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1、1000MW直接空冷机组直接空冷机组排汽管道排汽管道CAESAR II整体应力分析整体应力分析 北京国电华北电力工程有限公司 目目 录录1. 概述概述2. CARSAR II整体应力分析目的和主要内整体应力分析目的和主要内容容3. 原始参数的确定原始参数的确定4. 排汽管道布置排汽管道布置5 CAESAR II整体应力分析计算整体应力分析计算6 结论和建议结论和建议1.1.概述概述概述概述1.1 1.1 排汽管道在整个空冷岛中的重要性：排汽管道在整个空冷岛中的重要性：排汽管道在整个空冷岛中的重要性：排汽管道在整个空冷岛中的重要性： 排汽管道是空冷岛重要的系统和部件排汽管道是空冷岛重要的系统和部
2、件排汽管道是空冷岛重要的系统和部件排汽管道是空冷岛重要的系统和部件 其管线布置是否合理，强度、刚度、稳定性是否满足设计和使用要求，其管线布置是否合理，强度、刚度、稳定性是否满足设计和使用要求，其管线布置是否合理，强度、刚度、稳定性是否满足设计和使用要求，其管线布置是否合理，强度、刚度、稳定性是否满足设计和使用要求，直接关系到电厂运行的可靠性和安全性直接关系到电厂运行的可靠性和安全性直接关系到电厂运行的可靠性和安全性直接关系到电厂运行的可靠性和安全性 排汽管道的布置及阻力特性直接影响背压，进而影响电厂运行经济性排汽管道的布置及阻力特性直接影响背压，进而影响电厂运行经济性排汽管道的布置及阻力特性直
3、接影响背压，进而影响电厂运行经济性排汽管道的布置及阻力特性直接影响背压，进而影响电厂运行经济性1.2 1.2 国内外国内外国内外国内外1000MW1000MW空冷机组无运行业绩空冷机组无运行业绩空冷机组无运行业绩空冷机组无运行业绩 我们以已完成初步设计的我们以已完成初步设计的我们以已完成初步设计的我们以已完成初步设计的1000MW1000MW机组为依托，进行空冷自主化机组为依托，进行空冷自主化机组为依托，进行空冷自主化机组为依托，进行空冷自主化设计，目前已完成排汽管道的设计研究，其中包括：设计，目前已完成排汽管道的设计研究，其中包括：设计，目前已完成排汽管道的设计研究，其中包括：设计，目前已完
4、成排汽管道的设计研究，其中包括： 流体特性分析研究流体特性分析研究流体特性分析研究流体特性分析研究管道布置的依据管道布置的依据管道布置的依据管道布置的依据 CAESAR IICAESAR II整体应力分析整体应力分析整体应力分析整体应力分析 有限元分析有限元分析有限元分析有限元分析2. CARSAR II2. CARSAR II整体应力分析目的和主要内容整体应力分析目的和主要内容整体应力分析目的和主要内容整体应力分析目的和主要内容2.1 2.1 目的目的目的目的 (1) CAESAR II(1) CAESAR II整体应力分析的必要性整体应力分析的必要性整体应力分析的必要性整体应力分析的必要性
5、 CAESAR II CAESAR II与发电厂其它常规汽水管道应力分析软件不与发电厂其它常规汽水管道应力分析软件不与发电厂其它常规汽水管道应力分析软件不与发电厂其它常规汽水管道应力分析软件不同：同：同：同： 1) 1) 可以进行带有补偿器的排汽管道应力分析计算；可以进行带有补偿器的排汽管道应力分析计算；可以进行带有补偿器的排汽管道应力分析计算；可以进行带有补偿器的排汽管道应力分析计算； 2) 2) 功能强大：可进行基础差异沉降的计算；可考虑支功能强大：可进行基础差异沉降的计算；可考虑支功能强大：可进行基础差异沉降的计算；可考虑支功能强大：可进行基础差异沉降的计算；可考虑支架摩擦力的计算、可进
6、行非线形约束支架的计算；架摩擦力的计算、可进行非线形约束支架的计算；架摩擦力的计算、可进行非线形约束支架的计算；架摩擦力的计算、可进行非线形约束支架的计算； 3) 3) 工况组合灵活：可根据用户需要进行各种工况的组工况组合灵活：可根据用户需要进行各种工况的组工况组合灵活：可根据用户需要进行各种工况的组工况组合灵活：可根据用户需要进行各种工况的组 合合合合 4)4)目前已在国际、国内广泛使用目前已在国际、国内广泛使用目前已在国际、国内广泛使用目前已在国际、国内广泛使用(2) CAESAR II整体应力分析的目的整体应力分析的目的 管道应力满足规程规范要求；管道应力满足规程规范要求；管道应力满足规
7、程规范要求；管道应力满足规程规范要求； 设备接口推力和力矩满足制造厂要求；设备接口推力和力矩满足制造厂要求；设备接口推力和力矩满足制造厂要求；设备接口推力和力矩满足制造厂要求； 补偿器选型计算；补偿器选型计算；补偿器选型计算；补偿器选型计算； 支吊架选型计算；并为土建支撑结构设计提支吊架选型计算；并为土建支撑结构设计提支吊架选型计算；并为土建支撑结构设计提支吊架选型计算；并为土建支撑结构设计提 供荷载依据供荷载依据供荷载依据供荷载依据 为有限元计算提供依据为有限元计算提供依据为有限元计算提供依据为有限元计算提供依据2.2 计算分析范围计算分析范围从汽轮机排汽装置出口至空冷凝汽器蒸汽分配管从汽轮
8、机排汽装置出口至空冷凝汽器蒸汽分配管从汽轮机排汽装置出口至空冷凝汽器蒸汽分配管从汽轮机排汽装置出口至空冷凝汽器蒸汽分配管入口入口入口入口 2.3 计算分析主要内容计算分析主要内容设计参数的确定；设计参数的确定；设计参数的确定；设计参数的确定；材料确定；材料确定；材料确定；材料确定；管径、壁厚的选择计算及加固肋的选型计算；管径、壁厚的选择计算及加固肋的选型计算；管径、壁厚的选择计算及加固肋的选型计算；管径、壁厚的选择计算及加固肋的选型计算；排汽管道布置；排汽管道布置；排汽管道布置；排汽管道布置；CAESAR IICAESAR II模型的建立和分析计算；模型的建立和分析计算；模型的建立和分析计算；
9、模型的建立和分析计算；3. 3. 原始参数的确定原始参数的确定原始参数的确定原始参数的确定3.1 3.1 设计参数设计参数设计参数设计参数 设计压力取设计压力取设计压力取设计压力取-0.1MPa-0.1MPa（g g）、）、）、）、+0.05MPa+0.05MPa（g g），设计温度取），设计温度取），设计温度取），设计温度取120120。3.2 3.2 管道及附件材质管道及附件材质管道及附件材质管道及附件材质 材料采用材料采用材料采用材料采用Q235-BQ235-B。3.3 3.3 直管管径、壁厚、加强圈型式、加强圈间距的计算直管管径、壁厚、加强圈型式、加强圈间距的计算直管管径、壁厚、加强圈
10、型式、加强圈间距的计算直管管径、壁厚、加强圈型式、加强圈间距的计算 管径：根据汽轮机排汽参数和排汽流量计算确定。主管管径管径：根据汽轮机排汽参数和排汽流量计算确定。主管管径管径：根据汽轮机排汽参数和排汽流量计算确定。主管管径管径：根据汽轮机排汽参数和排汽流量计算确定。主管管径DN7600DN7600，支管管径，支管管径，支管管径，支管管径DN3400DN3400。 直管管道壁厚及加强圈型式、加强圈间距的计算：直管管道壁厚及加强圈型式、加强圈间距的计算：直管管道壁厚及加强圈型式、加强圈间距的计算：直管管道壁厚及加强圈型式、加强圈间距的计算： ASME DIV.1 或或或或钢制压力容器钢制压力容器
11、钢制压力容器钢制压力容器GB150GB15019981998。计算软件采用。计算软件采用。计算软件采用。计算软件采用SW6-SW6-19981998，也可采用手工计算，两者计算结果完全一致。，也可采用手工计算，两者计算结果完全一致。，也可采用手工计算，两者计算结果完全一致。，也可采用手工计算，两者计算结果完全一致。4. 排汽管道布置排汽管道布置5 CAESAR II应力分析计算应力分析计算5.1 管道模型的建立管道模型的建立 排汽管道模型的建立除常规因素外，我们还考虑了基排汽管道模型的建立除常规因素外，我们还考虑了基排汽管道模型的建立除常规因素外，我们还考虑了基排汽管道模型的建立除常规因素外，
12、我们还考虑了基础差异沉降位移、风荷载、地震荷载、支架摩擦力等影响。础差异沉降位移、风荷载、地震荷载、支架摩擦力等影响。础差异沉降位移、风荷载、地震荷载、支架摩擦力等影响。础差异沉降位移、风荷载、地震荷载、支架摩擦力等影响。5.1.1 5.1.1 端点附加位移端点附加位移端点附加位移端点附加位移5.1.1.15.1.1.1设备接口附加热位移设备接口附加热位移设备接口附加热位移设备接口附加热位移 排汽装置接口热膨胀引起的热位移为：排汽装置接口热膨胀引起的热位移为：排汽装置接口热膨胀引起的热位移为：排汽装置接口热膨胀引起的热位移为： Wx=0 mmWx=0 mmWy= +7.327mmWy= +7.
13、327mm Wz= 7.892mmWz= 7.892mm 空冷凝汽器接口热膨胀引起的热位移为：空冷凝汽器接口热膨胀引起的热位移为：空冷凝汽器接口热膨胀引起的热位移为：空冷凝汽器接口热膨胀引起的热位移为： Wx=0 mmWx=0 mmWy= -55mmWy= -55mmWz= 0mmWz= 0mm5.1.1.2设备基础差异沉降引起的附加位移设备基础差异沉降引起的附加位移汽机房和空冷平台之间的基础差异沉降对于排汽汽机房和空冷平台之间的基础差异沉降对于排汽汽机房和空冷平台之间的基础差异沉降对于排汽汽机房和空冷平台之间的基础差异沉降对于排汽装置接口的推力、力矩的影响很大，因此在计算装置接口的推力、力矩
14、的影响很大，因此在计算装置接口的推力、力矩的影响很大，因此在计算装置接口的推力、力矩的影响很大，因此在计算排汽管道需模拟基础差异沉降的影响。排汽管道需模拟基础差异沉降的影响。排汽管道需模拟基础差异沉降的影响。排汽管道需模拟基础差异沉降的影响。设备差异沉降引起的附加位移值在工程中根据实设备差异沉降引起的附加位移值在工程中根据实设备差异沉降引起的附加位移值在工程中根据实设备差异沉降引起的附加位移值在工程中根据实际的地基土物理特性、地基处理方式与土建专业际的地基土物理特性、地基处理方式与土建专业际的地基土物理特性、地基处理方式与土建专业际的地基土物理特性、地基处理方式与土建专业协商确定。协商确定。协
15、商确定。协商确定。5.1.1.3风和地震工况附加位移风和地震工况附加位移由于风和地震引起空冷凝汽器接口的水平位移我由于风和地震引起空冷凝汽器接口的水平位移我由于风和地震引起空冷凝汽器接口的水平位移我由于风和地震引起空冷凝汽器接口的水平位移我们考虑了们考虑了们考虑了们考虑了x x和和和和y y两个方向，该位移值只在地震或风两个方向，该位移值只在地震或风两个方向，该位移值只在地震或风两个方向，该位移值只在地震或风工况起作用，位移取正负值，其值的大小和方向工况起作用，位移取正负值，其值的大小和方向工况起作用，位移取正负值，其值的大小和方向工况起作用，位移取正负值，其值的大小和方向由地震和风荷载条件决
16、定。由地震和风荷载条件决定。由地震和风荷载条件决定。由地震和风荷载条件决定。5.1.2风荷载风荷载风压计算按照风压计算按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB50009-2001，同时参考，同时参考ASCE 7-2005规范进行修正。基本风压取规范进行修正。基本风压取50年一遇年一遇10米高米高10分钟平均最大风速所相应的风压分钟平均最大风速所相应的风压计算公式计算公式将不同高度的风压输入将不同高度的风压输入CAESAR II计算程计算程序中进行风载计算。模型中，只对室外管序中进行风载计算。模型中，只对室外管道计算风荷载，汽机房内管道不考虑风荷道计算风荷载，汽机房内管道不考虑风荷载。载。5.1
17、.3地震地震按静态法计算。地震加速度取按静态法计算。地震加速度取0.15g。5.1.4补偿器的选择补偿器的选择满足管道应力补偿的要求；满足管道应力补偿的要求；满足管道应力补偿的要求；满足管道应力补偿的要求；结合支吊架的型式、管系膨胀方式确定；结合支吊架的型式、管系膨胀方式确定；结合支吊架的型式、管系膨胀方式确定；结合支吊架的型式、管系膨胀方式确定；考虑周围空间大小；考虑周围空间大小；考虑周围空间大小；考虑周围空间大小；补偿器价格等因素。补偿器价格等因素。补偿器价格等因素。补偿器价格等因素。本计算主要采用铰链式补偿器，通过补偿器的角本计算主要采用铰链式补偿器，通过补偿器的角本计算主要采用铰链式补
18、偿器，通过补偿器的角本计算主要采用铰链式补偿器，通过补偿器的角向变形来补偿管道的位移，同时消除补偿器盲板向变形来补偿管道的位移，同时消除补偿器盲板向变形来补偿管道的位移，同时消除补偿器盲板向变形来补偿管道的位移，同时消除补偿器盲板力的影响。力的影响。力的影响。力的影响。由于补偿器为成品采购，因此，计算中只对补偿由于补偿器为成品采购，因此，计算中只对补偿由于补偿器为成品采购，因此，计算中只对补偿由于补偿器为成品采购，因此，计算中只对补偿器进行简化模拟，以达到管道应力分析的要求。器进行简化模拟，以达到管道应力分析的要求。器进行简化模拟，以达到管道应力分析的要求。器进行简化模拟，以达到管道应力分析的
19、要求。补偿器的详细计算和设计由设备制造厂完成。补偿器的详细计算和设计由设备制造厂完成。补偿器的详细计算和设计由设备制造厂完成。补偿器的详细计算和设计由设备制造厂完成。5.2 荷载组合工况荷载组合工况计算工况组合方式计算工况组合方式正常载荷工况正常载荷工况正常载荷工况正常载荷工况 风载荷工况风载荷工况风载荷工况风载荷工况 地震工况地震工况地震工况地震工况 持续荷载持续荷载持续荷载持续荷载SUS SUS WW、P P、H H SUS+OCC SUS+OCC （WINWIN） SUS+OCCSUS+OCC（U U） 膨胀工况膨胀工况膨胀工况膨胀工况EXP EXP DD、T T 运行工况运行工况运行工
20、况运行工况OPEOPE（120120） WW、DD、T T、P P、HH（考虑设（考虑设（考虑设（考虑设备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移） OPE+XOPE+X、Y Y向风：向风：向风：向风：分别取正负号叠分别取正负号叠分别取正负号叠分别取正负号叠加加加加OPE+XOPE+X、Y Y向地向地向地向地震：分别取正负号震：分别取正负号震：分别取正负号震：分别取正负号叠加叠加叠加叠加运行工况运行工况运行工况运行工况OPEOPE（5050） WW、DD、T T、
21、P P、HH（考虑设（考虑设（考虑设（考虑设备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）OPE+XOPE+X、Y Y向风：向风：向风：向风：分别取正负号叠分别取正负号叠分别取正负号叠分别取正负号叠加加加加OPE+XOPE+X、Y Y向地向地向地向地震：分别取正负号震：分别取正负号震：分别取正负号震：分别取正负号叠加叠加叠加叠加运行工况运行工况运行工况运行工况OPEOPE（-40-40） WW、DD、T T、P P、HH（考虑设（考虑设（考虑设（考虑设备接口热膨胀引
22、起的热位备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位备接口热膨胀引起的热位移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）移和基础差异沉降位移）OPE+XOPE+X、Y Y向风：向风：向风：向风：分别取正负号叠分别取正负号叠分别取正负号叠分别取正负号叠加加加加OPE+XOPE+X、Y Y向地向地向地向地震：分别取正负号震：分别取正负号震：分别取正负号震：分别取正负号叠加叠加叠加叠加6 结论和建议结论和建议6.1结论：结论：冷态工况（冷态工况（冷态工况（冷态工况（SUSSUS）、热胀工况（）、热胀工况（）、热胀工况（）、热胀工况（EXPEXP）及冷态工）及冷态工）及冷态工）及冷
23、态工况况况况+偶然工况（偶然工况（偶然工况（偶然工况（OCCOCC）的一次应力和热胀应力范）的一次应力和热胀应力范）的一次应力和热胀应力范）的一次应力和热胀应力范围满足规范要求；围满足规范要求；围满足规范要求；围满足规范要求；各个工况下支吊架位移和荷载合理，可作为支吊各个工况下支吊架位移和荷载合理，可作为支吊各个工况下支吊架位移和荷载合理，可作为支吊各个工况下支吊架位移和荷载合理，可作为支吊架选择依据；架选择依据；架选择依据；架选择依据；设备接口推力和力矩值将与制造厂进一步配合；设备接口推力和力矩值将与制造厂进一步配合；设备接口推力和力矩值将与制造厂进一步配合；设备接口推力和力矩值将与制造厂进
24、一步配合；弹簧选择表作为弹簧选择依据；弹簧选择表作为弹簧选择依据；弹簧选择表作为弹簧选择依据；弹簧选择表作为弹簧选择依据；补偿器性能、参数作为补偿器选型的基础。补偿器性能、参数作为补偿器选型的基础。补偿器性能、参数作为补偿器选型的基础。补偿器性能、参数作为补偿器选型的基础。6.2建议：建议： 由于由于由于由于CAESAR IICAESAR II程序将管线作为杆件处理，程序将管线作为杆件处理，程序将管线作为杆件处理，程序将管线作为杆件处理，与实际情况具有一定的偏差，因此，该程序只能与实际情况具有一定的偏差，因此，该程序只能与实际情况具有一定的偏差，因此，该程序只能与实际情况具有一定的偏差，因此，
25、该程序只能进行整体的受力分析和应力评判，而各个零部件进行整体的受力分析和应力评判，而各个零部件进行整体的受力分析和应力评判，而各个零部件进行整体的受力分析和应力评判，而各个零部件的强度是否满足要求需通过局部应力计算才能得的强度是否满足要求需通过局部应力计算才能得的强度是否满足要求需通过局部应力计算才能得的强度是否满足要求需通过局部应力计算才能得出结论，因此，出结论，因此，出结论，因此，出结论，因此，CAESAR IICAESAR II程序计算是整个排汽程序计算是整个排汽程序计算是整个排汽程序计算是整个排汽管道设计的基础，但不是最终的手段。对每一种管道设计的基础，但不是最终的手段。对每一种管道设计的基础，但不是最终的手段。对每一种管道设计的基础，但不是最终的手段。对每一种布置型式和规格的排汽管道，还需通过有限元的布置型式和规格的排汽管道，还需通过有限元的布置型式和规格的排汽管道，还需通过有限元的布置型式和规格的排汽管道，还需通过有限元的分析计算来判断整个管系的安全性。分析计算来判断整个管系的安全性。分析计算来判断整个管系的安全性。分析计算来判断整个管系的安全性。 谢 谢！
