管道應力分析舉例

張婭

摘 要：進行管道設計，不僅要滿足P&ID的要求，還要使管道設計既安全可靠又經濟合理。筆者在管道應力分析方面做了一些工作，結合工程實際舉例。

主題詞：管道 CAESARⅡ應力分析程序; 一次應力; 二次應力; 推力

1 ?系統管道應力分析的主要內容

進行管道設計，不僅要滿足P&ID的要求，還要使管道設計既安全可靠又經濟合理，管道應力分析是實現這一目標的手段和方法。

那么，什么樣的管系應采用計算機分析程序來進行詳細的應力分析呢？

a.DN80及以上的管道，設計溫度高于450℃時;

b.DN150及以上的管道，設計溫度250℃以上時;

c.DN650以上的大口徑管道;

d.與旋轉設備（泵、壓縮機、透平等）相連接管道;

e.兩相流管道;

f.脈動流管道。

2 ? 蒸汽管道應力分析舉例

某廠系統管廊上公用工程蒸汽線大都是采用兩端為固定中間管段設置Π形彎利用自然彎曲和扭轉產生變形來吸收管道的熱伸長。

此種情況DN350～DN400的管子二次應力校核通不過，對比以上兩種臂長（h）不同時應力分析結果，建議在設置DN350～DN400管子自然補償時Π形彎臂長選取大于等于4.5m來考慮是可行的。

結論1：通過計算機分析程序得到以上一種配管單元在兩種不同工況下各管徑固定點處的水平推力，同一種工況，同一種配管模型下，管子直徑越大，管系熱應力越大，管系對固定點的水平推力也越大，以下列出幾種改善管道熱應力過大的措施：

（1）改變管道的走向，以增加管道的柔性;

（2）將剛件支架改為彈簧吊架，增加彈簧吊架的柔性;

（3）改變支架結構，減少活動支架的摩擦力，或將支架改為吊架;

（4）提高法蘭的等級，或將法蘭連接改為焊接以減少泄漏;

（5）設置波形補償器等元件以解決管道熱膨脹問題等。

（6）在支吊架有上下位移處，應設置彈簧吊架或彈簧支架。

結論2：以上兩種工況下滿足應力校核公式的各管徑管系熱脹量均在標準管托允許的位移量下，徑向位移量也不大，這樣的管系是比較可靠的。

因此設計中對成排敷設的管道在補償器處和管道拐彎處要適當加大管間距，或者增設限位支座，以避免多根管道擁擠在一起，甚至管道脫落管架、管墩。

但是實際配管形式多樣，特別是復雜管系，需設計人員結合相應的應力分析方法具體問題具體分析，是優化設計的有力保證。

參考文獻：

[1]唐永進，壓力管道應力分析中國石化出版社，2003.11

[2]張德姜 王懷義 劉邵葉，石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊第二版，管道器材，中國石化出版社，1998.7

[3]岳進才，壓力管道技術，中國石化出版社，2001.2