管道应力分析和计算解析

石油化工设计中管道的应力分析在石油化工设备和管道设计中，管道的应力分析是至关重要的一部分。

管道在输送化工产品、原油和天然气等流体过程中承受着巨大的压力和温度变化，因此对管道的应力进行准确的分析和评估是确保设备安全稳定运行的关键。

本文将就石油化工设计中管道的应力分析进行探讨，包括管道的应力来源、应力分析的方法以及如何通过应力分析来优化管道设计。

一、管道应力的来源管道在石油化工生产和运输中承受着各种不同类型的应力，主要包括以下几种：1. 内压力应力：当管道内输送流体时，流体对管道内壁产生压力，这种压力会导致管道内壁产生拉伸应力。

根据管道内部流体的压力大小和管道壁厚度，可以通过公式计算出内压力应力。

2. 外压力应力：当管道埋设在地下或者受到外部负荷作用时，管道外表面会受到外部压力的影响，产生外压力应力。

外压力应力的大小取决于埋深以及地下土壤或其他外部负荷的性质。

3. 温度应力：在石油化工生产中，管道内流体的温度会经常发生变化，管道壁由于温度变化而产生热应力。

当温度升高时，管道会受到膨胀，产生热膨胀应力；当温度降低时，管道会受到收缩，产生热收缩应力。

4. 惯性应力：当管道受到流体在流动中带来的冲击或者振动负荷时，管道会受到惯性应力的作用。

这种应力通常在管道系统启停或者调节流量时发生。

以上几种应力来源综合作用于管道中，会使得管道处于复杂的受力状态，因此需要进行系统的应力分析来保证管道的安全可靠运行。

二、管道应力分析的方法1. 弹性理论分析法：弹性理论分析法是管道应力分析常用的一种方法。

它基于弹性力学理论，通过有限元分析或者解析力学方法，对管道受力、应力分布和应力集中进行计算和分析。

这种方法可以较为准确地预测管道在各种受力情况下的应力状态，但需要复杂的数学计算和较高的专业知识。

2. 经验公式法：经验公式法是一种简化的应力分析方法，常用于一些简单的管道系统。

通过经验公式计算内压力应力、外压力应力和温度应力，并考虑到管道的材料性能和工作条件，可以得到初步的应力估计。

压力钢管安全鉴定中的应力与破坏分析策略探究压力钢管是许多工业领域中常见的管道设备，其安全性对于保障工人和设备的安全至关重要。

在进行压力钢管安全鉴定时，应力与破坏分析是一种重要的策略。

本文将探究压力钢管安全鉴定中应力与破坏分析的相关策略。

应力分析是指对压力钢管在工作状态下所受到的力学作用进行分析，以确定是否存在超过设计极限的应力。

常见的应力分析方法包括有限元分析、解析方法以及现场测试等。

有限元分析是一种常用的分析方法，通过将复杂的结构模型离散成许多小单元，进行数值计算，以评估压力钢管在工作状态下的应力分布情况。

该方法可以考虑多种加载情况，例如定常、非定常、温度变化等，并能提供详细的应力分布图。

有限元分析准确性高，但需要具备专业的软件和模型建立技能。

解析方法适用于简单的结构，其基本思想是将压力钢管简化为一系列简单的几何形状，采用理论公式进行力学计算。

解析方法计算速度较快，但对于复杂结构的压力钢管可能会出现精度不高的情况。

现场测试是一种直接获取压力钢管在工作状态下应力信息的方法，通过应变计、应力计等传感器测量压力钢管表面的应变或应力，进而进行应力分析。

现场测试的优势在于实测数据准确，但其不适用于超负荷或高温等特殊工况下的应力分析。

破坏分析是指对压力钢管的破坏机制进行分析，以确定可能引起破坏的因素和机制。

常见的破坏分析方法包括破坏模式识别、失效分析、破裂力学等。

破坏模式识别通过观察和分析破坏样本，确定压力钢管的破坏形式，例如拉伸、剪切、压缩等。

这有助于确定破坏的主要载荷类型和应力集中区域，为进一步的分析提供依据。

失效分析是通过对已发生破坏的压力钢管进行断口分析、金相组织观察等手段，分析破坏的原因和机制。

失效分析可以揭示材料的强度、韧性等特性，有助于识别潜在的破坏隐患。

破裂力学是一种研究断裂行为和破坏机制的力学分析方法。

它基于固体力学原理，通过应力场和应力强度因子等参数，分析压力钢管在超过承载能力时的破坏特性，可为钢管的安全评估提供有力支持。

压力管道应力分析压力管道是工业生产和生活中常见的工程结构，广泛用于输送水、油、气等介质。

管道内部由于介质压力的作用而产生应力，这些应力的分析对于管道的设计和使用安全至关重要。

本文将从压力管道的应力计算方法、应力分布特点以及应力分析的影响因素等方面进行探讨。

压力管道的应力计算方法主要有两种，即薄壁理论和薄壁理论的改进方法。

薄壁理论是指在管道内径与壁厚比较大的情况下，将管道近似看作薄壁圆筒，应力集中在内径和外径处，通过简化计算得出管道内壁和外壁的应力分布。

该方法适用于绝大部分工程中的压力管道计算。

薄壁理论的改进方法包括厚壁筒薄壁环假设、都笑横断面假设等，通过考虑管道截面的几何形状以及内外径比等因素，提高了应力计算的准确性。

压力管道的应力分布特点主要有三个方面，即轴向应力、周向应力和切向应力。

轴向应力指的是管道轴线方向上的应力，主要由管道内压力和温度差引起。

周向应力指的是管道截面圆周方向上的应力，主要由内压力引起。

切向应力指的是管道截面切线方向上的应力，主要由内压力和薄壁理论简化计算引起。

在传统理论中，管道的轴向应力和周向应力一般为正值，而切向应力为零。

压力管道的应力分析受到多个因素的影响。

首先是管道的材料特性，包括材料的弹性模量、屈服强度、塑性延伸率等。

管道的材料特性直接决定了管道的耐压能力和变形能力。

其次是管道的几何形状，包括内径、外径、壁厚等。

几何形状的不同会导致管道内外径比和界面摩擦等因素的改变，进而影响应力分布。

再次是管道的工作条件，包括温度、压力等。

不同工作条件下管道内部介质的物理性质会发生变化，进而影响管道的应力分布。

最后是管道的固定和支撑方式。

固定和支撑方式的不同会引起管道的应力集中，影响管道的安全性。

为了保证压力管道的正常运行和安全性，需要进行应力分析以及补强设计。

应力分析主要通过有限元分析和解析方法进行。

有限元分析是一种常用的计算机辅助工程分析方法，通过将管道模型离散化为有限个单元，计算每个单元的应力和变形，进而得到整个管道应力分布的方法。

哈尔滨Ｊ下程大学硕士学位论文
口＝１．２ｘ１０～ｍ／ｍ－℃，供水温度疋＝１３０℃，回水温度瓦＝８０℃，管道安装温度瓦＝５℃，管内介质工作压力Ｐ＝１．６ＭＰａ．外径见＝７２０ｍｍ，内径见＝７００ｍｍ。

１．管道内压应力
分析管道内压力产生的应力时，假设管道的内压作用在管道内没有压力损失，即管道内的内压力作用是定值。

数值分析时的模型可以简化为平面圆环的应力分析问题。

又因为管道是轴对称的，为了方便分析不同管径的内压应力可以取管道的１／４作为几何模型（见图２．６），单元模型采用结构实体单元ｐｌａｎｅ４２，网格为Ｑｕａｄ４ｎｏｄｅ。

图２－６管道的几何模型图
ＡＮＳＹＳ分析命令流如下：
，ＰＲＥＰ７
ＥＴ，ｌ，ＰＩ，ＡＮＥ４２
ｈｄｍＭＰ，１．０
ＭＰＤＡＴＡ，ＥＸ，ｌ，，２ｅ１１
ＭＰＤＡＴＡ，ＰＲＸＹ，ｌ一０３
ＣＹＬ４，０，０，０．３５，０，０．３６，９０
图２－７内压应力等效变形图
图２－８内压应力等效应力图
应力分析结果：见图２．７内压应力等效变形图，图２．８内压应力等效应
图２－９径向应力分布图
图２－１１周向应力分布图。

B、动力分析包含的内容 a)管道固有频率分析 — 防止共振。 b)管道强迫振动响应分析 — 控制管道振动及应力。 c)往复式压缩机(泵)气(液)柱频率分析 — 防止气柱 共振。
d)往复式压缩机(泵)压力脉动分析 — 控制压力脉动 值(δ值)。
C、动力分析要点
a)
振源
机器动平衡差 — 基础设计不当
⑶ 编制临界管线表(三级签署) — 应力分析管线表
静力分析
⑷ 应力分析
(三、四级)；
动力分析
⑸ 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定；
⑹ 支管补强计算；
⑺ 动设备许用荷载校核(四级)
⑻ 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、同时 包括任何应力分析管道的所有内容)；
三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
2)两台或三台压缩机的汇集总管截面积至少为进口管 截面积的三倍，且应使柱塞流的冲击力不增加。
3)孔板消振 — 在缓冲罐的出口加一块孔板。
孔径大小：
d D
4
U,
U
V气体流速 V介质内的声速
d 0.3 ~ 0.5 D
孔板厚度=3～5mm
孔板位置 — 在较大缓冲罐的进出口均可
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
A、当

是管道内半径 R i 和外 半径 R 0 比值 ∃= R i / R 0
第1期
&设计与研究& 考应力的作用下 , 其应力强度因子分别为: KB 1r =
B 2r = 0
3
式( 9) 、 ( 10) 中的参数 M iA 和 M iB 可根据两个参考 应力强度因子解和第三个条件确定。对于表面半椭圆 裂纹最深 点的权 函数, 确定参 数 M iA 的第 三个 条件 为
权函数, 则在任何应力条件下 , 应力强度因子均可通过 积分式( 1) 求得。下面分别讨论含轴向裂纹和纵向表 面半椭圆裂纹管道应力强度因子的权函数计算方法。
3
轴向裂纹的应力强度因子
如图 1 所示 , 管壁中有一轴向裂纹 , 类似于平板中
的边缘裂纹。对于这种类似的 边缘裂纹 , Pet roski 和 Achenbach 提出了裂纹张开位移的近似表达式!4∀ : u( a, x ) =
M 2B( x ) + M 3B ( x ) a a !a F = Q 1
dx
1+ M 1B + M 2B + M 3B= 0
选取均布应力和线形减少分布应力作为两个参考 x) = x) =
%
a 0
0( 1
x) a
1 2 1 + M 1B ( x ) 2+ a !x
0 0(
! x x 3 M 2B ( a ) + M 3B ( a ) 2 d x
ext
E∋ 2
!4f ( a / w )
a
a- x ( 3)
+ G ( a/ w )
( a - x ) 3/ 2 ∀ a
2
权函数法
由权函数理论可证明

通过对航空航天领域的管道进行局部应力分析，可以深入了解管道在各种操作条件下的应力分布和变形情况，为管道的设计 、制造、安装和使用提供依据。例如，在航空航天行业中，通过对管道进行局部应力分析，可以优化管道的结构设计，提高 管道的稳定性和耐久性，降低维修和更换成本，提高航空器的安全性和可靠性。
04
管道局部应力分析的挑战与解决 方案
局部应力分析的物理模型
物理模型
常用的局部应力分析模型包括弹性力学模型、弹塑性力学模 型和断裂力学模型。这些模型根据材料性能、几何形状和外 部载荷等因素，对局部应力进行数值模拟和分析。
分析方法
局部应力分析方法主要包括有限元法、有限差分法、边界元 法和实验法等。这些方法可根据实际情况选择，以解决不同 类型的问题。
VS
对管道进行局部应力分析，可以预测 管道在各种操作条件下的变形和应力 分布情况，评估管道的强度和稳定性 ，确保管道的安全运行。例如，在石 油化工行业中，通过对管道进行局部 应力分析，可以优化管道的设计和制 造工艺，提高管道的耐久性和可靠性 ，降低维修和更换成本。
电力行业
电力行业是另一个应用管道局部应力分析的 重要领域。在电力行业中，管道主要用于输 送各种流体介质，如水、蒸汽、气体等，以 支持设备的正常运行。这些流体介质通常具 有高温、高压、腐蚀性等特点，对管道的稳 定性和安全性要求较高。
THANKS
感谢观看

02
管道局部应力分析方法
解析法
基于理论分析，通过数学公式 解析表达管道应力分布情况。
适用于简单形状的管道，如直 管、弯管等。
对于复杂形状的管道，解析法 需要引入假设和简化，因此结 果可能存在误差。
有限元法
基于数值分析，将管道划分为有限个单元，通过计算机软件求解每个单元的应力分 布。

管件的设计应力和设计温度下的许用应力下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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管件是指在管道系统中连接、转向、支撑、缩径等用途的元件。

02 压力管道应力动态分析理 论基础
材料力学基础
材料力学是研究材料在各种力和力矩 作用下的应力和应变行为的科学。它 为压力管道应力动态分析提供了基本 原理和计算方法，包括材料的弹性模 量、泊松比、剪切模量等参数的确定。
VS
材料力学还涉及到材料的强度理论， 例如最大剪应力理论、最大伸长线应 变理论和能量理论等，这些理论为压 力管道的强度设计和校核提供了依据。
意义
通过应力分析，可以优化管道设计，降低制造成本，提高设备运行效率，保障人员和财产安全。
应力分析的方法和步骤
方法
常用的应力分析方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等数值分析方法，以及基于力学理论的解 析法。
步骤
应力分析通常包括前处理、求解和后处理三个步骤。前处理阶段涉及建立模型、设定边界条件和载荷 等；求解阶段通过数值方法计算管道应力；后处理阶段则是对计算结果进行评估和优化。
04 压力管道应力动态分析理 论与其他理论的关联
与流体力学理论的关联
流体力学理论在压力管道应力动态分析中起 着重要作用，特别是在流体流动和压力分布 的计算方面。流体的动力学和热力学性质对 管道中的应力分布和疲劳寿命有显著影响。
压力管道中的流体流动可能导致管道产生振 动和应力集中，这些因素进一步影响管道的 稳定性和安全性。流体力学理论提供了流体 动力学和热力学的基本原理，有助于预测和
压力管道应力分析的未来发展方向
方向1
随着数值计算技术和计算机技术的不断发展，未来应力分析将更加精确和高效，能够更 好地模拟管道的实际运行工况。
方向2
随着新材料和新工艺的不断涌现，未来管道材料的性能将更加优异，能够满足更高压力 和温度的要求。
方向3
随着智能化和远程监控技术的发展，未来管道应力分析将更加智能化和远程化，能够实 现实时监测和预警，提高管道运行的安全性和可靠性。

发电厂汽水管道应力计算技术规程1. 引言汽水管道是许多类型的发电厂中最重要的组成部分之一，承担着将汽水输送到整个厂区的关键任务。

任何管道系统都会受到一定的力学应力，如果应力过大或应力分布不均，可能会导致管道损坏或漏水。

因此，需要使用合适的计算方法来评估并优化汽水管道的应力分布，在确保安全可靠的前提下提高发电厂的运行效率。

2. 计算方法汽水管道的应力计算方法通常使用有限元分析（FEA）和解析计算两种方法。

其中，有限元分析是利用离散化技术将管道划分为若干小单元，通过高效的计算方法求解每个单元的应力分布，最终得到整个管道的应力分布。

解析计算则是基于受力学原理，通过推导出管道的应力公式，直接计算出应力值。

3. 应力计算中的影响因素在进行汽水管道应力计算时，需要考虑一系列因素，包括以下几个方面：3.1 管道的几何形状和尺寸管道的几何形状和尺寸对应力分布有重要影响。

例如，管道壁厚越大，应力分布越均匀，而管道直径越小，则应力分布越集中。

3.2 压力和温度变化压力和温度的变化会导致管道产生热应力或冷应力，从而影响管道的稳定性。

因此，在进行应力计算时，需要考虑汽水管道在不同压力和温度下的应力分布。

3.3 材料性能材料性能（如弹性模量和泊松比等）也是影响应力分布的重要因素之一。

不同材料的弯曲试验数据和屈服应力数据也应该考虑。

3.4 支架和支架间距管道的支架和支架间距将直接影响管道的应力分布。

合理的支架设计和布置可以带来更均匀的应力分布，从而提高管道的稳定性。

4. 结论综上所述，汽水管道的应力计算技术需要考虑多方面的因素，并需要使用适当的计算方法。

这些计算结果将指导汽水管道的设计和优化，为发电厂的安全运行提供重要保障。

石油化工设计中管道的应力分析在石油化工领域，管道系统是不可或缺的设备之一，其承载着输送各类液体、气体以及化工原料的任务。

在管道的设计中，应力分析是一个至关重要的步骤，其目的是确保管道在运行过程中能够承受各种外部力的作用而不会出现失效或损坏。

本文将从应力分析的基本原理、应力分析的方法以及应力分析的应用等方面进行探讨。

一、应力分析的基本原理管道在运行过程中会受到各种外部力的作用，其中包括内压力、温度变化引起的热应力、外部载荷等。

这些外部力会导致管道发生应力，而应力分析的目的就是要确定管道在各种外部力作用下的应力状态，以便合理设计管道结构，确保其在安全范围内运行。

在进行应力分析时，通常会考虑管道的弹性变形、应力集中、疲劳寿命等因素，从而对管道的结构和材料进行合理的选择和设计。

二、应力分析的方法在进行管道的应力分析时，通常会采用有限元分析法、解析法、试验法等方法。

有限元分析法是目前应用最为广泛的方法之一，通过将管道划分成有限个小单元，然后利用数值计算方法对每个单元的应力状态进行分析，从而得出整体的应力分布情况。

而解析法则是基于管道的几何形状和材料力学性质，通过数学原理和公式来计算管道的应力状态。

试验法则是通过对管道进行实验来得出其应力状态，这种方法在一些特殊情况下也是不可或缺的。

三、应力分析的应用管道的应力分析在石油化工领域有着广泛的应用，其主要作用包括以下几个方面：1. 确保管道的安全性：通过应力分析可以了解管道在运行过程中的应力状态，从而判断其是否满足安全要求。

如果发现管道受力过大或出现应力集中现象，就需要对其结构和材料进行调整，以确保其在运行过程中不会出现失效或损坏的情况。

2. 优化管道设计：通过应力分析可以发现管道结构的弱点和问题所在，从而对其进行优化设计。

比如调整管道的壁厚、选择合适的材料、改变管道的支撑方式等，都可以通过应力分析得到依据，从而提高管道的使用寿命和安全性。

3. 预防事故的发生：在石油化工生产中，管道事故所造成的损失往往是难以估量的，因此对管道进行应力分析是一种预防措施。

管道专业施工相关热力计算
第一部分管道热推力的计算
一、管道热伸长计算
管道的热伸长量的大小与管材的种类、管段的长度及温差数值有关。

ΔL=αLΔt=αL(t2-t1) 公式一
式中ΔL——管段的热伸长量（m）；
α——管材的线膨胀系数[m/(m•)]；在附表1中查询
L——管段长度（m）；
t1 ——安装时环境温度（℃）；
t2 ——管内介质最高温度（℃）；
二、管道的热应力计算
管道受热时所产生的热应力大小与管材的性质、管段长度及热伸长量有关。

δ=E(ΔL/L) 公式二
式中δ——管道受热产生的热应力（MPa）；
E——管道的弹性模量（MPa）；在附表2中查询
ΔL——管段的热伸长量（m）；（由公式一得出）
L——管段长度（m）；
当管道受热时的应力知道后，乘以管道截面积，就是整个截面积所产生的总的热推力，即：
P=106δF 公式三
式中P——管道的热推力（N）
F——管道截面积（㎡）
δ——管道热应力（MPa）
附表1：常用钢材的线膨胀系数(×10-6m/m·℃)
附表2：不同温度下不同材料的弹性模量
第二部分相关补偿器的计算
一、管道的自然补偿
1、L形直角弯自然补偿；L形自然补偿管段如图。

三、管道的柔性设计
3.1、柔性定义及柔性设计的方法和目的 a)定义 b)目的 c)设计方法 d)端点位移考虑 3.2、是否进行详细柔性设计的判别方法 a)应进行详细柔性设计的管道 b)可以不进行详细柔性设计的管道 c)判别式的使用方法与注意事项 3.3、管道的热补偿
三、管道的柔性设计
3.4、应力增大因子 3.5、柔性分析方程 3.6、弹性模量随温度变化效应 3.7、柔性分析的另一规则
五、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》 2、HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 3、SH/T3041-2002《石油化工企业管道柔性设计规范》 4、GB150《钢制压力容器》 5、JB/T8130.1-1999 《恒力弹簧支吊架》 6、JB/T8130.2-1999 《可变弹簧支吊架》 7、GB 50251-2003 《输气管道工程设计规范》 8、GB 50253-2003 《输油管道工程设计规范》 9、ASME/ANSI B31.1 -- Power Piping
10、ASME/ANSI B31.3 Process Piping 11、ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and
Distribution piping systems 12、ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems 13、API610 -- 离心泵 14、NEMA SM23 -- 透平 15、API617 -- 离心式压缩机 16、API618 -- 往复式压缩机 17、API661 -- 空冷器 18、ANSI/B31.1、APIRP520 -- 安全阀、爆破膜

热力管道受力计算与应力验算1一般规定1．1直埋敷设预制保温管道的应力验算采用应力分类法。

1．2本章适用于整体式预制保温直埋热水管道；同时，钢制内管材质应具有明显的屈服极限。

1．3直埋敷设预制保温管道在进行受力计算与应力验算时，供热介质参数和安装温度应符合下列规定：1热水管网供、回水管道的计算压力应采用循环水泵最高出口压力加上循环水泵与管道最低点地形高差产生的静水压力。

2管道工作循环最高温度，应采用室外采暖计算温度下的热网计算供水温度；管道工作循环最低温度，对于全年运行的管网应采用30℃，对于只在采暖期运行的管网应采用10℃。

3计算安装温度取安装时当地的最低温度。

1．4单位长度直埋敷设预制保温管的外壳与土壤之间的摩擦力，应按下式计算：cc D D H F ⋅+=)2/(πρμ(1．4)式中F ——轴线方向每米管道的摩擦力(N ／m)； H ——管顶覆土深度(m)；当H>1．5m 时，H 取1．5m 。

1．5保温管外壳与土壤之间的摩擦系数，应根据外壳材质和回填料的不同分别确定。

对于高密度聚乙烯或玻璃钢的保温外壳与土壤间的摩擦系数，可按表1．5采用。

1．6管道径向位移时，土壤横向压缩反力系数C 宜根据当地土壤情况实测或按经验确定。

管道水平位移时，C 值宜取1×106～10×106N ／m 。

；对于粉质粘土、砂质粉土回填密实度为90％～95％时，C 值可取3×106～4×106N ／m3。

管道竖向向下位移时，C 值变化范围为5×106～100×106N ／m3。

1．7直埋供热管道钢材的基本许用应力，应根据钢材有关特性，取下列两式中的较小值：[σ]=σb/3(1．7—1) [σ]=σb/1.5(1．7—2)常用钢材的基本许用应力[σ]、弹性模量E 和线膨胀系数a 值应符合本规程附录B 的规定。

1．8直埋预制保温管的应力验算，应符合下列规定：l 管道在内压、持续外载作用下的一次应力的当量应力，不应大于钢材在计算温度下的基本许用应力[σ]。

05
高温高压管道制造工艺与质量 控制
制造工艺流程与设备要求
制造工艺流程
包括材料准备、切割、坡口加工、焊接、无损检测、热处理、压力试验等环节 。
设备要求
制造过程中需要使用各种专业设备，如焊接设备、热处理设备、无损检测设备 等，设备性能和质量必须符合相关标准和要求。
质量控制标准与方法
质量控制标准
高温高压管道的质量控制标准主要包括材料质量、制造工艺、焊接质量、热处理 质量等方面。
高温高压管道的应力分析与 设计
汇报人： 日期:
目录
• 引言 • 高温高压管道应力分析 • 高温高压管道材料选择与性能
要求 • 高温高压管道结构设计要点
目录
• 高温高压管道制造工艺与质量 控制
• 高温高压管道安装与运行维护 注意事项
01
引言
高温高压管道的应用背景
01
02
03
能源领域
高温高压管道广泛应用于 石油、天然气、化工等领 域，用于输送高温、高压 、易燃易爆等流体。
通过对管道进行应力分析，可以优化 设计方案，提高管道的稳定性和可靠 性，减少后期维护和维修的成本。
提高经济效益
合理的应力分析与设计能够减少管道 的重量和尺寸，降低材料成本和运应力分类与产生原因
一次应力
由内压、重力和其他外力产生， 要求管道在所有应力作用下截面
钢材
常用的高温高压管道材料，具 有高强度、良好的耐腐蚀性和
加工性能。
合金钢
在钢材中添加合金元素，提高 材料的耐腐蚀性和高温性能。
陶瓷材料
具有高温稳定性、化学稳定性 和良好的耐磨性，但脆性较大
。
金属陶瓷
结合了金属和陶瓷的优点，具 有高温性能、良好的耐磨性和

工业蒸汽管道的设计及应力分析探讨摘要：在热膨胀产生应力下，如果设计不合理，那么热汽管道运行过程中可能会出现管道变形、弯头焊缝开裂、支架破坏等问题。

文章对热汽管道设计进行了分析，为热汽管线运行安全提供参考。

关键词：蒸汽管道；设计；应力分析化工行业普遍使用蒸汽作为热源，蒸汽管道受热产生热膨胀，管道材料内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗因受热产生的变形。

在考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。

当蒸汽管道在运行时其内的应力接近或超过管材的极限应力，材料就会被破坏。

因此若管道设计不合理，将存在安全隐患。

如：由于管道热应力导致管架被推坏，管道滑脱，弯头焊缝开裂，设备管口被顶坏等，严重者会引发燃烧、爆炸。

一、蒸汽管道的设计1.1蒸汽管道的选材及强度计算公称直径大于或等于 DN50 的蒸汽管道即属于压力管道，压力管道的设计应遵循《压力管道安全技术监察规程 - 工业管道》TSGD0001，《压力容器压力管道设计许可规则》TSGR1001，《压力管道规范工业管道》GB/T20801 等规范的相关规定。

在进行蒸汽管道设计时，首先应根据蒸汽介质的温度、压力确定管道及管件的设计温度、设计压力、压力等级等。

近而确定管道材质，一般情况下蒸汽管道可选用碳钢材质，但鉴于碳化物有可能转化为石墨的可能，碳钢不宜在425℃以上的温度下长期使用。

温度较高的蒸汽还可以选用 15CrMo、不锈钢材质。

根据蒸汽使用量计算管径，查阅手册可得到蒸汽的常用流速推荐范围值。

管径确定后，依据 GB/T20801.3 中直管内压设计中的计算厚度公式计算壁厚 t，碳钢管道需考虑腐蚀裕量。

式中：P--- 设计压力，单位为兆帕（MPa）；D--- 管子外径，取管子外径的名义值，或由实测所得，单位为毫米；S—设计温度下管道组件金属材料的许用应力，单位为兆帕；φ-- 焊件的纵向焊接接头系数或铸件质量系数； Y--- 计算系数。

1.2蒸汽管道的管道布置蒸汽管道的布置需考虑管道的柔性，管道在设计温度压力下工作时，由于热胀冷缩、端点附加位移、管道支架设置不当等将产生应力过大，导致变形、断裂、破坏等情况。

S 1 2
1 2 2 2 3 2 3 12
• 他认为引起材料屈服破坏的主要因素是材料内的变形能。
亦即不论材料处于何种应力状态，只要其内部积累的变形
能达到材料单向拉伸屈服时的变形能值，材料即发生屈服
破坏。
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材料的机械性能
一、弹性阶段 二、屈服阶段 将下屈服极限称为屈服极限 三、强化阶段 经过屈服阶段后，材料恢复了抵抗变 形的能力，要使其继续变形必须增加 拉力，这种现象称为材料的强化。 四、局部变形阶段 在试件的某一局部范围内，横向尺寸 突然急剧缩小。
• 通俗来讲管道应力分析的任务，实际上是 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 备以及土建结构的安全。
• 一般来讲，管道应力分析可以分为静力分 析和动力分析两部分。
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静态分析目的
• 静力分析是指在静力载荷的作用下对管道 进行力学分析
• 平面内垂直于半径。 • 剪切力
– 这个载荷在外表面最小，因此在管系应力计算中 省略了这一项。
– 在支撑处要求局部考虑。
• 扭矩
– 最大的应力发生在外表面。 – MT/2Z
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压力容器和管道中应力
• 剪应力 • 薄膜应力
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压力容器和管道弯曲应力
• 梁单元弯曲应力 • 壳单元弯曲应力
压力容器设计所采用的标准分为两类： 一类是按规则设计；另一类是按分析进行设计。常规设计一般以简化计算公 式为基础，再加上一些经验系数，不进行应力分析。
而分析设计中，首先将应力划分为一次应力和二次应力两大类，二者的 定义相似。 一次应力：为平衡压力与其它机械荷载所必须的法向应力或剪应力。其特点 是非自限性，即当结构内的塑性区扩展达到极限状态，使之变成几何可变的 机构时，即使荷载不再增加，仍将产生不可限制的塑性流动，直至破坏。