石油化工管道设计的应力分析与柔性设计

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管道设计中的应力分析和处理技巧

管道设计中的应力分析和处理技巧

管道设计中的应力分析和处理技巧刘进辉摘要从管道应力产生的原理和处理方法出发,明确的阐述了应力处理的原则。

分步叙述了管道的补偿、管道柔性分析方法的选择,图解简化计算、判断式、计算机分析中的一些技巧和方法。

主题词应力补偿管道上的应力一般分为一次应力、二次应力和峰值应力。

一次应力是指由管道所受外力荷载引起的正应力和剪应力。

二次应力是由于管道变形受约束所产生的正应力和剪应力。

峰值应力是管件的局部结构不连续,有应力集中,或有局部热应力,附加到一次应力和二次应力的总合。

一次应力和峰值应力在确定的管道和管道环境中是不会变化的,这里我想主要谈谈管道的二次应力。

由定义可知,二次应力是由于管道变形受阻而产生的,它不直接与外力相平衡,而是由管道各部分变形来适应的。

在热胀推力的作用下,管道局部屈服而产生少量塑性变形时,就会使推力不在增加,塑性变形不在发展,即有自限性。

对于塑性良好的材料,一次伸缩即使产生较大的变形也不会破坏。

只有塑性变形在多次交变的情况下,才会引起管道的疲劳破坏。

当热力管道启动时,热力由内壁向外壁传递,内外壁管道有温差,管道温度不均匀,而产生温度应力,一般计算中不考虑。

不同材料的管道和管件焊接时,由于膨胀系数和弹性模量不同,当温度升高时,相连处存在热应力。

此应力也属二次应力。

一、管道的补偿在诸多因素中,温度的变化对管道应力的影响最大,而温度升高,又会降低管道的许用应力,只有当管道在工作状态下的应力小于许用应力,管道才是安全的。

那么我们怎样才能解决管道由于各种界环境变化而形变带来的二次应力呢?简单的说就是“膨胀多少,补偿多少”!。

管道在热胀或冷紧时不受阻,或在安全应力内受阻是我们补偿的最终目的。

首先我们来明确几个重要参数:右图是一“L”型管道,A、B分别为管道的两个固定点,L1+L2=L是管道的长度,U是两个固定点间的距离,Δ是管道的膨胀量。

这里需要对Δ详细说明一下,它是管道的线性膨胀量和管道位移的矢量加和。

基于应力分析的化工管道柔性设计分析

基于应力分析的化工管道柔性设计分析

基于应力分析的化工管道柔性设计分析摘要:伴随着我国社会经济的不断发展,化工行业也蒸蒸日上,在百姓的生活经济中扮演者重要角色,因此对于化工管道的安装要求也逐渐增高。

本文主要对基于应力分析的化工管道柔性设计进行分析。

关键词:应力分析;化工管道;柔性设计引言化工工艺管道的伴热设计可防止管道内部的介质凝固、分离、冷凝,还能使管道内部长期保持一个温度。

简言之,伴热设计能优化管道内部的性能,从而实现热量有效传输。

1柔性设计的目的及要求化工管道的特殊性相对较强,除了介质具有很强的危险性以外,在管道沿线位置处存在大量的机械设备,当管道内的介质升温或者降温的过程中,管道将会产生热胀冷缩反应,进而对周围的设备和其它类型设施产生作用力,设备或者其它类型设施会对管道产生反作用力,此时,管道所承受的应力将会大幅提升,对于部分管道而言,其刚度相对较高,在对设备或者其它设施施加作用力的情况下,可能会对设备或者其它设施产生一定的破坏,因此,在对管道进行设计研究的过程中,需要尽可能提高管道的柔性。

2基于应力分析的化工管道柔性设计分析2.1化工工艺管道伴热设计基于应力分析的化工管道柔性设计分析之一是化工工艺管道伴热设计。

在化工工艺管道伴热设计中,应采取套夹伴热的方式,以免出现化工热量消散过多的现象。

实际上,使用管道输送化工介质期间应考虑到介质终端温度、管道内部温度,确保二者温度相同,如二者温度不一致,就要考虑温差问题。

与其他伴热管道方式相比,该方式更有利于保护热能和补充热能。

工作人员应注意管道内部凝点,确保凝点不超过50 ℃。

此时,在根据管道材料选择伴热方式。

在工程中,工作人员应用管道进行气体输送时,应用伴管伴热这一方式的次数较多。

相关工作人员可根据实际情况选择伴管种类,现阶段,常用的伴管种类有两种,分别是蒸汽伴管、夹套伴管。

当装置工况下管道内部积累大量凝固蒸汽,此时,工作人员可考虑选择套夹伴管进行输送。

实际安装期间,工作人员需考虑到伴热设计基本要求选择伴管安装。

管道应力分析和柔性设计专题教学内容

管道应力分析和柔性设计专题教学内容

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 4 D
U,U
V气体流速 V介质内的声

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。
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
⒁ 绘制非标管架图;(*)
⒂ 编制管架综合材料表;(*)
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 (*)
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;
t
D0 6

P
t
0.385时
B、当
t
PD0
2t 2YP
tD06或Pt0.38时 5
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。
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。
API 661。 a)管道计算

管道应力探究及柔性设计

管道应力探究及柔性设计

管道应力探究及柔性设计摘要: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。

管道应力设计规定

管道应力设计规定

管道应力设计规定1 范围1.1 本标准对管道应力分析设计条件、评定标准以及分析方法进行了规定。

1.2 适用于设计压力不大于42 MPa,设计温度不超过材料允许使用温度,非直接埋地且无衬里的低碳素钢、合金钢或不锈钢管道。

2 引用标准使用本标准时,应使用下列标准的最新版本。

GB 50316 《工业金属管道设计规范》GB 50009 《建筑结构荷载规范》SH 3039 《石油化工企业非埋地管道抗震设计通则》API 610 《石油、化工和气体工业用离心泵》API 617 《石油、化工和气体工业用离心式压缩机》NEMA SM23 《机械驱动用汽轮机》3 设计规定3.1 一般要求3.1.1 应兼顾管道热补偿及防振要求。

3.1.2 应兼顾管道及设备安全,应避免管道对相关设备造成危害。

3.1.3 应优先采取自然补偿方法解决管道柔性问题,安装空间狭小而不具备自然补偿条件时方考虑采用金属膨胀节。

采用膨胀节应考虑满足工艺条件及防腐要求,不得采用填函式伸缩节和球形补偿器。

3.1.4 可采取冷紧措施减小管道对设备、法兰以及固定架的作用力,但不可以应用在敏感转动设备的管道上。

3.1.5 存在明显振源的管道应优先考虑防止其振动。

3.1.6 往复式压缩机管道应按照与制造商签定的合同要求进行防振计算。

3.2 设计条件3.2.1 计算基础数据应由相关各专业提供。

3.2.2 计算工况应涵盖最不利工况,如烘炉、催化剂再生、烧焦、吹扫等特殊工况。

3.2.3 另有规定除外,热态计算温度按最高操作温度状态确定。

对于有外隔热层管道,计算温度取介质温度;对于无外隔热层管道,计算温度可取95 %介质温度;对于有内隔热层管道,计算温度应根据热传导计算确定。

3.2.4 另有规定除外,安装温度取20 ℃。

3.2.5 另有规定除外,冷态计算温度取安装温度。

3.2.6 另有规定除外,计算压力取最高操作压力。

3.2.7 金属管道的许用应力按GB 50316附录A取值。

管道应力分析主要内容及要点

管道应力分析主要内容及要点

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。

ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成,每卷均为美国国家标准。

它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。

每一卷的规则表明了管道装置的类型,这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的,如下所列:B31.1 压力管道:主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。

B31.3 工艺管道:主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂,以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。

B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统:工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。

B31.5 冷冻管道:冷冻和二次冷却器的管道B31.8 气体输送和配气管道系统:生产厂与终端设备(包括压气机、调节站和计量器)间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。

B31.9 房屋建筑用户管道:主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道,但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。

B31.11 稀浆输送管道系统:工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。

管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析析1.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一一防止疲劳破坏;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一防止法兰汇漏。

2.动力分析包括:1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振: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)柱频率分析一一防止气柱共振;4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。

浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析

浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析

78CPCI 中国石油和化工化工设计浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析耿云飞 姜黎明 丁春春(江苏中圣高科技产业有限公司)摘 要:管道柔性设计是指在管道的设计过程中考虑管道的柔性,柔性管道能够有效避免管道因热胀冷缩、端点附加位移及管道支撑不当设置引起的管道受力超限,同时可以防止管道与相连的离心泵之前因过大变形而产生的应力超限,保证管道及相应设备的正常运转。

本文首先介绍了管道柔性设计的目的和方法,提出了控制离心泵嘴管道应力的具体措施,为工程实践提供参考。

关键词:管道柔性设计 推力和力矩 正常运行引言随着我国石油化工产业的飞速发展,工厂中需要输运的物料越来越多。

离心泵是我国工业领域最重要的输运设备之一,工厂中的物料介质有冷态和热态也有气态或固态,离心泵管道常被应用在工业中输送液体物料。

设计管道时应当做到技术先进,经济合理,安装方便,同时还必须保证具有足够的安全度,对离心泵管道进行设计时应当首先遵守柔性设计准则。

另一方面,对管道进行应力分析时管道设计的基础,通过合理的应力计算,可对管道进行完整的强度与安全评估。

管道中的应力是由于管道承受外部荷载、内部液体压力或者热胀冷缩引起,管道在这些状态下的工作应力是非常复杂的,因此有必要对管道进行完整的应力分析和安全评估。

1 管道柔性设计的目的对管道结构进行柔性设计的主要目标是在设计条件下,增大管道柔性。

首先,避免管道受热膨胀或遇冷收缩使管道变形应力过大,导致管道破坏;其次,管道在端部连接处可能因附加位移而断开并产生泄漏;其次,防止因管道支撑设置不当使管道推力和力矩过大,从而对与管道连接的设备造成影响;最后,防止管道推力或力矩值超限,破坏管道的支吊架。

2 管道柔性设计的一般方法管道设计过程中,改变管道走向、增设波纹管膨胀节或者选用弹簧支吊架的方法可以用来增加管道的柔性。

若条件允许,增加管道柔性的首要方法应考虑改变管道的走向或选取合适的弹簧支吊架。

若两根相交管道的固定点位于相同位置时,可以增加管道的相应长度或者增设更多的弯头来提高管道的柔性。

应力计算规定

应力计算规定

1 范围本标准规定了:(1)管道在内压、持续外载作用下的一次应力和由于热胀、冷缩及其它位移受约束产生的热胀二次应力的验算方法,以判断所计算的管道是否安全、经济、合理;(2)管道由于热胀、冷缩及其它位移受约束和持续外载作用产生的对设备的推力和力矩核算方法,以判明是否在设备所能安全承受的范围内;(3)管道应力分析方法的选择依据;(4)支吊架的选用原则.执行本规定时,尚应符合现行有关标准规范的要求。

本规定适用于石油化工企业承受静力载荷的碳素钢、合金钢及不锈钢管道的柔性设计2 引用标准《石油化工企业管道柔性设计规范》SHJ41《石油化工企业管道设计器材选用通则》SH3059《石油化工钢制压力容器》SH3074《石油化工企业管道支吊架设计规范》SH3073《化工厂和炼油厂管道》ANSI/ASME B31.3《API-610/NEMA-SM23》上述标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

在标准出版时,所示标准均为有效。

所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用上述标准最新版本的可能性。

3 一般规定3.1 管道柔性设计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、端点附加位移和管道支撑设置不当等原因造成的下列问题:一.管道应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏;二.管道连接处产生泄漏;三.管道推力和力矩过大,使与其相连接的设备产生过大的应力和变形,影响设备正常运行。

3.2 在管道柔性设计中,除考虑管道本身的热胀冷缩外,还应考虑下列管道端点的附加位移:一.加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移;二.塔或其它立式设备产生热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移;三.管壳式换热器及其它卧式设备滑动支座移动造成连接管道的附加位移;五.几台设备互为备用时,不操作管道对操作管道的影响;六.不和主管一起分析的支管,应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移;七.根据需要,应考虑固定架和限位架的刚度影响。

化工管道设计中的管道应力与柔性设计策略分析

化工管道设计中的管道应力与柔性设计策略分析

化工管道设计中的管道应力与柔性设计策略分析摘要:本文将对化工管道管道应力的设计内容进行分析,探讨化工管道设计中的管道应力与柔性设计策略,为化工管道安全生产和生产效率提供有价值的参考,提高化工管道生产质量,促进化工产业的可持续发展。

关键词:化工管道设计;管道应力;柔性设计策略随着科技水平的不断发展,我国的化工产业也有了突飞猛进得进步,但是,虽然化工产业获得了很大的进步,但是这几年化学安全事故产生的次数也越来愈多,其中造成安全事故发生的主要原因就是化工管道的安全隐患。

化工生产本是一项复杂性的系统性工程,化工生产内容、生产条件、生产内容都具有特殊的要求,化工管道在化学生产中就是将生产物料进行输送、传导,这直接关系化学生产效率和施工人员的生命安全。

因此,为了切实保障化工生产工作的稳定进行,需要从根本上解决化工管道生产中存在的问题,全面掌控化工管道的设计工作,严格按照化工产业设计标准,分析、研究和论证对管道对应力。

针对我国目化工管道设计来说,化工管道设计中管道应力设计水平较高,出现问题的主要原因就是因为采取科学有效的措施发挥化工管道应力的作用,在设计管道应力实施措施的时候,管道柔性设计也具有相当重要的作用。

1化工管道管道应力概述管道用力的主要内容就是静力分析和动力分析。

其中静力分析的主要目的就是得到管道的应力值,然后在得到准确性的数据以后开展化工管道的设计工作,这样可以有效保障工业管道设计工作有效进行,切实提高工业生产安全稳定性,工业管道变形、震动等想象的发生以及降低工业安全事故发生频率,有效提升化工产业的生产效率,静力分析的应用方法就是利用计算机对工业管道的荷载力来判断工业管道可以承载的外界载力。

除此之外,管道应力静力分析的主要内容还包括了分析工业管道作用力,在分析工业管道作用分析的过程中,具有严格的标准约束分析过程,保证作用力分析的准确性和规范性。

动力分析的内容主要就是包括了管道震动与管道系统的震动频率,全面分析管道震动以及管道系统的振动频率,这样可以更好地控制管道应用,以此来提升工业管道的荷载力。

应力计算规定

应力计算规定

1范围本标准规定了:(1) 管道在内压、持续外载作用下的一次应力和由于热胀、 冷缩及其它位移受约束产生的热胀二次应力的 验算方法,以判断所计算的管道是否安全、经济、合理;(2) 管道由于热胀、冷缩及其它位移受约束和持续外载作用产生的对设备的推力和力矩核算方法, 以判明是否在设备所能安全承受的范围内; (3) 管道应力分析方法的选择依据; (4) 支吊架的选用原则.执行本规定时,尚应符合现行有关标准规范的要求。

本规定适用于石油化工企业承受静力载荷的碳素钢、合金钢及不锈钢管道的柔性设计 2引用标准《石油化工企业管道柔性设计规范》 《石油化工企业管道设计器材选用通则》 《石油化工钢制压力容器》《石油化工企业管道支吊架设计规范》 《化工厂和炼油厂管道》 《API — 610/NEMA- SM23>上述标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

在标准出版时,所示标准均为有 效。

所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用上述标准最新版本的可能性。

3 一般规定3.1管道柔性设计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、端点附加位移和管道 支撑设置不当等原因造成的下列问题:一. 管道应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏; 二. 管道连接处产生泄漏; 三.管道推力和力矩过大,使与其相连接的设备产生过大的应力和变形,影响设备正常运行。

3.2在管道柔性设计中,除考虑管道本身的热胀冷缩外,还应考虑下列管道端点的附加位移: 一.加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移 ;二. 塔或其它立式设备产生热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移; 三. 管壳式换热器及其它卧式设备滑动支座移动造成连接管道的附加位移; 五. 几台设备互为备用时,不操作管道对操作管道的影响;六. 不和主管一起分析的支管,应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移; 七. 根据需要,应考虑固定架和限位架的刚度影响。

管道应力分析及计算

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

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。

石油化工储运系统罐区配管设计分析王柏楠

石油化工储运系统罐区配管设计分析王柏楠

石油化工储运系统罐区配管设计分析王柏楠发布时间:2021-09-23T07:33:13.644Z 来源:《中国科技人才》2021年第16期作者:王柏楠[导读] 石油资源是事关我国各项发展的一项战略性资源,对人们的生产生活起到了关键性地作用。

所以,石油的产量以及储存量对于我国国民经济的发展有着非常直接的影响。

但是在现在的储存和运输过程中会出现一定的损耗现象,这对于国家经济的发展产生了非常不良的影响.基于此,以下对石油化工储运系统罐区配管设计进行了探讨,以供参考。

东北石油管道有限公司摘要:石油资源是事关我国各项发展的一项战略性资源,对人们的生产生活起到了关键性地作用。

所以,石油的产量以及储存量对于我国国民经济的发展有着非常直接的影响。

但是在现在的储存和运输过程中会出现一定的损耗现象,这对于国家经济的发展产生了非常不良的影响.基于此,以下对石油化工储运系统罐区配管设计进行了探讨,以供参考。

关键词:石油化工;储运系统罐区配管;设计分析引言石油化工储存和运输系统储油区的管道在石油化工生产过程中发挥着非常重要的作用。

一般而言,储油区的功能主要与两个环节的生产和销售有关,因此具有一定的作用。

视作为分类标准的区域功能而定,石油化工储存和运输系统储油层区域可分为原料区域、中间物质区域和成品储油层区域三个部分。

其中最典型的结构是装卸区、水库群、消防安全区等为了进一步研究石油化工存储和运输系统储油层区域管道设计的相关方面,研究了石油化工存储和运输系统储油层区域管道的定义和危险等级要求。

1油气储运工艺概述美国早在16世纪就出现了油气资源储运的工作,并且基于这一目的在城市中搭建了很多输送油气的管道。

至今,油气储运技术不断发展,在我国的主要应用为集中运输和管道运输两种方式。

油气储运主要指对于原油和天然气的储存和运输,原油在液态形式下储存简单,但天然气以气态存在,储存和运输的难度很大,加压储存可以实现,但对压力的控制必须十分精准,目前多采用液化的方式将气态的天然气液化,便于储存。

化工工艺管道设计的配管注意事项分析

化工工艺管道设计的配管注意事项分析

化工工艺管道设计的配管注意事项分析摘要:化工行业以石油、天然气为原料,经一系列物理、化学反应,生成石油、化工产品。

化工配管不同于其他行业,因化工行业往往具有毒性,高压,高、低温,易燃易爆,腐蚀性,因此,对于化工配管应做更高的要求。

化工管壁因长时间与高温高压化工产品接触,经受不同温度和不同浓度酸碱盐的“洗礼”以及气液相的高速冲刷,极易发生腐蚀、管壁材质剥离等问题,造成严重的安全隐患。

因而,化工工艺中的配管设计应被格外重视。

关键词:化工工艺;管道设计;配管注意;事项分析1化学工艺的管道设计要求以及考虑因素1.1基本的要求化学工艺管道的设计必须满足下面几点要求:首先,契合化学工艺的流程需求。

其次,管道阀门操作的管理较为方便,能保证化工生产的安全性。

再次,管道的安装以及维护较为方便。

最后,管道较为齐整以及美观,能够节省基本的材料以及成本。

1.2需要考虑的要素设计化工工艺管道时,应考虑以下因素:一些化学介质可能具有很高的腐蚀性,会加速管道的老化。

另外,在运输易燃易爆物料时,除需用法兰连接外,均应采用焊接连接。

高温管道在配管设计时需考虑热应力的影响,并且采用合理的柔性配管设计方案。

其次,为方便施工、操作以及维护,需要减少弯管以及相交节点的数量,并合理布置管道的位置。

如果分支太多,则需要进一步优化管道的布局。

其次,考虑安全生产的必要性。

例如,埋在地下的管道应装有套管,套管应接地以防止静电流的危害。

输送具有腐蚀性物质的管道和公用工程管道布置在同一管架采用多层布置时,腐蚀性物料管道应布置在下层,高温管道布置在上层。

最后,其他因素:包括环境因素、基于邻近性原理的管道路线设计以及成本因素等。

例如在寒冷的冬天需要避免管道的冻结带来的影响,北方建设项目需考虑采用耐低温管道材料,易凝结介质管道需采取伴热措施。

1.3基本的原则化学工艺管道的管道设计应根据以下原则进行设计:首先,管道布置设计人员需要认真掌握相关的技术标准、规范和手册等技术要求。

管道应力分析

管道应力分析

管道应力分析应力分析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Π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。

应力分析设计规定

应力分析设计规定

目次1 总则 (1)1.1 范围 (1)1.2 管道应力分析的任务 (1)2 引用文件 (2)3 设计 (2)3.1 一般规定 (2)3.2 管道冷紧 (3)3.3 摩擦力 (3)3.4 弹簧支吊架 (3)3.5 设计条件 (4)3.6 应力计算 (5)3.7 力与力矩计算 (5)3.8 管道应力分析评定标准 (5)3.9 应力分析的方法 (8)3.10 应力分析管道分类 (9)4 应力分析报告 (12)1 总则1.1 范围本标准规定了石油化工装置内管道应力分析的原则和相关要求。

本规定适用于石油化工装置设计压力不大于 42MPa,设计温度不超过材料允许使用温度的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力设计。

专利设备或成套设施,其设备的操作、维修、管道布置还应满足设备制造厂的特殊要求及标准。

执行本规定的同时,尚应符合国家现行有关标准。

1.2 管道应力分析的任务管道应力分析的任务是保证管道系统布置的安全和经济性,避免发生以下情况:a) 因管道应力过大或金属疲劳而引起管道或支架损坏;b) 管道连接处发生泄漏;c) 因管道的推力和力矩过大而使管道或与管道连接的设备产生不允许的应力或变形;d) 管道从所在支架上脱落;e) 由于外部振动或管内流体引起的管道共振;f) 管道挠度过大,尤其是对于带有一定坡度自流排液的管道。

2 引用文件GB50009 建筑结构荷载规范GB/T20801 压力管道规范工业管道SH/T3039 石油化工非埋地管道抗震设计通则ASME B31.3 Process PipingAPI610 Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas IndustriesAPI617 Centrifugal Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas Service IndustriesAPI661 Air-Cooled Heat Exhangers for General Refinery Service NEMA SM23 Steam Turbines for Mechanical Drive Service3 设计3.1 一般规定a) 管道布置和支架设计应兼顾管道及设备安全,避免管道对相关设备造成危害。

石油化工液化烃管道安全设计和分析

石油化工液化烃管道安全设计和分析

石油化工液化垃管道安全设计和分析液化烧,一般指的是通过加压或降温的方式,将气态的煌类变为液位的燃类,标准上一般是以15c时,蒸气压大于0.IMPa的烧类液体称之为液化烧。

其主要的成本包括乙、丙、丁类的烷煌和烯烧。

液化煌具有很明显的火灾爆炸危险性,一旦泄露就会迅速蔓延形成蒸汽云,且爆炸极限低,遇火花就会闪爆。

液化燃一旦爆炸威力巨大,后果相当严重。

液化燃闪爆事故频频上演,是因为液化烧物料本身具有相当大的易燃易爆性。

从液化煌管道设计和操作上来分析怎么避免液化烧的泄露和闪爆。

(1)液化燃管道应地上敷设。

当采用管沟敷设时,应采取防止液化烧在管沟内积聚的措施,并在进出装置及厂房处密封隔断。

液化燃管道地上铺设的优点,就是一旦泄露容易被发现,不建议采用管沟敷设,因为一旦泄露,其汽化后的混合物密度比空气重,很容易在管沟内积聚,为了防止积聚,一般采取埋砂,不留下气相空间。

但采取埋砂措施,如果出现液化燃泄露,又不容易察觉,存在安全隐患。

所以不建议管沟铺设,要么管墩走地上,要么高架走管廊。

(2)在两端有可能关闭且因外界影响可能导致升压的液化燃管道上,应采取安全措施。

如果一段液化烧管道两端都有阀门,且两端的阀门有可能同时关闭的话,那么就形成了液化烧密闭管道,这段管道如果没有保温,且环境温度比较高时,该段管道会气化,引起管道压力急剧上升,如果没有泄压措施的话,会发生爆管,先是物理爆炸, 进而就会发生化学爆炸。

那么该采取什么措施呢,首先就是绝热,绝热就是让该管道不受环境温度和热量的影响,其次是双保险,在管道绝热的基础上,安装安全阀或者带自泄压功能的阀门。

此处的安全阀的计算一定要综合比较管道设计压力和液化燃气化压力的影响。

(3)液化燃管道的热补偿应为自然补偿。

这段话的意思就是液化煌管道的柔性设计优先考虑利用管道自身的路由来实现热补偿,避免采用软连接或拉杆式补偿装置,原因之一就是材料本身的强度问题,第二就是法兰连接本身就会形成一个潜在的泄漏源,法兰连接除非必须,否则尽量不用。

浅谈空冷器入口管道的应力分析及管道布置

浅谈空冷器入口管道的应力分析及管道布置

浅谈空冷器入口管道的应力分析及管道布置摘要:空冷器是石油化工生产过程中常用的冷交换设备。

空冷器是以周围环境中的空气作为冷却介质,使管道内高温的工艺流体冷却降温或冷凝为液体的设备。

与水冷相比,在水资源匮乏的地区空冷器可以节省更多的冷却水,减少工业区的水污染,降低投资和操作成本。

空冷器在石油化工行业的使用范围日益扩大,空冷器的工艺特点、配管设计、管道支架选型也变得尤为重要,因此成为石油化工工程设计中不可缺少的一个重要环节。

本文主要介绍空冷器进出口的管道布置、管道的柔性设计、管道支架选型等。

关键词:空冷器;管道布置;柔性;支架;应力计算1 空冷器布置及管道支架设置1.1 空冷器布置的基本要求空冷器因占地面积较大,所以很少直接布置在地面上,一般把空冷器布置在管廊顶部,空冷器也很少布置在单独的空冷器框架上或者冷换设备的框架上。

在空冷器联箱端设检修和操作平台;如双数管程时,入口与出口同在一端则只需在一端设平台;若单数管程则应该设两端平台。

一般从空冷器出来的流体尚需经后冷却器或回流罐。

因此,空冷器的安装高度必须满足流体靠重力自流流动的需要。

一般塔顶空冷器直接布置在塔顶上,可作为冷凝器使用。

空冷器的布置还与风向有关,夏季,在空冷器的上风侧不应有高温设备;斜顶式空冷器不应把通风面对着夏季的主导风向。

多组空冷器应相互靠近,以免造成热风循环。

为防止热空气循环,空冷器的标准布置有以下几种:(1)多组空冷器应排列在一起,以免造成热风循环,否则两组空冷器距离应大于20米。

(2)空冷器应布置在装置的上风侧,以免腐蚀性气体或热风进入管束,影响冷却效果。

(3)引风式空冷器与鼓风式空冷器布置在一起时,其管束高度不得一致,应将鼓风式空冷器管束提高。

(4)引风式空冷器与鼓风式空冷器布置在一起时,应将引风式空冷器布置在鼓风式空冷器的上风侧,以免热风再循环。

(5)在主导风向侧两组空冷器应靠近布置,不应留有间距。

1.2 空冷器布置的其他要求(1)空冷器不得放置在易燃液体(操作温度高于300℃)的设备上方,否则应采取隔离措施。

离心泵管道的柔性设计和应力分析

离心泵管道的柔性设计和应力分析

离心泵管道的柔性设计和应力分析摘要:管道的柔性设计是指在管道运行过程中考虑管道的柔性,防止管道因热胀冷缩、端点附加位移和管架支撑设置不当等原因造成管道推力和力矩过大。

管道柔性分析可以有效避免管道和管口受力超载,为了确保管道和相关设备的正常运行,本文介绍了管道柔性设计的目的和方法,提出了控制离心泵进出口管道应力的具体措施,供工程实践参考。

关键词:管道柔性设计;应力分析;受力校核1.引言随着石油化工的飞速发展,离心泵也成为工厂中不可缺少的设备。

它是工业领域最重要的输运设备之一,工厂中的物料介质有冷态和热态也有气态或是固态,离心泵管道常被用于输送液体物料。

设计管道时,经济合理,安装检修方便,美观,最重要的是必须保证具有足够的安全性。

对离心泵管道进行设计时应当首先遵守柔性设计准则。

另一方面,对管道进行应力分析是管道设计的基础,通过合理的应力计算,可对管道进行完整的强度与安全评估。

1.管道应力分析的需要完成的内容压力、重力、风、地震、压力脉动、冲击等外力荷载和热膨胀的存在,是管道产生应力问题的主要原因。

其中,热膨胀问题是管道应力分析所要解决的常见问题和最主要的问题。

管道应力分析的作用:1.计算管道的应力,保证管道自身的安全(防止法兰泄漏);2.计算管道对其相连的机器、设备的作用力,并使之满足规范要求,保证机器设备的安全;3.计算管道对支吊架和结构的作用力,为支吊架和土建结构提供受力依据;4.计算管道位移,防止位移过大,造成支架脱落或管道与其他物体碰撞;5.通过计算,选择合适的弹簧支吊架。

1.管道应力分析的分类在管道应力中分为两大类:一次应力和二次应力。

一次应力:指的是由于外在的压力,重力,外加荷载而产生的应力。

其特点是:无自限性,外加荷载在增加时,一次应力也随之增加,满足与外加载荷之间的平衡关系,压力一旦超过了管道材料的承受能力,管道会因为塑性变形被破坏。

由此可见,一次应力的产生是由于持续外荷载而产生,管道承受的持续外荷载是自重、介质重量及介质内压等。

石油化工管道设计的应力分析与柔性设计

石油化工管道设计的应力分析与柔性设计

石油化工管道设计的应力分析与柔性设计摘要:管道设计工作是非常复杂的,主要包括四个部分,分别是设备布置、管道布置、管道材料设计和管道应力分析,其中管道应力分析是管道设计的基础和关键。

管道应力分析对管道的安全性、可靠性和经济性具有重要影响。

通过应力分析,可以在管道强度与安全性上做出判断,为管道的经济分析提供依据。

目前柔性设计在管道设计中得到广泛应用,在应力分析基础上的柔性设计成为石油化工管道安全性和可靠性的重要保障。

关键词:石油化工;管道布置;应力分析;柔性设计1、应力分析工作环节1.1 管道应力类型管道往往要受多种外部压力的共同影响,不仅受热负荷的影响,也要受机械载荷的影响,此外还要受压力载荷等的影响。

由于管路不同,管道的区域不同,在外部压力作用下,管道会产生不同性质的应力。

管道应力主要包括以下几类。

一类是一次应力。

管道在受到冲击荷载、内压等作用下会产生剪应力和正应力,这就是一次应力。

一次应力与外力相平衡,保持管道不变形。

如果为了平衡外力,一次外力超过了极限,管道会发生塑性变形,从而遭到破坏。

所以要留有足够的宽裕度,以保证材料不发生屈服。

一类是二次应力。

管道受到外界压力,发生了变形,变形会对材料产生束缚,在这种情况下管道产生的剪应力和正应力就是二次应力。

二次应力主要是为了协调变形而产生的应力,它不能直接与外力平衡。

二次应力具有自限性的特点,只要有发生细小塑性变形就会使二次应力变低。

交变的次数会影响二次应力的界定,交变的应力范围会直接决定二次应力的范围。

一般情况下,管道重复受二次应力,会产生疲劳破坏。

三类是峰值应力。

所谓峰值应力就是最高值应力,当荷载发生突变,当管道结构发生的突变,这时候局部应力不会迅速集中,从而产生峰值应力。

通常在管道的转弯处、气孔处和焊接处会产生峰值应力。

峰值应力不会引起管道的显著变形,但会给管道带来疲劳性裂纹。

1.2 应力分析的主要作用通常管道应力分析分为静力分析和动力分析,本文不讨论动力分析内容,静力分析的任务:使管道中的应力,满足标准规范的要求,保证管道自身的安全;使管道对与其相连接的机器、设备的作用力,满足标准规范的要求,保证机器、设备的安全;计算管道对支吊架和土建结构的作用力,为支吊架和土建结构的设计提供依据,保证支吊架和土建结构的安全;计算管道位移,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。

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石油化工管道设计的应力分析与柔性设计
【摘要】管道是石油化工装置不可缺少的组成部分,它不仅用于连接各种设备和相关的系统设施,同时也是保证各类流体安全输送的重要保障。

管道设计的基础即为管道应力的分析与计算,在优化管道柔性设计与安全生产等方面发挥了重要作用。

本文就针对化工设计中管道柔性设计和管道应力分析进行探讨。

【关键词】化工管道管道应力柔性设计安全
管道设计主要包括装置的设备布置、管道布置、管道材料设计以及管道应力分析四项工作。

然而,由于历史、管理、技术等各种原因,在石油化工行业中,管道设计的可靠性和安全性问题在近年表现得日益突出,而管道的应力分析工作则是管道设计安全、经济、合理的保障和重要方式。

1 管道应力简介
为研究并控制管道的强度破坏和刚度破坏,引入应力这一概念。

材料由于外因(受力、温差、湿度变化等)而产生变形时,在材料内部各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因作用,并力图使材料从变形后的位置回复到变形前的位置。

而在所考察的截面某一点单位面积上的内力,称为应力。

由此不难看出,管道应力的概念避开了管子及其元件的规格尺寸、壁厚等因素的影响,只要外部荷载使材料产生的应力超出材料本身的强度指标,即可认为管子及其元件将要发生强度破坏。

1.1 管道分类
管道在压力荷载、机械荷载以及热负荷等作用下,整个管路或某些区域产生不同性质的应力,因此,管道上的应力,一般可分为以下三类:
(1)一次应力:由于外加荷载的作用而产生的应力(如压力和重力等),其本身与外力平衡。

(2)二次应力:由于变形受到约束所产生的正应力或剪应力(如热膨胀、附加位移、安装误差或振动荷载等),其本身不直接与外力相平衡。

(3)峰值应力:由于荷载或结构形状的局部突变(如管道中小的转弯半径处、焊缝咬边处或材料本身夹渣、气孔处)而引起的局部应力集中的最高应力值。

1.2 管道应力分析目的
管道应力分析的目的主要是解决管道的强度、刚度、振动等问题,为管道的布置、安装、配置提供科学依据。

其具体体现以下几个方面:
(1)保证管道系统设计安全的要求
管道安全性能的总体要求包括耐压强度、耐腐蚀性和密封性三方面。

(2)保证装置运行的安全性
管道布置如果不合理,整个装置运行过程中就会存在安全隐患,并可能产生各种应力问题。

如管道在温度变化时产生的热应力过大,则会导致下列各种现象的发生:设备管口就会被拉坏或顶坏,
各管件连接处损坏(焊缝连接时会被拉裂,法兰连接则出现变形导致泄露),管架被推坏,更有严重者还会发生燃烧或爆炸。

另外,如果是动力设备,当震源的激振与管系固有频率相同时,则会导致整个装置系统发生共振,此时损坏的则是设备本身和与其相连的建筑物。

2 管道柔性设计
管道的柔性是指管道通过自身变形来吸收因温度变化而发生的尺寸变化或其他原因(设备基础沉降等)所产生的位移,进而保证管道上的应力在材料许用应力范围内的性能。

因此管道柔性设计的目的就是为防止管道由于温度、内压、荷载、支架限制或端点附加位移等情况发生下列损坏:
(1)因为应力过大产生管道破坏;
(2)管道所受推力或力矩过大导致与其相连设备产生的应力过大或变形而不能正常运行。

(3)管道所受推力或力矩过大而引起管道支架破坏。

(4)管道的连接处发生泄露。

为解决上述问题,在工程应用中增加管道柔性时一般采取下列途径:
(1)改变管道的几何布置
原则上来说,改变管道的几何布置(l型或π型等),是增加管道柔性最理想的选择,在管道两端点固定的前提下,无论是二维平面内还是三维空间内或者二者组合后改变管道走向,都是通过增加管
道长度和弯头数量的方式来增加管道的柔性。

(2)在管道支撑时选择弹簧支吊架
弹簧支吊架可以适当释放所支撑点对垂直位移的约束,进而增加管道柔性。

但是如果连续使用弹簧,会对管道的稳定性有一定影响。

(3)增设膨胀节
当管径较大、场地空间有限并且需要的补偿量又很大,或设备、工艺等有特殊要求的情况下不能应用改变管道走向时,通常会在管系中增设膨胀节(一般为适用于低压大管径管道的波纹膨胀节)。

但是由于波纹膨胀节制造复杂、价格昂贵,并且是管系中的薄弱环节,应尽量避免使用。

3 工程实例
某30万吨/年烧碱项目,储罐(碱液,浓度0~31%,)与两台离心泵的进出口管道,其原始数据为:
管道材质ss.smls.a790 tp31803
管道规格6.625*0.28(in)
保温厚度1.5(in)
工作温度t1=188(℉)
工作压力p1=47(lb/in2)
设计温度t2=203(℉)
设计压力p2=69(lb/in2)
水压试验压力p3=103(lb/in2)。

该管系管道原布置如下图1所示:
经计算两台泵入口位置受力情况如下:
入口1节点250(表1)
入口2节点350(表2)
根据标准api 610《一般炼厂用离心泵》校核,泵入口管道受力fx,力矩my、mz均不符合要求。

经过计算两台泵出口位置受力情况如下:
出口1节点870(表3)
出口2节点1050(表4)
同样根据标准api 610《一般炼厂用离心泵》校核,泵出口管道受力fy,力矩mx均不符合要求,并且节点725、905两处刚性支架处于脱空状态完全不受力失去作用。

离心泵出口管道,并没有特殊要求,也就没有必要将节点725、905两处刚性支架改为弹簧支架。

因此最终采用了改变管道走向的方案。

该管系管道经过优化后的最终布置如下图2所示:
泵入口1节点250(表5)
泵入口2节点350(表6)
泵出口1节点870(表7)
泵出口2节点1050(表8)
优化后各管口受力情况如下:
在上述两台离心泵出口管道优化过程中,不仅解决了泵口受力问题,同时将两根出口管道上的操作阀改为安装在水平管段,这样既
降低了操作高度,又方便了支撑,同时大大降低泵出口的垂直荷载,并且在整个管系中避免了使用弹簧支吊架。

4 结语
综上所述,管道的应力分析是从应力角度进行的理论分析,为管道系统所需研究的每一节点(人为设定)受力情况提供强有力的理论依据。

而管道的柔性设计,则是在管道应力分析计算结果的基础上,结合工程实际情况所做出的更有利于工程实际的管道设计,柔性设计不只满足管道和设备的应力要求,还结合了工艺等更多方面要求的管道系统设计。

拥有足够的柔性,管道在设计条件下工作时,就不会因热胀冷缩、端点附加位移、支架设置不当等原因产生应力过大、变形、泄露等问题而影响正常运行。

管道应力分析和管道柔性设计在整个设计过程中交替进行,进而实现更优化、更符合工程实际的设计。

参考文献
[1] 压力管道应力分析(2003).中国石化出版社.
[2] 工业管道应力分析与工程实例(2011).中国石化出版社
[3] 石油化工装置工艺管道安装设计手册(2009).中国石化出版社
[4] 工程实例中计算各管口受力使用软件为caesar ii。

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