⑵ 和已分析的管道比较，确认有足够柔性的 管道；
⑶ 对具有同一直径、同一壁厚、无支管、两 端固定、无中间约束并能满足下式要求 的非剧毒介质管道：
一、在石油化工管道中常见的振动： ⑴ 往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；
• 往复式压缩机及往复泵防振设计的步骤： 1、在订货合同中明确提出对机器制造厂的要求：
⑴明确规定机器制造厂采取分析设计方法进行 压力脉动和振动控制；
⑵对缓冲罐容积大小提出要求；
2、通过计算共振管长和管系固有频率对管道布 置和支撑进行调整
时为：
S1 2[]P t D wP
2、弯管壁厚计算 弯管外侧壁的实际环向应力仍比直管大，内侧壁 的环向应力则比直管小。且应力值与弯管的弯曲 半径R有关。
Slw2[ P ]t D w p(1D 4R w)
弯制弯管时，弯管处横截面变得不圆，它对应力有 影响，可用最大外径与最小外径之差Tu表示。
TuD mD ax D w m i n10 % 0
管道应力分析及计算PPT课件
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 18
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
强度条件：连续敷设水平直管允许跨距强度条件是管
道中最大
纵向应力不得大于设计温度下的材
料的许用应力。
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
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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。
需提条件给土建 ：沉降量的考虑；储罐抗震措施。
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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
插图
⒀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）
(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
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。
管道应力分析和计算
管道应⼒分析和计算新⽣培训教材管道应⼒分析和计算（机务专业篇）国核电规划设计研究院机械部⼆零⼀零年⼗⼀⽉北京校核⼈：编写⼈：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1.1 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及其勘误（2）ASME B 31.1－2007动⼒管道(3 ) DL/T 5054-1996 ⽕⼒发电⼚汽⽔管道设计技术规定在⼀般情况下，对国内⼯程采⽤DL/T 5366进⾏管道应⼒验算。
对涉外⼯程或⽤户有要求时，可采⽤B 31.1进⾏管道应⼒验算。
第6章管道的热应力计算PPT课件
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-
6.4.1方型补偿器
6.4.1.1减刚系数：弯管刚度降低的系数
K h 1.65
弯管尺 寸系数
（当h≤1）
h R
r
2 p
112h2 K
（当h＞ 1）
1012h2
rp
Dw
2
6.4.1.2方型补偿器值的确定方法
13
x0 0
y0
l2
2Rl2 l3
Lzh
3.14R K
-
6.4.1方型补偿器
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-
6.3.2管道活动支架的确定
6.3.2.1按强度条件确定活动支架的允许间距
L 15wW
qd
6.3.2.2按刚度条件确定活动支架的允许间距
L 53 iEI qd
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活动支架间管道变形示意图 1—管道按最大角变不大于 管道坡度条件下的变形线； 2—管道按允许最大挠度 ymax 条件下的变形线；3—支点。
机械变形和吸收机械振动 特点：具有结构紧凑、占地少、补偿能力大、
安装方便、无结构性渗漏、不需维护保养、同 时不受工作介质、参数、工作环境和地形条件 等限制
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-
6.4.4波纹补偿器
分类：
– 按型状不同分：有“U”形、“”、形“S”形、“V” 形
– 按材质不同分：有不锈钢、碳钢和复合材料
– 按补偿形式分：有轴向型、横向型、角向型以及三 者组合的位移形式
6.4.1方型补偿器
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-
6.4.1方型补偿器
方型补偿器需要确定如下参数：
⑴方型补偿器所补偿的管道热伸长量，按式61计算确定；
⑵选择方型补偿器的型式和几何尺寸；
⑶根据方型补偿器的几何尺寸和热伸长量，计 算方型补偿器的弹性力，确定对固定支架产生 的水平推力的大小；
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
管道应力分析及计算
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。
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。
6、JB/T8130.2-1999 《可变弹簧支吊架》
7、GB 50251-2003 8、GB 50253-2003 《输气管道工程设计规范》 《输油管道工程设计规范》
9、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
10、ASME/ANSI B31.3 11、ASME/ANSI B31.4
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。
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。
1037支架的位臵及类型应尽量减小作用力对被生根部件的不良影响1038管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近1039对于需要作详细应力计算的管道应根据应力计算结果设计管架10310在敏感的设备泵压缩机附近应设臵弹簧支架以防止设备口承受过大的管道荷载10311往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道宜单独设臵有独立基础的支架支架生根于地面的管墩或管架上以避免将振动传递到建筑物上10312除振动管道外应尽可能利用建筑物构筑物的梁柱作为支架的生根点且应考虑生根点所能承受的荷载生根点的构造应能满足生根件的要求10313管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位104管道布臵过程中对支架位臵的考虑1041管道走向首先要满足安全生产工艺要求操作方便安装维修方便
压力管道应力分析_图文
管道元件变形的几种基本形式:
⑴ 拉伸和压缩 ⑵ 剪切 • 对于塑性材料：[τ]=(0.6~0.8)[σ] • 对于脆性材料：[τ]=(0.6~1.0)[σ] ⑶ 扭转 • [τ]=(0.5~0.6)[σ] ⑷ 弯曲 • уman≤[f] [f]为工程上规定的许用绕度值
。
承受内压管子的强度计算
1、管子壁厚计算 承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确
• 上式即为管道中二次应力强度条件判定 式，它已被众多的压力管道设计规范如 ANSI B31.3、SHJ41所引用。
压力管道的强度计算:
• 基本概念： ⑴ 设计压力 ⑵ 设计温度 ⑶ 材料的许用应力 ⑷ 厚度附加量 ⑸ 焊缝系数 ⑹ 设计寿命 ⑺ 计算厚度
⑻ 设计厚度 ⑼ 名义厚度 ⑽ 有效厚度
②对简单的L形、∏形、Z形等管道，可采 用表格法、图解法等验算，但所采用的 表和图必须是经过计算验证的；
③无分支管道或管系的局部作为计算机柔 性计算前的初步判断时，可采用简化的 分析方法。
2、SH/T3041《石油化工管道柔性设计规 定》中的规定：
⑴ 操作温度大于400℃或小于－50℃ ⑵ 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道 ⑶ 进出反应器的高温管道； ⑷ 进出汽轮机的蒸汽管道； ⑸ 进出离心式压缩机、往复式压缩机的工
一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受 均布载荷时的刚度条件计算
（1）刚度条件
（装置内）
（装置外）
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。
（2）强度条件
（不考虑内压）
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。
• 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《石油化 工装置工艺管道安装设计手册》。
管道应力分析-孙学军_图文
裂纹。）
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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
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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。
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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。
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最大切应力理论(Tresca准则)：