管道应力分析概述
CAESARII软件介绍
CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，使用方便快捷。交互式数据输入图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框，实体图）强大的3D计算结果图形分析功能，丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模，并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。
一、管道应力分析的原则
管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。
二、管道应力分析的主要内容
管道应力分析分为静力分析和动力分析。
静力分析包括：
1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏；
2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏；
3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行；
4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据；
5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。
动力分析包括：
l）管道自振频率分析——防止管道系统共振；
2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力；
3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振；
4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。
三、管道上可能承受的荷载
（1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；
（2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力；
（3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；
（4）风荷载；
（5）地震荷载；
（6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击：
（7）两相流脉动荷载；
（8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；
（9）机械振动荷载：如回转设备的振动。
四、管道应力分析的目的
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口荷载在制造商或国际规范（如NEMA SM-23、API-610、API-6 17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ASME Vlll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。
五、管道柔性设计方法的确定
一般说来，下述管系必须利用应力分析软件（如CAESAR II）通过计算机进行计算及分析。
1）与贮罐相连的，公称管径12”及以上且设计温度在100度及上的管线；
2）离心式压缩机（API 617）及往复式压缩机（API 618）的3”及以上的进、出口管线：
3）蒸汽透平（NAME SM23）的入口、出口和抽提管线；
4）泵（API 610）——公称管径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（API 661）——公称管径6”及以上且温度120度及以上的进、出口管线；
6）加热炉（API 560）——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）公称管径4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管线；
六、摩擦系数的确定
除非另有规定，在进行管道柔性分析时摩擦系数应作如下考虑：
滑动支架：
钢对钢0.3
不锈钢对聚四氟乙烯0.1
聚四氟乙烯对聚四氟乙烯0.08
钢对混凝土0.6
滚动支架：
钢对钢（滚珠）0.3
钢对钢（滚柱）0.3
注：滚珠沿轴向运动时应采用滑动摩擦系数．
七、管道柔性设计
管道柔性是反映管道变形难易程度的一个物理概念，表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。进行管道设计时，应在保证管道具有足够的柔性来吸收位移应变的前提下，使管道的长度尽可能短或投资尽可能少。在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑管道端点的附加位移。设计时，一般采用下列一种或几种措施来增加管道的柔性：
（1）改变管道的走向；
（2）选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器；
（3）选用弹性支吊架。
八、管道柔性设计的目的
管道柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道回热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因造成下列问题；
（1）管道应力过大引起金属疲劳和（或）管道推力过大造成支架破坏；
（2）管道连接处产生泄漏；
（3）管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行。
九、应进行详细柔性设计的管道
（1）进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；
（2）进出汽轮机的蒸汽管道；
（3）进出离心压缩机，透平鼓风机的工艺管道；
（4）进出离心分离机的工艺管道；
（5）进出高温反应器的管道；
（6）温度超过400℃的管道；
（7）利用图表或其他简化法初步分析后，表明需要进一步详细分析的管道：
（8）与有受力要求的其他设备相连的管道
十、管道柔性设计计算结果的内容
（1）输入数据；
（2）各节点的位移和转角；
（3）各约束点的力和力矩；
（4）各节点的应力；
（5）二次应力最大值的节点号、应力值和许用应力范围值；
（6）弹簧参数表。
十一、管道柔性设计合格的标准
（1）管道上各点的二次应力值应小于许用应力范围；
（2）管道对设备管口的推力和力矩应在允许的范围内；
（3）管道的最大位移量应能满足管道布置的要求。
十二、冷紧问题
冷紧是指在安装时（冷态）使管道产生一个初位移和初应力的一种方法。
如果热胀产生的初应力较大时，在运行初期，初始应力超过材料的屈服强度而发生塑性变形，或在高温持续作用下，管道上产生应力松弛或发生蠕变现象，在管道重新回到冷态时，则产生反方向的应力，这种现象称为自冷紧。
冷紧的目的是将管道的热应变一部分集中在冷态，从而降低管道在热态卜的热胀应力和对端点的推力和力矩，也可防止法兰连接处弯矩过大而发生泄漏。但冷紧不改变热胀应力范围。
冷紧比为冷紧值与全补偿量的比值。
通常应尽量避免采用冷紧，在必须采用冷紧的情况下，要遵循下列原则：
● 为了降低管道运行初期在工作状态下的应力和管道对连接设备或固定点的推力、力矩以及位
移量，可以采用冷紧，但冷紧不能降低管道的应力范围；
● 对于材料在蠕变条件下（碳钢380度以上，低合金钢和高铬钢420度以上）工作的管道进行
冷紧时，冷紧比（亦即冷紧值与全补偿量的比值）应不小于0.7。对于材料在非蠕变条件下工
作的管道，冷紧比它取0.5。对冷紧有效系数，热态取2/3，冷态取1。
● 对连接转动设备的管道，不宜采用冷紧。
● 与敏感设备相连的管道不宜采用冷紧。因为由于施工误差使得冷紧量难于控制，另一方面，在管道安装完成要将与敏感设备管口相连的管法兰卸开，以检查该法兰与设备法兰的同轴度和平行度，如果采用冷紧将无法进行这一检查。
十三、带约束的金属波纹管膨胀节类型
（1）单式铰链型膨胀节，由一个波纹管及销轴和铰链板组成，用于吸收单平面角位移；
（2）单式万向铰链型膨胀节，由一个波纹管及万向环、销轴和铰链组成，能吸收多平面角位移；
（3）复式拉杆型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及拉杆组成，能吸收多平面横向位移和膨
胀节本身的轴向位移；
（4）复式铰链型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收单平面横向
位移和膨胀节本身的轴向位移；
（5）复式万向铰链型膨胀节，由用中间管连接的两个波纹管及销轴和铰链板组成，能吸收互相垂
直的两个平面横向位移和膨胀节本身的轴向位移；
（6）弯管压力平衡型膨胀节，由一个工作波纹管或用中间管连接的两个工作波纹管及一个平衡波
纹管构成，工作波纹管与平衡波纹管间装有弯头或三通，平衡波纹管一端有封头并承受管道
内压，工作波纹管和平衡波纹管外端间装有拉杆。此种膨胀节能吸收轴向位移和/或横向位
移。拉杆能约束波纹管压力推力。常用于管道方向改变处；
（7）直管压力平衡型膨胀节，一般由位于两端的两个工作波纹管及有效面积等于二倍工作波纹管
有效面积、位于中间的一个平衡波纹管组成，两套拉杆分别将每一个工作波纹管与平衡波纹
管相互连接起来。此种膨胀节能吸收轴向位移。拉杆能约束波纹管压力推力。
带约束的金属波纹管膨胀节的共同特点是管道的内压推力（俗称盲板力）没有作用于固定点或限位点外，而是由约束波纹膨胀节用的金属部件承受。
十四、对转动设备允许推力的限制
管道对转动设备的允许推力和力矩就由制造厂提出，当制造厂无数据时，可按下列规定进行核算：
（1）单列、中心线安装、两点支承的离心泵，其允许推力和力矩应符合API610规定；
（2）尺寸较小的非冷凝式通用汽轮机，蒸汽管道对汽轮机接管法兰的最大允许推力和力矩应符合
NEMA SM23的规定。
（3）离心压缩机的管道对压缩机接管法兰的最大允许推力和力矩应取NEMA SM23规定值的1.85
倍。
十五、热膨胀量（初位移）的确定
（l）封头中心管口热膨胀量的计算
封头中心管口只有一个方向的热膨胀，即垂直方向，考虑到从分钦塔固定点至封头中心管口之间可能存在操作温度和材质的变化，故总膨胀量按下式计算；
（2）封头斜插管口热膨胀量的计算
封头斜插管口有两个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同式，水平方向的热膨胀量按下式计算：
（3）上部筒体径向管口有两个方向的热膨胀，即垂直方向和水平方向的热膨胀，垂直方向的热膨胀量计算同式，水平方向的热膨胀量按下式计算：
十六、管道设计中可能遇到的振动
（l）往复式压缩机及往复泵进出日管道的振动；
（2）两相流管道呈柱塞流时的振动；
（3）水锤：
（4）安全阀排气系统产生的振动；
（5）风载荷、地震载荷引起的振动。
十七、往复压缩机、泵的管道振动分析的内容
振动分析应包括：
（1）气（液）柱固有频率分析，使其避开激振力的频率；
（2）压力脉动不均匀度分析，采用设置缓冲器或孔板等脉动抑制措施，将压力不均匀度控制在允许范围内：
（3）管系结构振动固有频率、振动及各节点的振幅及动应力分析，通过设置防振支架优化管道布置，消除过大管道振动。
十八、共振
当作用在系统上的激振力频率等于或接近系统的因有频率时，振动系统的振幅会急剧增大，这种现象称为共振。
往复泵管道设计中可能引发共振的因素有：管道布置出现共振管长：缓冲器和管径设计不当造成流体固有频率与激振频率重叠导致气（液）柱共振；支承型式设置不当，转弯过多等造成管系机械振动固有频率与激振力频率重叠。要避免发生共振，应使气（液）柱固有频率、管系的结构固有频率与激振力频率错开。管道设计时应进行振动分析，合理设置缓冲器，避开共振管长，尽可能减少弯头，合理设置支架。
十九、管道支吊架的类型
管道支吊架可分为三大类：承重支吊架、限制性支吊架和防振支架。
承重支吊架可分为：刚性支吊架、可调刚性支吊架、弹簧支吊架和恒力支吊架。
限制性支吊架可分为：固定支架、限位支架和导向支架。
防振支架可分为：减振器和阻尼器。
二十、管道支吊架选用的原则
（1）在选用管道支吊架时，应按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温度是否保温式保冷、管道的材质等条件选用合适的支吊架：
（2）设计管道支吊架时，应尽可能选用标准管卡、管托和管吊；
（2）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省钢材，且制作简单，施工方例，因此，除下列情况外，应尽量采用焊接型的管插和管吊；
l）管内介质温度等于或大于400度的碳素钢材质的管道；
2）低温管道；
3）合金钢材质的管道：
4）生产中需要经常拆卸检修的管道；
二十一、管道支吊架的作用
第一：承受管道的重量荷载（包括自重、介质重等）；
第二：起限位作用，阴止管道发生非预期方向的位移；
第三：控制振动，用来控制摆动、振动或冲击。
固定架限制了三个方向的线位移和三个方向的角位移；
导向架限制了两个方向的线位移；
支托架（或单向止推架）限制了一个方向的线位移。
二十二、吊架刚度
恒力弹簧支吊架的刚度理论上为零：
刚性支吊架的刚度理论上为无穷大；
可变弹簧支吊架的刚度等于弹簧产生单位变形所需要的力。
二十三、恒力和可变弹簧支吊架在应用上的限制
恒力弹簧支吊架适用于垂直位移量较大或受力要求荷刻的场合，避免冷热态受力变化太大，导致设备受力或管系应力超标。恒力弹簧的恒定度应小于或等6%，以保证支吊点发生位移时，支承力的变化很小。
可变弹簧适用于支承点有垂直位移，用刚性支承会脱空或造成过大热胀推力的场合。与恒力弹簧相比，使用可变弹簧会造成一定的荷载转移，为防止过大的荷载转移，可变弹簧的荷载变化弯应小于或等于25%。
二十四、设计振动管道支架时，应注意下列问题（1）支架应采用防振管卡；
（2）支架间距应经过振动分析后确定；
（3）支架结构和支架的生根部分应有足够的刚度；
（4）宜设独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上；
（5）当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析的要求；
（6）支架应尽量沿地面设置。
二十五、管道支吊架位置的确定
（1）应满足管道最大允许跨度的要求；
（2）当有集中载荷时，支架应布置在靠近集中载荷的地方，以减少偏心载荷和弯曲应力；
（3）在敏感的设备（泵、压缩机）附近，应设置支架，以防止设备嘴于承受过的管道荷载；
（4）往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道，直单独设置支架，（支架生根于地面的管墩或管架上），以避免将振动传递到建筑物上；
（5）除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的上根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应能满足生根件的要求。
（6）对于复尽可能的管道，尤其是需要作详细应力计算的管道，尚应根据应力计算结果调整
（7）管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位；
（8）管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近；
（9）安全泄压装置出口管道应根据需要，考虑是否设置支架。
二十六、设置管道固定点应考虑下列问题
（l）对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L 形管段、U形管段、Z形管段等以便进行分析计算：
（2）确定管道固定点位置时，使其有利于两固定点间管段的自然补偿；
（3）选用II形补偿器时，宜将其设置在两固定点的中部；
（4）固定点直靠近需要限制分支管位移的地方；
（5）固定点应设置在需要承受管道振动、冲击载荷或需要限制管道多方向位移的地方。
（6）作用于管道中固定点的载荷，应考虑其两侧各滑动支架的磨擦反力；
（7）进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道，它在装置分界人设固定点。
二十七、压缩机进出口管道支架设计要点
（1）往复式压缩机的吸入和排出管道上的管架（或管墩）宜与建、构筑物基础脱开；不宜在楼板和平台上生根，当设计独立的管架（或管墩）时，第一个支架应靠近压缩机；
（2）往复式压缩机吸入和排出管道支架（或管墩）的高度应尽可能低，以便于管道的支承；
（2）往复式压缩机的管道抑振管架，宜设在管道集中荷载处、管道拐弯、分支以及标高有变化处；
（3）由于离心式压缩机吸入和排出管口一般均向下，机体热膨胀及管道热膨胀均向下，因此，管道支架宜采用弹簧支架或弹簧吊架。
二十八、泵管道支架设置要点
各类泵嘴均有荷载限制，支架设置时应考虑这一因素。
（1）在靠近泵的管段上设置支，吊架或弹簧支吊架；
（2）泵出口嘴垂直向上时，在距泵最近拐弯处，于泵基础以外的位置设置支架；也可在泵嘴正上方的拐弯处设吊架：
（3）对大型机泵的高温进出口管道，为减轻泵嘴受力而设置的支架，应尽量使约束点和泵嘴之间的相对热伸缩量最小；
（4）泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上设置可调支架，也可采用吊架或弹簧吊架；
（5）为防止往复泵管道的脉动，应缩短管道支架之间的距离，尽量采用管卡型支架，不宜采用吊架
（6）泵的管道为常温时，应在泵嘴最近处设固定支架或导向架；
（7）泵附属小管道尽量成组布置，以便安装支架；
（8）末经泵制造厂许可，不得在泵底座上安装支架。
二十九、弹簧支吊架设计
1，可变弹簧支吊架设计基础
当管子移动时，弹簧载荷稍微发生变化，但从应力的观点看：当管于从冷态变化到热态时，弹簧载荷有一些变化是允许的。一个预设在某个位置的可变弹簧
支吊架，在管子运动的全过程都对管子提供支承。当管于向上移动时，弹簧支吊架上的承重板上移，允许弹簧伸长，因而降低弹簧作用在管子上的载荷；当管子向下移动时，弹簧支吊架上的承重板也下移，使弹簧压缩，因而使弹簧作用在管子上的载荷增大。
弹簧支吊架设计的目的是选择一个符合下列要求的弹簧：
①当管子从冷态（安装状态）变化到热态（操作状态）后，弹簧提供必要的重力载荷支撑以平衡管系。
②从冷态到热态的总位移在允许的范围内。
③当弹簧载荷从冷载荷变化到热载荷时，不会在管系中造成过大的膨胀应力。
因为当管于从冷态到热态时，可变弹簧支吊架的载荷是变化的，并且弹簧支吊架设计的一个目的是提供必要的重量支撑载荷以平衡在热态位置的管系，因而有必要用不平衡的“冷态载荷”来安装弹簧支吊架。
2．载荷变化率
在某些情况下，管道规范推荐通过限制载荷变化率为10%或25%来使弹簧载荷的变化为最小。因为热态载荷和热位移取决于管系的结构，所以一个弹簧支吊架的可变性只能通过改变弹簧刚度来控制。大多数制造商对于每个载荷值提供三种（或更多）不同弹簧刚度的弹簧，分别推荐用于短程。中程和长程的位移。因为在一个给定载荷值下的所有弹簧，在它们的全部行程中支承相同的载荷变化，通常长程弹簧的刚度（及其载荷变化率）是中程弹簧的一半，而后者又是短程弹簧的一半。
3．弹簧选型表
弹簧是从弹簧表中选出来的。弹簧表显示了每一号弹簧在工作范围内的负载能力，以及每一号的短、中、长程弹簧的弹簧刚度。在已知热态载荷、热位移和变化率的条件下，从表中选择弹簧的步骤为：
①计算最大许用弹簧刚度；
②在弹簧表的各列中找到热态载荷，来确定弹簧载荷的大小；
③针对载荷大小，选择弹簧刚度小于或等于上面计算值的弹簧系列；
④计算冷态载荷并确认冷态载荷也落在弹簧的工作范围内；
⑤如果不能满足条件，换相同号码的不同弹簧系列或邻近号的弹簧再试。
4．弹簧设计过程一约束重量，热态吊零及其它
上面描述的过程都是假设弹簧选型所需的热态载荷和热位移已知，但是工程师怎样来计算热态载荷和热位移呢？整个弹簧支吊架设计的步骤如下所述。
①利用标准跨距原理来选择管架位置。假设在这点有一个刚性Y向约束，然后进行重量载荷分析。
这种分析称为“约束-重量”分析。在这一分析中，分布在每个约束上的重量载荷将被作为弹簧选型时的热态载荷。
②其次，从管架位置除去约束，进行热膨胀分析。这种分析称为“自由-热态”分析。每个支架位置的热态位移将被作为弹簧选择时的热位移。（注意：由于管系中可能有非线性约束的影响，CAESARII进行的不是一个真正的“自由-热态”工况分析，而是一个“弹簧位移下的操作”工况分析，它包括热态载荷、重量载荷和在约束重量作用下的弹簧热态载荷。因为管系的重量载荷和弹簧热态载荷基本上相互抵消，这样有效地造成一个只有热态的工况，而不考虑非线性作用。）
③利用从约束-重量计算得出的热态载荷和自由-热态得到的位移，对每个点从上述弹簧表中选择一个弹簧，利用弹簧刚度来确定安装所需冷态载荷（预置的弹簧载荷）。
④通过在每个弹簧作用点增加一个刚度等于弹簧刚度的约束并且通过增加弹簧预置载荷（冷态载荷）作为在持续载荷工况起作用的力来调整模型以反映弹簧的存在，然后重新分析所有载荷工况以获得弹簧真实存在时的效应。只要用户在管系中指定弹簧，上述四个步骤（除了确定弹簧支吊架的位置）将由CAESARll 自动完成。
5．弹簧支吊架设计说明
1）如果内装比重小于1.0的液体管系需要作水压试验，通常在水压试验期间弹簧支吊架的定位块不应拆除，所选用的弹簧零部件（管卡、吊杆等）和支架结构必须能够承受水压试验载荷，而水压试验载荷通常应作为这些支架的控制载荷。
2）在指定弹簧支吊架的热态和冷态载荷时，附加零部件的预期重量应加到CAESARII的计算载荷上，特别是：当认为这些重量很重要时（如在大管卡或由型钢制成的吊架组件的情况），弹簧必须同时支承零部件；如果在定义弹簧参数时没有考虑这点，管系的重量载荷将由于弹簧零部件的重量而造成不平衡。
3）为了保证管子不至于运动太大而从管架上掉下来，在设计管架时必须考虑弹簧支吊架位置的水平位移，另外，弹簧制造商往往限制弹簧吊在一个6度的范围内。当水平位移特别大时，建议将支架安装在偏置的位置以减小在冷态和热态位置时支架垂直作用线的偏差。
4）在由于不平衡冷态载荷造成的法兰配合问题使得安装有困难时，最好在现场调整弹簧以考虑一旦系统开车后的热态载荷。在管口操作载荷不是主要因素，而法兰配合问题是关心的主要问题时，CAESARII可以提供冷态载荷设计，其中在冷态工况，而不是在热态工况平衡重量载荷。
5）CAESARII提供同时计算弹簧的“理论”和“实际”冷态载荷的选项。理论
冷态载荷是弹簧在安装前必须被预置的载荷（通常这个工作在制造厂做，弹簧被定位块销住在这个载荷值）。只要在这个位置没有垂直位移，这就是弹簧将在冷态工况施加给管系的载荷。因为与管系的重量载荷相比，冷态载荷几乎总是不平衡的，在冷态工况下管系的这个位置将存在净载荷。如果这个净载荷较大，或管系的柔性较大，管系将在这个载荷作用下产生位移，造成弹簧伸长或压缩，相应引起弹簧读数的变化。弹簧载荷的新读数就是CAESARII计算的“实际”冷态载荷，或更简单地说：“理论”冷态载荷就是在弹簧的制造厂订货单中指定的冷态载荷，而“实际”冷态载荷是在定位块被从初始安装位置拉起后弹簧载荷的读数。如果在冷态位置调整或检验弹簧，或在安装位置而不是在工厂设定弹簧的冷态载荷时，实际安装载荷工况是很重要的。
6）过多地使用弹簧将造成由于缺少约束刚度而使管系动态不稳定（低自然频率）。这些管系本质上没有水平支架，而有很小的垂直刚度以限制Y方向的
位移。注意：恒力弹簧支吊架对管系没有动态影响。
7）由于管系的不平衡部分将会以其它管架为轴而旋转，在约束一重量情况下选定的弹簧位置可能实际上影响管子向下运动。CAESARII在分析过程中用警告来指出这些位置，并在输出报告的弹簧表中将它们列为恒力弹簧支吊架。当发生上述情况时，应除去这些肇事弹簧或考虑邻近的管架位置。
8）当在同一个问题中存在冷紧和弹簧设计时，有一些特殊规定是要考虑的。在约束-重量情况下忽略冷紧，而在操作工况包括冷紧以计算弹簧位移。实际安
装工况应考虑冷紧以便确定存在冷紧时的弹簧安装设置。用户有责任证实在实际安装工况下的位移应在制造商建议的载荷范围内。通常只是当在立管上有很大的冷紧而邻近又有一个或多个弹簧支吊架时会有问题。
9）在充满液体的管线中，弹簧支吊架通常是在管系空的时候安装。在这种情况下有必要忽略“实际”冷态载荷，在某些情况下最好在现场调整弹簧支吊架来负担一旦管系充液的冷态载荷。
6．CAESARII弹簧支吊架设计控制及选项
CAESARII为用户进行自动弹簧设计时提供了很多选项。这些控制选项可能在很大程度上适用于整个管系，或者部分管系。这些选项在CAESARII用户手
册中有详尽描述，这里重点讲解几个选项。
实际冷态载荷计算——这一点在上面已经详细描述了。如果存在下面的情况，用户应定义YES。
l）当管子被弹簧支吊架支承并能够自由垂直移动的情况下要调整弹簧的安
装载荷（亦即：在弹簧支吊架底板和承重板周围设有钢带以防止承重法兰在弹簧冷态位置调整时发生移动）。
2）弹簧附近的管系柔性非常大和/或者弹簧的刚度非常大。
3）对于充液的管系，弹簧在管系全空时安装及设置，用户希望知道空的安装载荷。
采用短程弹簧——CAESARII的弹簧设计法首先试图选择使用短程弹簧，接着是中程弹簧，然后才是长程弹簧。在某些施工现场，短程弹簧被认为是特殊件。只有当已有的弹簧安装间隙很小且从冷态到热态弹簧的行程很小时才使用。在这些情况下，用户可以指定设计法不考虑短程弹簧（而以中程弹簧开始），除非空间限制要求这样。
许用载荷变化率——当热态载荷小于冷态载荷时，固化在弹簧表建议范围内的最大可能载荷变化率接近100%，而当热态载荷大于冷态载荷时大约为50%。一般的许用载荷变化率是10%到25%。用户可以通过在一个点指定一个极小的载荷变化率来设计一个恒力弹簧支吊架。
刚性支架位移标准——为了经济（采购、安装及维护）及防振。一般刚性支架比弹簧支吊架更好。因此，当可以在某个位置选择刚性支架来代替弹簧支吊架时，工程师通常希望这种情况发生。弹簧支吊架的定义是：“通过热位移来支承
给定载荷的约束”。如果热位移为零或非常小，那么可以假定用刚性支架来代替
弹簧。假如周围的管于与刚性吊杆相比相对较柔时，这的确是正确的。在某种程度上可以用这个标准来控制刚性支架的选择。在操作工况下计算弹簧处的垂直位移小于给定刚性支架位移标准时，都可以选择刚性支架并作用在其后的工况。注意：在泵或其他旋转设备的附近或者在立管上的弹簧支吊架位置可能并不希望如此，因为这可能造成大的管口载荷或管架的热态锁死或托空。
释放固定架/约束——通常弹簧支吊架设计的一个主要目的是使由于重量造
成的设备管口载荷最小。这可以通过在离设备管日最近的弹簧位置强加一个不平衡的热态载荷（通常是过载的）来实现。这个不平衡力作用在管口，因而消除通常在自然分布条件下加在管口上的一些重力，在理想情况下，不平衡的弹簧力可以使设备管口上的载荷尽量接近零。为了施加这个不平衡力，在约束重量情况中，设备管口的固定架通常被“释放”，使其所有重量都加在最近弹簧支吊架的热态载荷上。对于在距离被释放管口的水平方向三倍管径内没有弹簧支吊架的管系要保守地使用这个方法。当在固定点/约束点释放Y方向以外的方向时应特别小心，
因为释放附加的自由度可能造成大的倾斜及垂直位移，使得弹簧的设计载荷不真实。
弹簧表——这一选项用来指定使用哪个制造商的弹簧，以及在表内与选择弹簧有关的特定设计标准。这些选型标准包括：
l）使用最大载荷范围（相对于建议范围）；
2）使弹簧在表内居中；
3）冷态（相对于热态）载荷设计。
已有安装空间——在特定情况下，管顶和高处型钢之间或管底与下面基础或平台之间的距离，决定了可能用在某些特定位置的弹簧支吊架的类型（及数量）。这个值可以在个别的弹簧位置给定，以用于弹簧选型。
“己有安装空间”和“允许弹簧数目”选项一起允许用户设计多弹簧支吊架系统。
允许弹簧数量——如果在一个给定的弹簧位置处有多个弹簧，用户可以在这里指定弹簧的数量。同样，用户可以指定允许的最多弹簧数（如果CAESARII 必须分解载荷以满足空间标准）。在多弹簧情况下，CAESARII将在所有弹簧间均匀分配载荷。
用户指定的操作载荷——在某些管系中，程序选择的弹簧操作（或热态）载荷不能消除设备管口载荷以满足设计要求。在这种情况下，用户可以强加一个（较高或较低的）热态载荷，覆盖程序计算值以试图重新调整重量分布并使设备载荷能满足许用值。这时用户的输入通常是程序弹簧选择法提议的初始值变化。
旧弹簧重新设计——当部分管系重新设计时，最好尽最大可能选择系统中已有的弹簧。当旧弹簧可以使用时，用户必须确定新的载荷范围，这样只需在现场重新调整弹簧即可。当已有弹簧不能用时，建议使用新的。旧弹簧重新设计选项允许用户完成这一工作。
多工况弹簧支吊架设计——这个选项适用于当管系有多个不同的热状态，并且进行弹簧支吊架设计时必须考虑每个状态的情况。、
三十、CAESARll中用于选择弹簧的设计工况
CAESARll中用于选择弹簧的设计工况有：
1按热态载荷工况1设计：
2按热态载荷工况2设计；
3按热态载荷工况3设计；
4按最大操作载荷设计：
5按最大位移设计；
6按平均载荷和平均位移设计；
7按最大载荷和最大位移设计
管道应力分析基础知识 2009-04-09 13:55 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什
么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1)管道端点 (2)管道约束点、支撑点、给定位移点 (3)管道方向改变点、分支点 (4)管径、壁厚改变点 (5)存在条件变化点（温度、压力变化处） (6)定义边界条件（约束和附加位移） (7)管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8)定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9)需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载） (8) 查看弹簧表
压力管道应力分析的内容及特点马佳 发表时间：2019-10-10T10:51:38.057Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年13期作者：马佳 [导读] 压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。 新疆天麒工程项目管理咨询有限责任公司 834000 摘要：压力管道应力分析是管道设计中最关键的工作之一。管道设计应根据工业金属管道设计规范进行，进行管道设计应该从管道应力、管道材料和配管方面着手。因为压力管道上存在复杂性的各种载荷，进行压力管道的应力分析的难度较大，导致阻碍管道设计工作，而且管道在运行和生产过程中的安全和质量关键是因为应力而存在的，因此找到管道应力分析的方法具有重要意义。论述压力管道的应力特点和分布，能够提供给工程施工、管道选择和管道设计可靠的信息数据作参考，进而确保土建结构与管道连接的设备和管道自身的安全，保证了整个生产作业的安全，使压力管道提高使用价值。 关键词：应力；特点；压力；内容；管道 前言：压力管道具有十分广泛的应用范围，而且在各个场所中的应用作用十分关键，压力管道关键作用是运输物质，在重要的大型建设工程中应用，如冶金工程、电力工程、天然气体、石油化工等，为满足一些需要进行供给或运输。因为外界环境因素与整个管道系统均会很大程度的影响到压力管道应力，而且会受影响于流体的流动，这使应力分析增加了复杂度，应力分析压力管道应该结合实际的管道状况，尽量将接近实际、正确的分析结果准确模拟出来。 1应力分析压力管道的涵义 在市政建设行业、化工行业、石油石化等产业普遍应用到管道，这些行业存在较高要求的工程安全指数与投资额，对压力管道进行应力分析应该对概念充分了解。应力指的是管道构件应用在建设需要中承受的单位面积内力，其在荷载外力下形成的值较大，若是超出能够承受的材料极限强度，将造成管材失稳、破裂、变形等状况，关键在于因为外部热荷载与机械荷载导致的。应力分析管道的状况下，能够确保良好的使用工艺装置而且保持其柔软性，精准的计算与分析热荷载与机械荷载后，获取设计管道的配件参数，计算变形与应力、应力与荷载，提供给管道配置合理的数据凭据，能够使管道产生的震动干扰减少，进而错开震源的震动频率，使管道的可靠性与安全性得到确保。 2应力分析压力管道的内容 清楚了解分析的种类是应力分析压力管道的重要前提基础，按照不同种类应力的特点，应用针对性措施是压力管道减小应力，按照压力管道承受应力的作用方向、范围、强度大小，能够将压力管道上承受的应力分类成一、二次应力与峰值应力。应力分析压力管道的关键内容是管道材料的承受力、应力的影响因素、应力种类、管道应力分布、工作流程、分配的分析任务等。最重要的是应力种类，关于管道的设计工作技术方面的最基本要求是对应力的种类掌握了解并且快速分析。 2.1压力管道一次应力分析内容 导致压力管道形成一次应力是因为受到一定的外载荷，致使压力管道上存在外载荷的关键原因为受影响于外界力，如风压、介质压力、重力等，通过受到的平衡受力得知外界力与一次应力具有相同的大小，一次应力伴随改变的外界力改变，所以所以具备无自限性特点的一次应力所以出于无线增大的外力影响下，压力管道将无限制增长受到的应力，进而产生压力管道变形或裂缝的现象，然而压力管道受到的应力方向相反于外界力方向。因为压力管道受到的不确定方向的外界力，导致存在不同分布范围的应力，能够按照压力管道受到作用范围的一次应力，分成局部薄膜弯曲一次应力、一次应力与总体薄膜一次应力导致压力管道变形与破裂的关键原因在于被一次应力所影响，压力管道承受的一次应力大小若是比压力管道材料具备的塑性变形值大的状况下便会产生这种现象，进而致使运输流体在压力管道中对正常运行工程项目产生影响与损失。所以想要防止产生一次应力超出管材具备的塑性变形值，应该压力管道承受的外界力严格控制，而且在对压力管道选取管材时保证相较于外界力管材具备的塑性变形值更大。 2.2压力管道二次应力分析内容 像气体一样，被温度所影响，流体的体积大小将受到影响，因为对于液体来讲，压力管道具备的变形性特别小，在低温或高温的状况下，压力管道会出现热胀冷缩的状况，而且因为温度等原因导致连接于压力管道的设备出现初始位移，因为管道在这些状况下形成的变形致使被约束于外界条件，如土建结构、设备管口等，使应力形成，二次应力是因为附加位移与热胀冷缩等形成的。二次应力最基本的不同在于，二次应力没有一次应力存在的无自限性，而且二次应力不会由于改变外界力的大小而受到改变，若是外界力导致产生局部屈服的状况下，管道出现变形直到外界力和一次应力处于平衡状态，也不会影响到二次应力。在压力管道存在很大的塑性变形值的基础上，压力管道受到初次荷载的状况下，导致破坏压力管道的原因不是二次应力，压力管道受到多次变化的荷载的状况下，导致压力管道不断降低塑性变形值，使管道产生疲劳破坏的状况，压力管道会受到二次压力重要的破坏，关于管道受到二次应力而遭到破坏的状况，并非是受到一次应力限定的破坏时间，是因为循环次数与交变的应力导致的。 2.3压力管道峰值应力分析内容 在局部范畴中压力管道遭受的应力便是峰值应力，并非是压力管道承受的最大应力值，因为压力管道具有十分复杂的形状，会产生形状突变如急转等状况，受影响于突然产生变化的荷载致使峰值应力受力于压力管道，导致产生峰值的原因紧密关系着压力管道中构成设备仪器的形式，峰值压力不会导致压力管道产生破裂与变形的现象，然而在压力管道产生疲劳受力的状况下，若是受到峰值应力将导致压力管道破裂的状况形成。 3应力分析压力管道的特点探讨 伴随我国目前不断发展的科学技术和应力分析压力管道方面不断提高的技术水平，应力分析压力管道的状况下越发能够有效、清楚的将相关应力处理，然而在处理压力管道应力管道应力方面相比于西方发达国家还有明显的差异存在，导致产生差异的关键原因在于规范的校核原则不足。应力分析压力管道的过程中，设计人员通常情况下对局部薄膜应力和一次弯曲应力分析忽视，无法对产生一次应力的原因与受力全面的了解，进而致使对压力管道分析的数据有一定程度的差错产生，使工作人员编制的后期数据报告存在错误，从而使正常运行
压力管道应力分析部分 第一章任务与职责 1.管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性 ,用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2)管道接头处泄漏； 3)管道的推力或力矩过大 , 而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形 ,影响设备正常运行； 4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2.压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10)GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责 1) 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 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4.工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系 ,尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型 U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置
压力管道应力分析计算软件在工程设计中应用的探讨 摘要：随着新工艺和新设备的出现，发电、化工、海洋、石油、市政等领域， 管道的压力、温度、管径和壁厚不断加大，敷设的方式也越来越复杂。传统手工 进行管道应力分析的计算已不能满足实际的需要，各设计和研究单位借助专门的 管道应力分析软件进行计算已成为常态。 关键词：压力管道；应力分析；计算软件；工程应用 导言 上世纪60年代以来，随着发电、化工、市政等领域新工艺和新设备的不断出现，管道的压力、温度提高，管径和壁厚不断加大，管道应力分析也受到越来越 多的重视。由于计算机的不断普及，国际上出现了一批管道应力分析专用计算机 程序。国内虽然也出现了一些自行编制的管道应力分析程序但大多应用于少数特 定领域，与国外软件相比较，软件功能、开发完善、标准规范、技术支持等方面，还存在一定差距，实际使用中，大多数设计单位还是使用国外成熟的管道应力分 析软件。 1 管道应力分析的原则 管道应力分析主要保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀 冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 2 压力管道应力分析的内容和目的 2.1管道应力分析的内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括：1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算；2）管道热 胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算；3）管道对设备作 用力的计算；4）管道支吊架的受力计算；5）管道上法兰的受力计算。 动力分析包括：l）管道自振频率分析；2）管道强迫振动响应分析；3）往复 压缩机（泵）气（液）柱频率分析；4）往复压缩机（泵）压力脉动分析。 2.2 管道应力分析的目的 管道应力分析的目的：1）使管道和管件内的应力不超过许用应力值2）使与 管系相连的设备的管口荷载在制造商或规范规定的许用范围内；3）使与管系相 连的设备管口的局部应力在规定的允许范围内；4）计算管系的支架和约束的设 计荷载；5）进行操作工况碰撞检查而确定管子的位移量；6）优化管系设计。 3 工程设计中常用的压力管道应力分析软件 目前各大设计单位对压力管道应力分析计算基本采用计算机，但采用的软件 各院不尽相同，计算软件的开发品种较多。在压力管道计算方面采用软件情况： 化工、医药、机械行业设计采用美国的CAESAR II，AutoPipe较多，市政热水、蒸 汽及石油输送管道常用sisKMR、START软件。国内自主开发的软件有RJCAD热力 工程设计软件，主要用于热力管网的计算。 3.1.CAESAR II管道应力分析软件 CAESAR II软件历史久远，功能强大，包含动态和静态管道应力分析，在化工，石油，海洋工程方面有很多应用，在国内电力行业也有很多成功应用。 CAESARII可进行管系在承受自重、压力载荷、热载荷、地震载荷等静态载荷，和水锤、蒸汽锤以及安全阀泄放等动态载荷下的应力分析。软件的功能特点如下：
管道应力分析和计算
目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2管道的柔性分析与计算 2.1管道的柔性 2.2管道的热膨胀补偿 2.3管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算 3.1管道的设计参数 3.2钢材的许用应力 3.3管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件
1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时，它们也用简化方法计及了地震作用的影响，适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷，例如：往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在９度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载
管道应力分析概述 CAESARII软件介绍 CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，使用方便快捷。交互式数据输入图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框，实体图）强大的3D计算结果图形分析功能，丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模，并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。 一、管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 二、管道应力分析的主要内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括： 1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏； 3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据； 5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。 动力分析包括：
l）管道自振频率分析——防止管道系统共振； 2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振； 4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 三、管道上可能承受的荷载 （1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； （2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； （3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； （4）风荷载； （5）地震荷载； （6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击： （7）两相流脉动荷载； （8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动； （9）机械振动荷载：如回转设备的振动。 四、管道应力分析的目的 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口荷载在制造商或国际规范（如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17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 ASME Vlll的允许范围内； 4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；
附塔管道的应力分析 摘要：结合某装置反应塔附塔管道的应力分析，概述管道应力分析的目的、方法、必要性以及工作过程 关键词：附塔管道应力分析管道走向 压力管道在现代化工生产中被越来越广泛的使用，管道配管直接决定着工艺管道的安全性及经济性，也直接影响着整个工程的质量和安全事故的发生率以及整个装置的寿命。而对压力管道进行详细的应力分析，可得出整个管系的应力水平、薄弱点位置，可针对性的设置管道支吊架，合理地确定管道的走向，消除应力峰值，为安全生产打好基础。 管道应力分析的任务是指对管道进行包括应力计算在内的力学分析，并使分析结果满足标准规范的要求，从而保证管道自身和与其相连的机器、设备及土建结构的安全。 管道在使用过程中会受到各种载荷的影响，如果载荷超出了管道的承受能力，管道就会发生弯曲、变形、断裂等现象，也会对与管道相连的机器、设备及土建结构造成危险甚至破坏。为便于分析，将管道中各种载荷对管道产生的应力分为：一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力是指管道所受载荷，如内压、地震载荷、风载荷等引起的管道对抗外部载荷所必须的内部应力，随外力的增大而增大，具有非自限性的特点，超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。二次应力与外载荷没有直接关系，是由热胀冷缩、端点位移等位移载荷所产生的应力，具有自限性，即局部屈服和小量变形就可使应力减小。峰值应力是管道由于局部结构不连续或局部应力集中附加到一次应力或二次应力的增量。 管道应力分析可划分为静力分析和动力分析。静力分析是指在静力载荷作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定。需完成下列任务:计算管道中的应力并使之满足标准规范的要求，保证管道自身的安全（包括防止法兰泄露）；计算管道对与其相连的机器、设备的作用力，保证机器、设备的安全；计算管道对支吊架和土建结构的作用力，为支吊架和土建结构的设计提供依据；计算管道位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞，并为弹簧支吊架的选用提供依据；埋地管的稳定性计算，避免管道失稳。动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击载荷作用下管道的振动分析，使地震和振动的影响得到有效控制。需完成下列任务：管道的地震分析，防止管道在地震中发生破坏；往复压缩机和往复泵管道的固有频率和振型分析，防止管道系统发生机械共振；往复压缩机和往复泵管道的强迫振动分析及声学模型分析，防止管道因振动发生疲劳破坏；水锤、安全阀泄放载荷和两相流所产生的支架载荷计算。 管道热胀冷缩产生的位移应力（二次应力）与管径、壁厚、管道的布置走向及温度高低等诸多因素直接相关，比较复杂，因此对管道二次应力的分析是管道应力分析最重要的任务，必须使管道系统具有足够的柔性。管道柔性设计的一般
爪力管逍应力分析部分 第一章任务与职责 1.管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、压和外载或因管逍支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况： 1）因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏： 2）管道接头处泄漏： 3）管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行： 4）管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏： 2.压力管道柔性设计常用标准和规 1）GB 50316-2000《工业金属管道设计规》 2）SH./T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规》 3）SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4）SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5）SH 3073-95《石油化工企业管逍支吊架设计规》 6）JB/T 8130. 1-1999《恒力弹簧支吊架》 7）JB/T 8130. 2-1999《可变弹簧支吊架》 8）GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀宵通用技术条件》 9）HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10）GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责 1）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 3）对动设备管口受力进行校核讣算 4）特殊管架设计 4.工作程序 1）工程规定 2）管逍的基本情况 3）用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿 4）用目测法判断管逍是否进行柔性设汁 5）L型U型管系可采用图表法进行应力分析 6）立体管系可采用公式法进行应力分析 7）宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8）采用CAESAR II进行应力分析9）调整设备布置和管道布垃
管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。 每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列： B31.1 压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。 B31.3 工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。 B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。 B31.5 冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道 B31.8 气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。 B31.9 房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。 B31.11 稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。 管道应力分析的主要内容 一、管道应力分析分为静力分析析 1.静力分析包括： 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算一一防止疲劳破坏； 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据： 5)管道上法兰的受力计算一防止法兰汇漏。 2.动力分析包括： 1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振： 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3)往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振； 4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 二、管道上可能承受的荷载 (1)重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等 (2)压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； (3)位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； (4)风荷载；
2003年 月 日发布 2003年 月 日实施 质 量 管 理 体 系 文 件 HQB-B06-05.306PP-2003 设计规定 管道应力分析设计规定 版 号：0 受控号：
管道应力分析设计规定HQB-B06-05.306PP- 2003版号编制校核审核批准批准日期 主编部室：管道室参编部室： 参编人员： 参校人员： 会签部室 签署 会签部室 签署 会签部室 签署 说明： 1．文件版号为A、B、C......。 2．每版号中局部修改版次为1/A、2/A……，1/B、2/B……，1/C、2/C……。
本规定（HQB-B06-05.306PP-2003）自2003年月实施。 目录 1. 总则 (1) 2. 应力分析管线的分类及应力分析方法 (2) 3. 管道应力分析设计输入和设计输出 (6) 4. 管道应力分析条件的确定 (9) 5. 管道应力分析评定准则 (11) 附件1 管线应力分析分类表 (14) 附件2 设备管口承载能力表 (15) 附件3 柔性系数k和应力增强系数i (16) 附件4 API 610《一般炼厂用离心泵》(摘录) (17) 附件5 NEMA SM23 (摘录) (22) 附件6 API 661 《一般厂用空冷器》(摘录) (23)
1. 总则 1.1 适用范围 1.1.1 本规定适用于石油化工生产装置及辅助设施中的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力分析设计工作。 本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。 1.1.2 管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下，具有足够的强度和合适的刚度，防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它的荷载（如压力、自重、风、地震、雪等）造成下列问题： 1)管道的应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏。 2)管道连接处泄漏。 3)管道作用在与其相联的设备上的载荷过大，或在设备上产生大的变形或应 力，而影响了设备的正常运行。 4)管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。 5)管道的位移量过大而引起的管道自身或其它管道的非正常运行或破坏。 6)机械振动、声频振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动荷载造成的管 道振动及破坏。 1.2 应力分析设计工作相关的标准、规范： 1) GB150-1999 《钢制压力容器》 2) GB50316-2000 《工业金属管道设计规范》 3) HG/T20645-1998 《化工装置管道机械设计规定》 4) JB/T8130.2－95 《可变弹簧支吊架》 5) JB/T8130.1－95 《恒力弹簧支吊架》
第一章任务与职责 1. 管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2) 管道接头处泄漏； 3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行； 4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2. 压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10) GB 150-1998《钢制压力容器》 3. 专业职责 1) 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 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4. 工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析
6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置 10) 设置、调整支吊架 11) 设置、调整补偿器 12) 评定管道应力 13) 评定设备接口受力 14) 编制设计文件 15) 施工现场技术服务 5. 工程规定 1) 适用范围 2) 概述 3) 设计采用的标准、规范及版本 4) 温度、压力等计算条件的确定 5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法 6) 应用的计算软件 7) 需要进行详细应力分析的管道类别 8) 管道应力的安全评定条件 9) 机器设备的允许受力条件（或遵循的标准） 10)防止法兰泄漏的条件 11)膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求 12)业主的特殊要求 13)计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法） 14)不同专业间的接口关系 15)环境设计荷载 16)其它要求 第二章压力管道柔性设计 1. 管道的基础条件 包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。
274 网络出版时间： 2012-3-16 10:47:56 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/d918433914.html,/kcms/detail/13.1093.TE.20120316.1047.001.html 由于埋地管道所具有的特殊性和控制规范要求，其应力分析与工艺管道存在较大差异，埋地管道轴向受约束，因此，受压力和温度影响将产生较大的轴向应力。埋地管道应力分析的关键是模拟管道与土壤的相互作用[1] ，主要包括两个方面：土壤对管道的轴向摩擦力及土壤对管道的横向推力。前者只有当管道存在轴向移动趋势时存在，后者是管道产生横向位移时的反作用力。目前，埋地管道应力分析均采用双线性弹簧约束模拟土壤对管道的作用，由于受管道长度所限而无法在管道沿线不间断地设置弹簧约束，因此，需要解决3个问题：其一，合理设置弹簧约束的间距；其二，研究土壤约束性质；其三，解决土壤约束和弹簧约束之间的转化问题。 1应力分析影响参数 在温度、压力及地震载荷的作用下，埋地管道中的弯头和三通等管道走向发生改变的区域会产生较大的弯矩（使管道产生横向形变）和轴向力，距离此类管道元件越远，管道的弯矩越小[2] 。为了准确模拟土壤和管道的相互作用，从而得到较准确的应力分析结果，在弯头和三通等管道元件处必须将土壤约束间距设置很小；在远离弯头和三通的区域，只需模拟土壤与管道摩 埋地管道应力分析方法 刘仕鳌1 蒲红宇2 刘书文3 蒋洪2 1.中国石油冀东油田分公司油气集输公司，河北唐山 063000； 2.西南石油大学，四川成都 610500； 3.四川科宏石油天然气工程有限公司，重庆 400021 刘仕鳌等.埋地管道应力分析方法.油气储运，2012，31（4）：274-278. 文章编号：1000-8241（2012） 04-0274-05摘要：油气输送管道大部分为埋地管道，其应力分析与工艺管道不同，关键在于准确模拟管道与土壤 的相互作用。结合国际上广泛运用的CAESARII 和AUTOPIPE 软件设计思路，阐述了埋地管道应力分析模型中对埋地管道离散化的理论基础和方法，模拟土壤与管道相互作用的原理以及相关数据的计算方法；对比分析了ASMEB31.4、ASMEB31.8及国内相关油气输送管道设计规范对管道应力的校核要求；结合工程实例深化了埋地管道应力分析方法，对于开展管道应力分析工作具有积极作用，有利于增进对于管道应力分析及管道应力安全问题的认识。关键词：埋地管道；应力；约束；土壤中图分类号：TE89 文献标识码：A doi ：10.6047/j.issn.1000-8241.2012.04.009擦造成的管道轴向力，此时可以将土壤约束间距设置稍大。1.1模型离散 根据连续弹性地基上的柔性梁在力R 作用下的受力分析（图1），可以计算位移分布： γ（x ）＝ e βx （cos βx ＋sin βx ） （1） （2） 式中： γ（x ）为位移分布，mm；R 为作用力，N；β为设置的中间变量；E 为管道的弹性模量，MPa；I 为管道的惯性矩，mm 4；k 为单位长度的土壤线刚度，N/mm 2。 对于带有弯头或三通的埋地管道，其横向承载性能与连续弹性地基上的柔性梁相似（图1C），弯头一端 图 1 带弯头的埋地管道和连续弹性 地基上无限长梁的受力分析
压力管道应力分析的内容及典型的案例分析 摘要：压力管道应力的分析是压力管道设计的重要内容，随着压力管道应用越来越普及，对它的认识也越来越深入，压力管道的重要性也逐渐的凸显出来。压力管道的应力作用直接关系到管道的正常使用和操作的安全。本文主要对压力管道应力进行分析，阐述其基本内容，从而更好的掌握压力管道的相关工作内容，促进压力管道应力分析的标准化和规范化。 关键词：压力管道；应力分析；内容；事例 引言 在压力管道使用的过程中，常常会伴随着一系列的问题，如果得不到很好的解决会严重的影响压力管道正常的使用。通过阐述管道应力分析内容为维护压力管道应力正常运行提供理论的依据。经过案例分析进步了解一些压力管道应力分析的机理。 一、压力管道应力分析的内容 压力管道应力的分析关系到压力管道安装后的使用情况，所以加强对压力管道应力分析，提高压力管道正常运行的重要依据。压力管道应力分析的内容主要涉及到以下的几个方面： （一）分析管道系统的载荷来源。 管路系统的载荷主要分为一次应力载荷和二次应力载荷，一次应力载荷通常指管道系统正常生产时的内外压力作用、管道系统自身的重力、设备运行中的压力脉冲对管道系统的作用以及瞬间内承受的载荷（风力、地震，泵瞬时启动的压力载荷等）。二次应力载荷通常是指管路运行时产生的热膨胀载荷、冷紧是产生的载荷、由于设备沉降产生的管道系统支点位移产生的载荷。 （二）静力分析 通过对管路系统内压荷载和持续荷载作用下的一次应力分析计算、管道系统冷热膨胀位移产生的二次应力分析计算、管道系统与相关设备的相互作用及管口校核、管道系统的支吊架的受力分析、可以有效防止管道发生塑性变形、管道疲劳损坏，确保管道系统与设备的安全运行。 （三）动力分析 管道系统设计应避免管道振动和管道共振，对振动管线特别是往复式压缩机、往复泵的相关管线要重点进行分析，主要包括管道内气（液）柱的频率分析，使其避开激振频率；压力脉冲不均匀度分析，控制压力脉动值；管道系统固有频
管道计算 第一章任务与职责 1. 管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1) 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2) 管道接头处泄漏； 3) 管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行； 4) 管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2. 压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10) GB 150-1998《钢制压力容器》 3. 专业职责 1) 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 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4. 工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置 10) 设置、调整支吊架 11) 设置、调整补偿器 12) 评定管道应力 13) 评定设备接口受力 14) 编制设计文件 15) 施工现场技术服务 5. 工程规定 1) 适用范围 2) 概述 3) 设计采用的标准、规范及版本 4) 温度、压力等计算条件的确定 5) 分析中需要考虑的荷载及计算方法 6) 应用的计算软件 7) 需要进行详细应力分析的管道类别
新生培训教材 管道应力分析和计算 （机务专业篇） 国核电规划设计研究院机械部 二零一零年十一月 北京
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目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2 管道的柔性分析与计算 2.1 管道的柔性 2.2 管道的热膨胀补偿 2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法 2.9 管道对设备的推力和力矩的计算 3 管道的应力验算
3.1 管道的设计参数 3.2 钢材的许用应力 3.3 管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7 力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件
1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程及其勘误 （2）ASME B 31.1－2007动力管道 (3 ) DL/T 5054-1996 火力发电厂汽水管道设计技术规定 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或用户有要求时，可采用B 31.1进行管道应力验算。 1.5.3 应力 在外力作用下，构件发生变形，这说明构件材料内部在外力作用下变形时原子间的相对位置产生了改变，同时原子间的相互作用力（吸引力与排斥力）也发生了改变。这种力的改变量称为内力。 内力是沿整个断面连续分布的，单位面积上的内力强度，即应力，以“σ”表示。
第一章任务与职责 1.管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2)管道接头处泄漏； 3)管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变 形，影响设备正常运行； 4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2.压力管道柔性设计常用标准和规 1)GB 50316-2000《工业金属管道设计规》 2)SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规》 3)SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4)SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5)SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规》 6)/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7)/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8)GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9)HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10)GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责
1)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 3)对动设备管口受力进行校核计算 4)特殊管架设计 4.工作程序 1)工程规定 2)管道的基本情况 3)用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿 4)用目测法判断管道是否进行柔性设计 5)L型U型管系可采用图表法进行应力分析 6)立体管系可采用公式法进行应力分析 7)宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8)采用CAESAR II 进行应力分析 9)调整设备布置和管道布置 10)设置、调整支吊架 11)设置、调整补偿器 12)评定管道应力 13)评定设备接口受力 14)编制设计文件 15)施工现场技术服务 5.工程规定 1)适用围 2)概述
管道应力分析 应力分析 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法
管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1) 管道端点 (2) 管道约束点、支撑点、给定位移点 (3) 管道方向改变点、分支点 (4) 管径、壁厚改变点 (5) 存在条件变化点（温度、压力变化处） (6) 定义边界条件（约束和附加位移） (7) 管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8) 定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）