管道应力分析举例

张娅

摘 要：进行管道设计，不仅要满足P&ID的要求，还要使管道设计既安全可靠又经济合理。笔者在管道应力分析方面做了一些工作，结合工程实际举例。

主题词：管道 CAESARⅡ应力分析程序; 一次应力; 二次应力; 推力

1  系统管道应力分析的主要内容

进行管道设计，不仅要满足P&ID的要求，还要使管道设计既安全可靠又经济合理，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。

那么，什么样的管系应采用计算机分析程序来进行详细的应力分析呢？

a.DN80及以上的管道，设计温度高于450℃时;

b.DN150及以上的管道，设计温度250℃以上时;

c.DN650以上的大口径管道;

d.与旋转设备（泵、压缩机、透平等）相连接管道;

e.两相流管道;

f.脉动流管道。

2   蒸汽管道应力分析举例

某厂系统管廊上公用工程蒸汽线大都是采用两端为固定中间管段设置Π形弯利用自然弯曲和扭转产生變形来吸收管道的热伸长。

此种情况DN350～DN400的管子二次应力校核通不过，对比以上两种臂长（h）不同时应力分析结果，建议在设置DN350～DN400管子自然补偿时Π形弯臂长选取大于等于4.5m来考虑是可行的。

结论1：通过计算机分析程序得到以上一种配管单元在两种不同工况下各管径固定点处的水平推力，同一种工况，同一种配管模型下，管子直径越大，管系热应力越大，管系对固定点的水平推力也越大，以下列出几种改善管道热应力过大的措施：

（1）改变管道的走向，以增加管道的柔性;

（2）将刚件支架改为弹簧吊架，增加弹簧吊架的柔性;

（3）改变支架结构，减少活动支架的摩擦力，或将支架改为吊架;

（4）提高法兰的等级，或将法兰连接改为焊接以减少泄漏;

（5）设置波形补偿器等元件以解决管道热膨胀问题等。

（6）在支吊架有上下位移处，应设置弹簧吊架或弹簧支架。

结论2：以上两种工况下满足应力校核公式的各管径管系热胀量均在标准管托允许的位移量下，径向位移量也不大，这样的管系是比较可靠的。

因此设计中对成排敷设的管道在补偿器处和管道拐弯处要适当加大管间距，或者增设限位支座，以避免多根管道拥挤在一起，甚至管道脱落管架、管墩。

但是实际配管形式多样，特别是复杂管系，需设计人员结合相应的应力分析方法具体问题具体分析，是优化设计的有力保证。

参考文献：

[1]唐永进，压力管道应力分析中国石化出版社，2003.11

[2]张德姜 王怀义 刘邵叶，石油化工装置工艺管道安装设计手册第二版，管道器材，中国石化出版社，1998.7

[3]岳进才，压力管道技术，中国石化出版社，2001.2