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1、压力管道设计概论目 录1、概述2、压力管道的材料选用3、压力管道的布置4、内压下典型元件的强度计算5、压力管道的应力分析与柔性分析1、概 述基本要求：压力管道设计单位应当取得相应的设计许可证。工业压力管道设计应当符合压力管道安全监察规程工业管道以及GB20801的要求，保证所设计的管道能够安全、持续、稳定、正常地生产运行。同时，也应当保证使用单位规定的附加要求。1、概 述目前大多数工程界认为：压力管道设计包括3个方面：管道的材料设计管道的布置设计管道的机械设计上述的3个方面的内容是3个专业，也是3个设计工序。管道的材料设计是基础，管道的布置设计是目的，管道的机械设计是安全保障。2、压力管道的材
2、料设计管道材料设计涉及到管道标准体系的选用、材料选用、压力等级的确定、管道及其元件型式的选用管道标准体系的选用：管道标准体系是指管道压力等级、管道规格的 标准系列，从管子外径、法兰等级上体现有两大类标准体系，即：以德国为代表的欧洲体系：管子开始采用小外径体系，后改为大外径 体系，法兰等级从PN0.1, PN0.25, PN0.6 ,PN1.0, PN1.6 , PN2.5, PN4.0, PN6.4, PN10, PN16 , PN32, PN40等。苏联和我国的许多标准都采用欧洲体系。但国际工程中很少采用。管道设计的特点是：配管制，即：选择管 子、管件等管道元件的规格、压力等级、 材料种类等
3、。2、压力管道的材料设计以美国为代表的欧洲体系：2、压力管道的材料设计2、压力管道的材料设计 2、2 材料选用要求压力管道用材料的基本要求是：强度、塑性、韧性、材料稳定性、工艺性、可焊性、与输送介质的相容性。（相容性包括了耐腐蚀性、介质温度 的要求） （见规程第二十一条），尤其注意延伸率不低于14%。管道设计应有足够的腐蚀裕量。腐蚀裕量应当根据预期的管道使用寿命 和介质对材料的腐蚀速率确定，并且还应当考虑介质流动时对管道或受 压元件的冲蚀量和局部腐蚀以及应力腐蚀对管道的影响，以满足管道的 安全运行。（规程第四十八条）。 介质温度考虑高温、低温和环境温度对材料的影响。例：当金属管道外壁温度受大气
4、环境条件影响，压力管道设计时所考虑的最 低环境温度，可以按照该地区气象资料，取历年来月平均最低气温的最 低值。 （规程第四十四条）。2、压力管道的材料设计 2、2 材料选用要求注意几种特殊材料的使用限制灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的使用（规程第二十四、二十五条）碳素结构钢的使用（规程第二十六、二十七条）碳钢、碳锰钢、低温用镍钢不宜长期在425以上使用（规程第二十九条）奥氏体不锈钢使用温度高于540 时，应当控制材料含碳量不低于0.04%，并且在固溶状态下使用。（规程第三十条）不同制造方法的钢管的使用（规程第二十八条）2、压力管道的材料设计 2、3 压力等级的确定压力等级的确定三原则：弹性准则、等
5、强度原则、靠系列原则。注意法兰等级的确定：因为在标准法兰压力等级中没有考虑管系 载荷，因此，需要校核压力等级。规程第四十一条明确了管道组成件压力的选用要求。 注意：设计压力应当不小于在操作中可能的最苛刻的压力温度 组合工况。3、压力管道的布置3、1 概述管道布置的实 质是：给出管 系的设计图纸 。3、压力管道的布置 3、1 概述3、压力管道的布置 3、1 概述4、内压下典型元件的强度计算4、内压下典型元件的强度计算2、4、内压下典型元件的强度计算从图中可以看出：弯头或弯管内侧应力大于外侧应力4、内压下典型元件的强度计算3、4、内压下典型元件的强度计算4、 4、典型元件的强度计算4、内压下典型元
6、件的强度计算或 理论上需要的补 强面积支管增厚多余的 面积主管增厚多余的 面积实际需要的 补强面积补强宽度4、内压下典型元件的强度计算5、管系的应力分析为什么要进行应力分析？管系的载荷复杂，如：5、管系的应力分析与柔性分析为什么要进行应力分析？管系的变形复杂，如：温差引起的变形必须加以约束，否则，与之相连的设备刚性较大，无法 吸收其变形而引起设备破坏。支撑作用的影响：不同支撑方式和位置会产生不同的附加应力。管道的空间方位的影响：具有角向变形，产生扭矩。管道附件和介质的自重影响：具有弯曲变形，产生弯曲应力分析管系应力和变形是分不开的。管道设计者要讨论：1、管系应力分析和柔性分析的目的？2、什么情
7、况下需要进行管系应力分析和柔性分析 3、如何进行管系应力分析和柔性分析 4、什么条件下管系应力分析和柔性分析是合格的？5、管系的应力分析与柔性分析若干个基本概念：应力分类（一）一次应力。一次应力指的是由压力、重力和其他外力载荷作用所产生的正 应力和剪切应力，一次应力必须满足外部和内部的力和力矩的平衡法则。一 次应力是非自限性的，它始终随所加载荷的增加而增加，超过材料的屈服极 限或持久强度时，将使管道发生塑性破坏或总体变形，因此在管系的应力分 析中，首先应使一次应力满足许用应力值。（二）二次应力。二次应力指的是由热胀、冷缩、端点位移等位移载荷作用的产 生的正应力或剪应力，二次应力不直接与外力平衡
8、，而是为满足位移约束条 件或管道自身变形要求而必须产生的应力。（三）峰值应力。峰值应力是指局部应力集中或局部结构不连续或局部热应力等 所引起的较大的应力。 管道的二次应力通常是由位移载荷引起的（如热 膨胀量、附加位移，安装误差，振动载荷） 二次应力是自限性的，当局部屈服和产生少量塑 性变形时,通过变形协调就能使应力降低下来。 二次应力的许用极限是基于周期性和疲劳断裂模 式，不取决于一个时期的应力水平，而是取决于交 变的应力范围和交变的循环次数。5、管系的应力分析与柔性分析若干个基本概念：安定状态5、管系的应力分析与柔性分析若干个基本概念：安定状态5、管系的应力分析与柔性分析若干个基本概念：安定
9、状态GB20801.2中（32）式的由来，注意符号上不一致。5、管系的应力分析与柔性分析若干个基本概念：应力评定准则5、管系的应力分析与柔性分析若干个基本概念： 剧烈循环工况：管道系统中的管子、管道元件或接头中的位移应力范围超过 许用应力范围的0.8倍，同时当量循环次数N超过7000次。GB20801.2中(37)式.计及轴向弯 曲应力和扭矩的剪应力GB20801.2中(35)式.折算为最大 应力范围时的循环次数5、管系的应力分析与柔性分析管系应力分析的目的5、管系的应力分析与柔性分析哪些情况下要进行管系应力分析5、管系的应力分析与柔性分析哪些情况下要进行管系应力分析5、管系的应力分析与柔性分析管系应力分析的方法如何求Y？ （1）选择任一端为始 端，另一端为未端 （2）分别计算空间热 胀量5、管系的应力分析与柔性分析管系应力分析的方法5、管系的应力分析与柔性分析管系应力分析的方法5、管系的应力分析与柔性分析管系应力分析的方法建立CAESAR模型上机进行应力解析应力校核提供计算结果绘制管系空视 图载荷分析管道竣工资料管道走线管道几何参数、约束条件服役条件谢 谢请批评指正
