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来源：职称驿站所属分类：物理论文 发布时间：2012-07-30浏览：270次
摘要：随着现代工业的发展，大量高温高压管道的应用，使管道的应力分析显得尤为重要。文中阐述了电站主蒸汽管道应力分析的方法，并举例说明，为管道应力分析计算提供了可靠的模型。
关键词：管道应力；支吊架；管道设计；主蒸汽
目前随着工程建设的日益大型化，所用管道的管径逐渐增大，所以管道应力分析越来越受到设计单位和投资单位的重视，也对从事管道设计的人员提出了更高的要求。要求设计人员必须具备有一定的应力分析能力，才能设计出既满足工艺流程，又保证安全、经济合理、美观的管道设计。
1管道应力分析的概念
管道的应力，主要是由于管道承受内压力、外部荷载以及热膨胀或冷紧等多种因数引起的。其中热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题。
对于管道上的应力，一般分为一次应力和二次应力。
一次应力是指由管道所受荷载，如所受内压力和持续外载荷等引起应力。它是非自限性的，超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。
二次应力是指由热胀冷缩、端点位移以及支吊架设置等位移载荷所产生的应力，它是为满足位移约束条件或管道自身变形要求所必需的应力。二次应力的特点是具有自限性，它引起的主要是疲劳破坏。
2管道应力分析的任务
1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；
2）为了使与管系相连的设备的管日荷载在制造商或国际规范（如NEMASM-23、API-610、API-617等）规定的许用范围内；
3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASMEVlll的允许范围内；
4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；
5）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；
6）为了优化管系设计。
3管道应力分析的方法
一般来说，下述管系必须利用应力分析软件（如CAESARⅡ）通过计算机进行计算及分析。
①与储罐相连的，公称管径12”及以上且设计温度在100度及以上的管线；
②离心式压缩机（API617）及往复式压缩机（API618）的3”及以上的进、出口管线；
③蒸汽透平（NAMESM23）的入口、出口和抽提管线；
④泵（API610）——公称直径4”及以上且温度100度及以上或温度-20度及以下的吸入、排出管线；
⑤空冷器（API661）——公称直径6”及以上且温度120度及以上的进、出口管线；
⑥加热炉（API560）——与管口相连的6”及以上和温度200度及以上的管线；
⑦相当长的直管，如界区外的管廊上的管线；
⑧法兰处的泄漏会造成重大危险的管线，如氧气管线、环氧乙烷管线等；
⑨公称直径4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管线。
4实例分析
以某自备电站为例讨论：该电站安装B4背压汽轮机一台，B25背压汽轮机一台，进汽参数9.8MPa，540℃；安装240t/h循环流化床锅炉2台，蒸汽参数为9.8MPa，540℃；安装减温减压器8台，进汽参数9.8MPa，540℃，根据以上参数对主蒸汽管道进行管道应力计算。
1）电算图：
2）最大应力表：
编号 应力名称 计算值（KPa） 允许值（KPa）
1/A(50) 一次应力 46705.1 58449.0
二次应力 21399.9 214544.1
1/B(108) 一次应力 44559.5 58449.0
二次应力 155230.3 216690.1
3）管端推力表：
编号 六个力的分量 初期冷状态下
推力（N）/力矩(N.m) 管道运行初期工作状态下
推力（N）/力矩(N.m) 编号 六个力的分量 初期冷状态下
推力（N）/力矩(N.m) 管道运行初期工作状态下
推力（N）/力矩(N.m)
C(1890) Fx 0 10350 M(2650) Fx 245 2810
Fy 2038 2048 Fy 4725 3465
Fz 0 1657 Fz 127 -1686
Mx 534 522 Mx 2832 818
My 0 -8630 My 112 -44064
Mz 104 119 Mz 125 9611
F(4590) Fx 344 -2562 P(3600) Fx 306 -4859
Fy -1207 6440 Fy 5791 22542
Fz -742 -17442 Fz 8 -10774
Mx -1261 -3181 Mx 3597 -10053
My -18 1149 My -169 -10299
Mz -522 2126 Mz 787 2877
G(4580) Fx -191 1988 Q(3580) Fx 219 100
Fy 816 -1864 Fy -1616 -6061
Fz 45 3173 Fz -104 4404
Mx 202 -1300 Mx -1222 -7748
My 82 -224 My -144 1349
Mz 51 152 Mz -100 1401
H(19990) Fx 231 -5294 U(3100) Fx 259 -16354
Fy 5206 5308 Fy 5300 23488
Fz 117 3531 Fz -34 8853
Mx 237 -4819 Mx -3155 7078
My 306 424 My 150 5177
Mz -514 -3521 Mz 701 6650
I(4140) Fx 86 4991 V(3080) Fx 197 8904
Fy 417 -2591 Fy -616 -7779
Fz -4 -1876 Fz 72 -835
Mx 149 -59 Mx 579 7699
My -28 1473 My 132 -1349
Mz -3 -7 Mz -171 2266
Z(1390) Fx 0 10350 T(2150) Fx 109 617
Fy 2038 2048 Fy 6299 5736
Fz 0 1657 Fz -37 -586
Mx 534 522 Mx 6247 4068
My 0 -8630 My -728 -10187
Mz 104 119 Mz 414 2590
注：以上计算得出的数据，是在设备厂家提供相应管端的初始位移的基础上计算得出。
本工程的主蒸汽管道应力分析与计算所得出的管端推力和力矩，经锅炉、汽机和减温减压器厂家核算，满足设备管端要求。在此次应力计算采用可变弹簧、恒力弹簧、滑动支架、固定支架以及冷紧多手段相结合的方式进行设计，在多次调整后达到满足应力分析的要求。
5结论
管道应力分析与计算，是研究管道在各种荷载作用下产生的力、力矩和应力，从而判断管道的安全性，同时使管道设计尽可能经济合理。管道应力分析是管道设计的基础，通过应力分析可以优化管道设计，可以使管道设计更加合理化。
参考文献：
[1]陈昊.管道设计中关于管道应力的分析与考虑.科技信息，2009.
[2]宋岢岢.工业管道应力分析与工程应用.中国石化出版社，2011-03-01.
[3]姜崴.管道应力分析软件在化工设计中的应用.山西化工，2004.
[4]陈俊.管道应力及固定点受力分析.化工设计通讯，2001.
《管道应力分析及设计》
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文章名称： 管道应力分析及设计
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