压力管道设计审批人员培训班-管道应力分析-张世忱.pdf

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1、管道机械专题主讲：张世忱中国寰球工程公司一、管机专业的职责一、管机专业的职责 1、应力分析（静力分析、动力分析）、应力分析（静力分析、动力分析）;2、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；3、对动设备（机泵、空冷器、透平等）管口受力进行校核、对动设备（机泵、空冷器、透平等）管口受力进行校核 计算；计算；4、管架设计；、管架设计；5、审核供货商文件；、审核供货商文件；6、编制、修改规定；、编制、修改规定；7、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；8、本专业人员培训；、本专业人员培训；9、进度、质量及人工时

2、控制、进度、质量及人工时控制；10、参加现场技术服务；、参加现场技术服务；二、管道机械专业（应力分析）常用的标准规范二、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化工装置管道机械设计规定 3、SHJ41-91石油化工企业管道柔性设计规范石油化工企业管道柔性设计规范 4、GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器 5、HG20695-1987化工管道设计规范化工管道设计规范 6、API610 离心泵离心泵 7、NEMA SM23 透平透平 8、API617 离心压缩机离心

3、压缩机 9、API661 空冷器空冷器 10、ANSI/B31.1、APIRP520 安全阀与爆破片安全阀与爆破片三、工程设计阶段管机专业的任务三、工程设计阶段管机专业的任务 初步设计、基础设计阶段初步设计、基础设计阶段 编制工程设计规定编制工程设计规定 (2)参加设备布置工作；参加设备布置工作；(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；详细设计阶段详细设计阶段 修订工程设计规定（应力分析、管架设计、管架施工说明）修订工程设计规定（应力分析、管架设计、管架施工说明）（四级签署）；（四级签署）；重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析；重要管线的壁厚计算，特殊管

4、件的应力分析；编制临界管线表（三级签署）编制临界管线表（三级签署）静力分析静力分析 应力分析（三、四级）；应力分析（三、四级）；动力分析动力分析 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；支管补强计算；支管补强计算；插插 图图 动设备许用荷载校核（四级）动设备许用荷载校核（四级）夹套管（蒸汽、热油、热水）计算（端部强度计算、内部夹套管（蒸汽、热油、热水）计算（端部强度计算、内部 导向翼板位置确定）导向翼板位置确定）往复式压缩机、往复泵动力分析（四级）往复式压缩机、往复泵动力分析（四级）安全阀、爆破膜泄放反力计算安全阀、爆破膜泄放反力计算 结构、建筑荷载

5、条件结构、建筑荷载条件 设备管口荷载、预焊件条件设备管口荷载、预焊件条件 编制管架表编制管架表 绘制非标管架图绘制非标管架图 编制管架综合材料表编制管架综合材料表 编制弹簧架表编制弹簧架表 编制柔性件（膨胀节、软管等）技术特性表编制柔性件（膨胀节、软管等）技术特性表 管架施工安装说明管架施工安装说明 3、各文件应包含的内容：、各文件应包含的内容：工程规定内容工程规定内容 A、适用范围；、适用范围；B、概述、概述；C、设计中采用的标准规范、设计中采用的标准规范；D、计算程序（软件）、计算程序（软件）；E、设计温度、压力、安装温度、压力、设计温度、压力、安装温度、压力；F、设计荷载：、设计荷载：1

6、0米高度基本风压值米高度基本风压值；地震烈度地震烈度 雪荷载雪荷载 土壤的化学、力学性质土壤的化学、力学性质壁厚计算壁厚计算 A、当、当 B、当、当 t 的确定应根据断裂理论、疲劳、热应力及材料特性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。等因素综合考虑确定。C、外压直管的壁厚，应根据、外压直管的壁厚，应根据GB150规定的方法确定。规定的方法确定。D、其它的管件（如、其它的管件（如Y型三通、孔板等）依据相应的规范中型三通、孔板等）依据相应的规范中 公式进行计算。公式进行计算。时或385.06tPDot PPDotPDtttO+=2385.06时且临界管线表临界管线表

7、计算机计算（计算机计算（Y）应力分析应力分析 简单手算（公式法、图表法）（简单手算（公式法、图表法）（F）管线）管线 目测法（目测法（V）非应力分析通常，非应力分析通常，T340，应做应力分析，应做应力分析 3.208)(2ULYDD管外径（管外径（mm）Y总位移（总位移（mm）Y=（X2+Y2+Z2）1/2L管线总长（管线总长（m）(AB+BC+CD)U管线的直线距离（管线的直线距离（m）(AD间的直线距离间的直线距离)（依据（依据ASME/ANSI B31.1及及B31.3）固定固定A、静力分析包含的内容、静力分析包含的内容 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

8、管道塑性变形破坏 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 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，保证防止作用力太大，保证 设备正常运行设备正常运行 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 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 静力分析静力分析应力分析应力分析 动力分析动力分析B、动力分析包含的内容、动力分析包含的内容 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 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 c)往复式压缩机（泵）

9、气（液）柱频率分析往复式压缩机（泵）气（液）柱频率分析防止气柱共振防止气柱共振 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动值控制压力脉动值(值值)C、动力分析要点、动力分析要点 机器动平衡差机器动平衡差基础设计不当；基础设计不当；气流脉动气流脉动 气柱共振；气柱共振；a)振源振源 阻力、流速、流向变化阻力、流速、流向变化异径管、弯头、阀门、异径管、弯头、阀门、孔板等附近产生激振力；孔板等附近产生激振力；共振共振激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；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c)减少脉动和气柱共振的方法：减

10、少脉动和气柱共振的方法：1)加大缓冲罐加大缓冲罐 一般为气缸容积的一般为气缸容积的10倍以上，使缓冲罐尽量倍以上，使缓冲罐尽量 靠近进出口，但不能放在共振管长位置。靠近进出口，但不能放在共振管长位置。2)两台或三台压缩机的汇集总管为进口管容积之和的三倍。两台或三台压缩机的汇集总管为进口管容积之和的三倍。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：介质内的声速气体流速介质内的声速气体流速VVU,UDd4=5.03.0Dd=孔板厚度孔板厚度=35mm 孔板位置孔板位置 在较大缓冲罐的在较大缓冲罐的 进出口均可进出口均可 d)减少激振力减少激振力减少弯

11、头、三通、异径管等管件。减少弯头、三通、异径管等管件。改改90。为弯头为弯头45。弯头。弯头。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。(1)共振区域共振区域 放大因子放大因子W0 固有频率（角频）固有频率（角频）W1激振频率（角频）激振频率（角频）通 常通 常 W0应 避 开应 避 开 0.8W1 1.2W1 的区域，在工程中最好 避 开的区域，在工程中最好 避 开 0.5W1 1.5W1的 范围，这样振幅较小。的 范围，这样振幅较小。W0/W1(2)通常通常W0应在应在W1（压缩机的吸入或吸出频率）的（压缩机的吸入或吸出频率）的1.

12、2倍以上，倍以上，设计时最好控制设计时最好控制W1在在1.5倍以上。倍以上。(3)激振力频率激振力频率W1=缸数单（双）作用数（缸数单（双）作用数（1/秒）秒）n=转转/分分压缩机转数压缩机转数 60n(4)控制压力脉动控制压力脉动 注：此为原苏联标准注：此为原苏联标准(5)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管道柔性，提高管道柔性，减小位移量，防止对设备管口的推力过大。支管补强计算减小位移量，防止对设备管口的推力过大。支管补强计算降低局部应力降低局部应力等面积补强等面积补强WRC329 动设备管口许用荷载校核动设备管口许用荷载校核API 610;API

13、 617;NEMA SM 23;API 661。a)管道计算夹套管计算管道计算夹套管计算 b)端部强度计算端部强度计算 c)内部导向翼板位置确定往复式机泵动力分析安全阀，爆破膜泄放反力计算内部导向翼板位置确定往复式机泵动力分析安全阀，爆破膜泄放反力计算ANSI/B 31.1API RP 520结构，荷载条件：结构，荷载条件：F1000Kgf，M750Kgf Bf Bf 梁翼缘宽度。梁翼缘宽度。需提条件给土建需提条件给土建：沉降量的考虑；储罐抗震措施。：沉降量的考虑；储罐抗震措施。插插 图图插插 图图设备管口荷载及预焊件条件设备管口荷载及预焊件条件供设备专业校核局部应力和设计用、略编制弹簧架表供

14、设备专业校核局部应力和设计用、略编制弹簧架表选型、荷载、位移串联选型、荷载、位移串联按最大荷载选弹簧按最大荷载选弹簧 位移按最大位移量分配并联位移按最大位移量分配并联选同型号弹簧、荷载平均分配荷载变化率选同型号弹簧、荷载平均分配荷载变化率国标国标25（可改变）（可改变）(17)编制柔性件（膨胀节、软管等）技术特性表编制柔性件（膨胀节、软管等）技术特性表表表 格格插插 图图四、管道支架四、管道支架1、管道支架的形式：、管道支架的形式：1）固定架）固定架限制三个方向的位移和三个方向的转角；限制三个方向的位移和三个方向的转角；2）导向架）导向架限制二个方向的位移；限制二个方向的位移；3）限位架）限位

15、架限制二个方向的位移；限制二个方向的位移；4）承重架、吊架）承重架、吊架限制一个方向的位移。限制一个方向的位移。（设计吊架时不仅要计算承载力，同时要考虑管道在该处的位移量。）（设计吊架时不仅要计算承载力，同时要考虑管道在该处的位移量。）形补偿器形补偿器2、管道跨距及导向间距、管道跨距及导向间距 1）管道跨距）管道跨距强度及刚度两项控制强度及刚度两项控制 强度控制强度控制略略 刚度控制刚度控制装置内装置内13mm，装置外，装置外25 mm （1020 mm）(38 mm)2）导向间距：）导向间距：a)水平管水平管 b)垂直管垂直管插插 图图插插 图图附表附表2设备管口承载能力表（仅供参考）设备管

16、口承载能力表（仅供参考）注：注：F=N，M=N M 该表依据为该表依据为R=1000mm，t=10mm若不同，则加修正系数若不同，则加修正系数 若为压力容器，则取表列值的若为压力容器，则取表列值的75。Rtf5.1=返返 回回=1111LtL=2222LtL 返返 回回L1与与L2尽可能接近。尽可能接近。返返 回回()27311MkTkgWPF+=W 泄放量泄放量hkg/g 重力加速度重力加速度k 热交换比热交换比 k=1.4T 出口温度（出口温度（t+273)M 泄放物的平均分子量泄放物的平均分子量122FF=返返 回回水平形补偿器两侧的导向架与弯头要有一定的距离。管道支架的设计及计算水平形

17、补偿器两侧的导向架与弯头要有一定的距离。管道支架的设计及计算TC42B2-94 全国化工工程建设标准编辑中心全国化工工程建设标准编辑中心 联系电话：联系电话：010-64234437返返 回回限位架承重架导向架导向架限位架承重架导向架导向架返返 回回承重支架承重支架导向支架导向支架返返 回回适用性：同直径，两端固定，无支管，无中间约束。不适用：1、剧烈循环条件下工作管道（循环次数大于7000）；2、大直径的薄壁管（t/D0.02);3、端点位移量占总位移量大部分的管道；4、L/U 2.5的不等腿U形管道或近似锯齿形的管道；5、约束点的约束力有要求的管道；6、非钢的管道。适用性：同直径，两端固定，无支管，无中间约束。不适用：1、剧烈循环条件下工作管道（循环次数大于7000）；2、大直径的薄壁管（t/D0.02);3、端点位移量占总位移量大部分的管道；4、L/U 2.5的不等腿U形管道或近似锯齿形的管道；5、约束点的约束力有要求的管道；6、非钢的管道。返回返回