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1、管道应力分析技术管道应力分析技术主讲：主讲：中国寰球工程公司中国寰球工程公司主办：主办：中国石油和化学工业中国石油和化学工业 协会培训中心协会培训中心 20112011年年0303月月张世忱张世忱 电话：电话：010-58676155010-58676155一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nA A 职责职责n n应力分析（静力分析、动力分析）应力分析（静力分析、动力分析）n n对重要管线的壁厚进行计算，包括特殊管件的应力分析对重要管线的壁厚进行计算，包括特殊管件的应力分析n n对动设备（机泵、空冷器、透平等）管口受力进行校核计对动设备（机泵、空冷器、透平等
2、）管口受力进行校核计 算算n n管架标准的制定及非标管架设计管架标准的制定及非标管架设计n n审核供货商文件审核供货商文件n n编制、修改相关工程规定编制、修改相关工程规定n n编制应力分析及管架设计工程规定编制应力分析及管架设计工程规定n n对相关设计人员进行专业培训对相关设计人员进行专业培训n n进度、质量及人工时控制进度、质量及人工时控制n n参加现场技术服务参加现场技术服务一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nB B 工作任务工作任务1.1.初步设计、基础设计阶段初步设计、基础设计阶段n n(1)(1)编制工程设计规定编制工程设计规定( (应力分析应力
3、分析, ,管架设计管架设计) ) （四级签署（四级签署 ）n n(2)(2)参加设备布置工作参加设备布置工作n n(3)(3)对主要管线的走向进行应力分析和评定对主要管线的走向进行应力分析和评定2.2.详细设计阶段详细设计阶段n n编制工程设计规定（应力分析、管架设计）（四级签编制工程设计规定（应力分析、管架设计）（四级签 署）署）n n重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析，高压管重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析，高压管 ，大口径薄壁管，大口径薄壁管n n编制临界管线表（三级签署）编制临界管线表（三级签署）-应力分析管线表应力分析管线表一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析
4、专业的职责及任务n n静力分析静力分析n n应力分析应力分析（三、四级）（三、四级）n n动力分析动力分析n n卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定n n支管补强计算支管补强计算n n动设备许用荷载校核（动设备许用荷载校核（4 4级）级）n n夹套管（蒸汽、热油、热水）计算（端部强度计算、内夹套管（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）内容）n n往复式压缩机、往复泵动力分析（往复式压缩机、往复泵动力分析（4 4级）级）n n安全阀、爆破膜
5、泄放反力计算安全阀、爆破膜泄放反力计算n n结构、建筑荷载条件结构、建筑荷载条件一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n设备管口荷载、预焊件条件设备管口荷载、预焊件条件n n编制管架表编制管架表 * *n n绘制非标管架图绘制非标管架图 * *n n编制管架综合材料表编制管架综合材料表 * *n n编制弹簧架采购编制弹簧架采购MRMR文件及弹簧架技术数据表文件及弹簧架技术数据表n n编制柔性件编制柔性件( (膨胀节、软管等膨胀节、软管等) ) 采购采购MRMR文件及技术数据文件及技术数据 表表n n管架施工安装说明管架施工安装说明 * *一、一、 管道应力分析专
6、业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务3.3.各文件应包含的内容和工作内容：各文件应包含的内容和工作内容：n n工程规定内容工程规定内容n nA A 适用范围适用范围n nB B 概述概述n nC C 设计中采用的标准规范设计中采用的标准规范n nD D 计算程序（软件）计算程序（软件）n nE E 设计温度、压力、安装温度设计温度、压力、安装温度( (环境温度环境温度) )、压力、压力n nF F 设计荷载设计荷载n n风载荷风载荷( (风压值风压值),),形状系数形状系数n n地震烈度地震烈度, ,水平加速度因子水平加速度因子n n雪荷载雪荷载n n土壤的化学、力学性质土壤的化学、力学
7、性质n n水（汽）锤荷载水（汽）锤荷载 一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nG G 临界管线表的确定准则（哪些管线该做哪类的应临界管线表的确定准则（哪些管线该做哪类的应 力分析）力分析）n nH H 计算及安全性评定准则计算及安全性评定准则n nI I 应力分析工作流程应力分析工作流程n nJ J 其他其他n n壁厚计算壁厚计算n nA A 当当一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nB B 当当n nt 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
8、 定。（高压管道的计算）定。（高压管道的计算）n nC C 外压直管的壁厚，应根据外压直管的壁厚，应根据GB150GB150规定的方法确定。规定的方法确定。n nD D 其它的管件（如其它的管件（如Y Y型三通、孔板等）依据相应的规范型三通、孔板等）依据相应的规范 （GB50316-2000GB50316-2000）或公式进行计算。）或公式进行计算。n nE E 高压管的应力分析高压管的应力分析n nF F 大口径薄壁管的应力分析大口径薄壁管的应力分析一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n 临界管线表临界管线表n n管线 应力分析 非应力分析 计算机计算（BY
9、 COMPUTER） 简单手算（公式法、图表法）（BY FORMULA）目测法（BY VISAL） 一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n公式法公式法: :n nn nDD管外径（管外径（mmmm）n nY Y总位移（总位移（mmmm）Y=Y=（XX2 2+Y+Y2 2+Z +Z2 2）1/21/2n nL L管线总长（管线总长（mmmm）n nUU管线的直线距离（管线的直线距离（mmmm）n n（依据（依据ASME/ANSI B31.1ASME/ANSI B31.1及及B31.3B31.3）一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务一
10、、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n 应力分析分为静力分析应力分析分为静力分析( (含疲劳分析，风载荷含疲劳分析，风载荷 及地震载荷分析及地震载荷分析) ) 和和 动力分析。动力分析。n nA. A. 静力分析包含的内容静力分析包含的内容( (何为应力何为应力, ,强度理论强度理论) )n na)a)一次应力计算及评定一次应力计算及评定-防止管道塑性变形破坏防止管道塑性变形破坏n nb)b)二次应力计算及评定二次应力计算及评定-防止疲劳破坏防止疲劳破坏n nc)c)设备管口受力计算（及评定）设备管口受力计算（及评定）-防止作用力太大，保防止作用力太大，保 证设
11、备正常运行证设备正常运行n nd)d)支承点受力计算支承点受力计算-为支吊架设计提供依据为支吊架设计提供依据n ne)e)管道上法兰受力计算管道上法兰受力计算-防止法兰泄漏防止法兰泄漏n nf) f) 两相流及液击冲击载荷计算两相流及液击冲击载荷计算-为支吊架和结构设计提为支吊架和结构设计提 供依据供依据一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nB. B. 动力分析包含的内容动力分析包含的内容n na)a)管道固有频率分析管道固有频率分析-防止共振防止共振n nb)b)管道强迫振动响应分析管道强迫振动响应分析-控制管道振动及应力控制管道振动及应力n nc)c)往复
12、式压缩机（泵）气（液）柱频率分析往复式压缩机（泵）气（液）柱频率分析-防止气防止气 柱共振柱共振n nd)d)往复式压缩机（泵）压力脉动分析往复式压缩机（泵）压力脉动分析- - 控制压力脉控制压力脉 动值（动值（ 值）值）一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nC. C. 动力分析要点动力分析要点: :n na).a).振源振源n n机器动平衡差机器动平衡差-基础设计不当基础设计不当n n气流脉动气流脉动-气柱共振气柱共振n n阻力、流速、流向变化异径管、弯头、阀门、孔板等附近产生阻力、流速、流向变化异径管、弯头、阀门、孔板等附近产生 激力激力n n共振共振-激
13、振力频率等于或接近管线固有频率激振力频率等于或接近管线固有频率n nb).b).机器动平衡差机器动平衡差-修改基础设计修改基础设计一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nc). c). 减少脉动和气柱共振的方法：减少脉动和气柱共振的方法：n n1 1）加大缓冲罐）加大缓冲罐-依据依据API618API618计算缓冲罐的体积计算缓冲罐的体积, ,一般为气缸容积的一般为气缸容积的 1010倍以上倍以上; ; 使缓冲罐尽量靠近进出口使缓冲罐尽量靠近进出口; ;但不能放在共振管长位置但不能放在共振管长位置n n2 2） 两台或三台压缩机的汇集总管为进口管面积之和的三倍。
14、两台或三台压缩机的汇集总管为进口管面积之和的三倍。n n3 3） 孔板消振孔板消振-在缓冲罐的出口加一块孔板。在缓冲罐的出口加一块孔板。. .孔径大小：孔径大小：孔板厚度=3-5mm 孔板位置在较大缓冲罐的进出口均可一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n nd). d). 减少激振力减少激振力减少弯头、三通、异径管等管件改减少弯头、三通、异径管等管件改9090。 为弯头为弯头4545。弯头。弯头。n ne). e). 改变（提高）管线的固有频率，使其远离激振力频率改变（提高）管线的固有频率，使其远离激振力频率 。n n共振区域共振区域W1 管道固有频率（角频) W
15、0 激振频率（角频） 放大因子通常W1应避开0.8W01.2W0的区域，在工程 中最好避开0.5W01.5W0的范围，这样振幅 较小。一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n 通常通常WW1 1应在应在WW0 0（压缩机的吸入或吸出（压缩机的吸入或吸出 频率）的频率）的1.21.2倍以上。设计时最好控制在倍以上。设计时最好控制在 1.51.5倍以上。倍以上。一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n 激振力频率激振力频率WW0 0= = 缸数缸数单（双）作用数（单（双）作用数（1/1/秒秒 ）n=n=转转/ /分分-压缩机转数压缩机转数n n 控制压力脉动控制压力脉动n n：为压缩机并联数：为压缩机并联数P P 压力脉动值压力脉动值 76Kg/cm76Kg/cm2 24%4%76176Kg/cm76176Kg/cm2 23%3%176Kg/cm176Kg/cm2 2 2%2%一、一、 管道应力分析专业的职责及任务管道应力分析专业的职责及任务n n 卧式容器固定端及立式设备支耳标高确定卧式容器固定端及立式设备支耳标高确定 提高提高 管道柔性，减小位移差值，防止对设备管口的推力过大。管道柔性
