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压力管道应力分析-PPT课件

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最新压力管道应力分析幻灯片

最新压力管道应力分析幻灯片
③小支管与大管连接，且大管有位移并会影 响柔性的判断时，小管应与大管同时计 算。
⑷、具备下列条件之一的管道，可不做柔性 分析：
①该管道与某一运行情况良好的管道完全相 同；
②该管道与已经过柔性分析合格的管道相比 较，几乎没有变化。
⑸、柔性计算方法应符合下列规定：
①对于与敏感机器、设备相连的或高温、高 压或循环数大于7000次等重要的以及工 程设计有严格要求的管道，应采用计算 机程序进行柔性计算。
管道； ⑹ 与离心泵连接的管道
⑺ 设备管口由特殊受力要求的其他管道；
⑻ 利用简化分析方法分析后，表明需要进一 步详细分析的管道；
• 哪些管道可以不进行详细的柔性设计
⑴ 与运行良好的管道柔性相同或基本相当的 管道；
⑵ 和已分析的管道比较，确认有足够柔性的 管道；
⑶ 对具有同一直径、同一壁厚、无支管、两 端固定、无中间约束并能满足下式要求 的非剧毒介质管道：
一、在石油化工管道中常见的振动： ⑴ 往复式压缩机及往复泵进出口管道的振动；
• 往复式压缩机及往复泵防振设计的步骤： 1、在订货合同中明确提出对机器制造厂的要求：
⑴明确规定机器制造厂采取分析设计方法进行 压力脉动和振动控制；
⑵对缓冲罐容积大小提出要求；
2、通过计算共振管长和管系固有频率对管道布 置和支撑进行调整
时为：
S1 2[]P t D wP
2、弯管壁厚计算 弯管外侧壁的实际环向应力仍比直管大，内侧壁 的环向应力则比直管小。且应力值与弯管的弯曲 半径R有关。
Slw2[ P ]t D w p(1D 4R w)
弯制弯管时，弯管处横截面变得不圆，它对应力有 影响，可用最大外径与最小外径之差Tu表示。
TuD mD ax D w m i n10 % 0

管道应力分析及计算PPT课件

管道应力分析及计算PPT课件

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 18
d)减少激振力——减少弯头、三通、异径管等管件。
强度条件：连续敷设水平直管允许跨距强度条件是管
道中最大
纵向应力不得大于设计温度下的材
料的许用应力。
b)管道跨距计算
c) 不考虑内压最大允许跨距
d)考虑内压最大允许跨距
e)大直径薄壁管道
28
10.2、管道跨距及导向间距 2）导向间距：
a）水平管 b）垂直
垂直管道的最大导向支架间距大致可按不 保温管充水的水平管道支架间距进行圆整。
需提条件给土建 ：沉降量的考虑；储罐抗震措施。
22
⑿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 设备管口承载能力表
插图
⒀编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表 — 选型、荷载、位移
串联 — 按最大荷载选弹簧
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 — 国标≤25％（可改变）
(8)夹套管 b）端部强度计算 管端结构
c）内部导向翼板位置确定
⑼ 往复式机泵动力分析
安全阀与爆破片
⑽ 安全阀，爆破膜泄放反力计算(见标准计算程序)
ANSI/B 31.1(气体)；API RP 520(气体、气混)
⑾结构，荷载条件： F≥1000Kgf，M≥750Kgf × Bf Bf — 梁翼缘宽度。

压力管道强度及应力分析.ppt

压力管道强度及应力分析.ppt

S1d
S1Z
dw Dw
焊制三通的长度一般为3.5倍管
子外径；高度取1.7倍外径
压力管道的强度计算
❖ 异径管壁厚计算
按锥壳大端的应力分析进行计算 式：
S1t
2 cos
PDn
t •
0.006P
半锥角不得大于30°，且半锥角 和P/（[σ]tφ）的关系，不得超过 下表所列的数值，中间值可内插
求取
❖ 应力分类 由于载荷性质不同，产生的应力性质也不 同，它们对管道的破坏贡献不同。应该对 其分类，对于不同应力给予不同的限制条 件，以充分发挥材料的性能，又保证安全 生产
压力管道的载荷和应力分类
❖ 应力分类
▪ 一次应力（P） 一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生 的正应力或剪应力，它满足与外力平衡的条件。 它的特征是非自限性的，始终随外载荷的增加 而增加，最终达到破坏。由于载荷性质不同， 在管道内产生的应力分布也不同，一次应力又 分为：
❖ 热应力概念
▪ 对于平面管系ACB，
b
B端位移为：
Δa
Δb
C
u a2 b2
B Δu
a
T a2 b2
u
Tu
A
与直接从A到B有一根 管子的伸长量相同
压力管道的热应力分析
❖ 管道热应力计算
b
▪ 如果存在温度变化，不仅 Δa 在管内引起热应力，而且
C
在支吊架处引起支座反力 a
的变化，为了保证管道和
修正的方法计算，即
S1w
S11
Dw 4R
S1w
PDw
2 t •
1 P
Dw 4R
压力管道的强度计算
❖ 弯管壁厚计算
由于弯曲使横截面变得不圆，内外侧面壁厚变化，对应 力分布产生影响，为了使上面壁厚计算式的计算值能保 证管道安全，下式定义的最大外径与最小外径的差值Tu， 必须限制在规定范围内

压力管道检验员-材料力学PPT课件

压力管道检验员-材料力学PPT课件

定期对压力管道进行检 测，记录并分析数据。
对管道的异常情况进行 诊断，提出相应的处理 措施。
参与压力管道的安装、 维修和改造工作，确保 符合相关标准和规定。
压力管道检验员的工作要求
具备材料力学、流体力学等相关基础知识。
具备一定的实践经验，能够熟练操作各种检测仪器和设 备。
熟悉压力管道相关标准和规范，了解各种材料的性能和 特性。
案例二：压力管道的疲劳断裂分析
总结词
疲劳断裂分析是压力管道检验中的关键环节，通过分 析管道在交变载荷作用下的疲劳行为，预测管道的寿 命和可靠性。
详细描述
疲劳断裂分析主要研究压力管道在交变载荷作用下的 疲劳行为。通过实验和数值模拟方法，分析管道在不 同应力水平和循环次数下的疲劳寿命和断裂模式。同 时，根据材料的疲劳特性、应力分布和交变载荷的幅 值和频率等因素，预测管道的寿命和可靠性。此外， 疲劳断裂分析还可以为压力管道的设计、制造和维修 提供指导，提高管道的安全性和可靠性。
案例三：压力管道的腐蚀与防护措施
总结词
腐蚀是压力管道失效的重要原因之一，采取有效的防 腐措施是延长管道使用寿命的关键。
详细描述
腐蚀是压力管道在长期使用过程中面临的主要问题之一 。由于环境因素、介质特性和材料性能等多方面因素的 影响，管道可能发生腐蚀现象。为了延长管道的使用寿 命，需要采取有效的防腐措施。常用的防腐措施包括涂 层保护、阴极保护、缓蚀剂等。通过合理选择和使用防 腐措施，可以降低腐蚀对管道的影响，提高管道的安全 性和可靠性。同时，定期对压力管道进行腐蚀检测和维 护也是保证管道长期稳定运行的重要手段。
管道应力分析
根据管道内压、自重、流体冲击等受力情况，运 用材料力学知识进行应力分析，确保管道安全运 行。

压力管道应力分析_图文

压力管道应力分析_图文

管道元件变形的几种基本形式:
⑴ 拉伸和压缩 ⑵ 剪切 • 对于塑性材料：[τ]=(0.6~0.8)[σ] • 对于脆性材料：[τ]=(0.6~1.0)[σ] ⑶ 扭转 • [τ]=(0.5~0.6)[σ] ⑷ 弯曲 • уman≤[f] [f]为工程上规定的许用绕度值
。
承受内压管子的强度计算
1、管子壁厚计算 承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确
• 上式即为管道中二次应力强度条件判定 式，它已被众多的压力管道设计规范如 ANSI B31.3、SHJ41所引用。
压力管道的强度计算:
• 基本概念： ⑴ 设计压力 ⑵ 设计温度 ⑶ 材料的许用应力 ⑷ 厚度附加量 ⑸ 焊缝系数 ⑹ 设计寿命 ⑺ 计算厚度
⑻ 设计厚度 ⑼ 名义厚度 ⑽ 有效厚度
②对简单的L形、∏形、Z形等管道，可采 用表格法、图解法等验算，但所采用的 表和图必须是经过计算验证的；
③无分支管道或管系的局部作为计算机柔 性计算前的初步判断时，可采用简化的 分析方法。
2、SH/T3041《石油化工管道柔性设计规 定》中的规定：
⑴ 操作温度大于400℃或小于－50℃ ⑵ 进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道 ⑶ 进出反应器的高温管道； ⑷ 进出汽轮机的蒸汽管道； ⑸ 进出离心式压缩机、往复式压缩机的工
一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续梁承受 均布载荷时的刚度条件计算
（1）刚度条件
（装置内）
（装置外）
装置内：管道固有频率不低于4Hz； 装置外：管道固有频率不低于2.55Hz。
（2）强度条件
（不考虑内压）
（考虑内压）
取L1和L2两者之间的小值。
• 为了便于快速直接得到管道的允许跨距一 些书、手册列出了根据上述方法计算得到 的连续敷设管道的允许跨距。如《石油化 工装置工艺管道安装设计手册》。

压力管道局部应力分析ppt-课件

压力管道局部应力分析ppt-课件
压力容器在压力、温度、外部集中力、风载、地震……等载荷作用下可能导致 管口、支撑件与壳体局部连接处失效，这些问题常规分析方法往往已不适用， 应采用WRC107/297/PD5500或有限元法来进行局部应力分析以确保局部连 接处在设备运行时安全可
• 上述针对管道的应力增大系数的研究均是以梁单元为模型进行实验得到的。换言之，上述SIF的计算公式及软件的 计算过程均针对D/t≤100，当D/t＞100时，管道进入薄壁系列，其局部失稳特性开始表现出来，此时再按照管道 标准进行计算将引起误差。因此，应用于大直径薄壁管、管道-设备连接点接管处引发的局部失效 仅计算连接处筒体内外平面的八个点的局部应力，不能考虑完整情况 D/T必须在20~2500之间 3的规定，计算二次应力时应采用应力增大系数。 ASME应力的强度评定 5，即结构存在承载能力提升的可能。 WRC297是WRC107的增补，与WRC107起到相互补充的作用； 一次局部膜应力与二次应力相类似。 ASME应力的强度评定 WRC297应用范围及限制条件 这主要是因为校核一次应力是为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。 在球壳下，d/D小于1/3，但当球壳平均直径Dm与球壳壁厚T之比在20-55之间时，则可不用考虑d/D条件 另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。 主要特征是局部的，自限性的，独立于一次及二次应力之外的特殊应力。 应力增大系数应用的注意事项！ 另外，根据ASME B31. Part Ⅰ局部应力的应用 ASME应力的强度评定 根据GB 50316、ASME B31. WRC107及297——美国焊接研究委员会第107号公报及其增补297公报，给出了外载作用下壳体局部应力的计算原则及其计算公式。 对于WRC107而言，其局限性包含以下一些方面：

管道应力分析-孙学军_图文


裂纹。）
21
材料的力学性能及强度理论 力学性能：
1.强度极限 2.屈服强度 3.断裂 4.强化阶段 5.局部变形阶段
22
最大拉应力理论：
该理论认为：最大拉应力是引起断裂的主要原因 即认为：无论材料处于什么应力状态，只要最大拉应力达到 单向拉伸时的抗拉强度，材料就会发生脆性断裂。
屈服判据：
强度准则：
应力分析报告
应力ISO图
支撑设计、选型
提交业主 提交现场
8
应力分析管线分类:
9
关键管线表:
10
应力ISO图:
在管道单线图的基础 上增加应力分析的节 点号、约束点的位置 及类型、约束点的位 移量及载荷、备注等 信息。
11
管道受到的载荷、变形及失效形式
管道受到的载荷：
压力 操作压力、试验压力； 温度 重量 活荷载：管内输送介质的重量、测试的介质重量、 由于环境或操作条件产生的雪/冰荷载等。 死荷载：管道重量、保温重量及阀门（含执行机构 ）、法兰等管道组成件重量。 位移 设备管口热位移； 基础沉降、潮汐运动、风等作用下在管道连接处产 生的位移； 支撑结构的变形； 压力延长效应产生的位移；
管道应力的校核主要是为了防止管壁内应力过大造 成管道自身的破坏。各种不同荷载引起不同类型的 应力，不同类型的应力对损伤破坏的影响各不相同， 如果根据综合应力进行应力校核可能导致过于保守 的结果，因此管道应力的校核采用了将应力分类校 核的方法。 应力分类校核遵循的是等安全裕度原则，也就是说， 对于危险性小的应力，许用值可以放宽;危险性大的 应力，许用值要严格控制。 应力分类是根据应力性质不同人为进行的，它并不 一定是能够实际测量的应力。
24
最大切应力理论(Tresca准则)：

管道应力基础知识课件

应力分析目的：
静力分析：
压力、重力等载荷作用下的管道一次应力 计算——防止塑性变形的破坏；
热胀冷缩以及端点附加位移等位移载荷作 用下的管道二次应力计算——防止疲劳破 坏；
管道对机器、设备作用力的计算——防止 作用力过大，保证机器、设备正常运行；
管道支吊架的受力计算——为支吊架设计 提供依据；
以及其他集中或均布荷载条件 管道计算温度、计算压力和管内介质密度 正常操作条件外的特殊工况，如开车、停车、除焦、再
生、吹扫等工况 机器制造商的允许受力要求 往复泵的激振频率 管道端点约束条件或附加位移、管道所连接的设备
应力专业向管道专业返条件的内容：
管道端点和各约束点、与机器设备的连接点、 固定点、支吊点、止推点和导向点以及位移给 定点处的安装状态和操作状态的受力
荷载特点
荷载来源
注
在管道上产生交变应力，每运 应管道热胀或冷缩，管道变
行周期变化一次
形而产生的交变应力
用计算机程序或有关图表计算
安装时冷紧 管道端点位移
冷紧可减少管道对设备和固定 施工过程中产生 支架的力
在管道上产生交变应力
与管道连接的设备膨胀
对二次应力无影响 用计算机程序或有关图表计算
管道振动
长期振动荷载
冲击载荷作用下管道应力分析——防止管 道振动和应力过大；
管道地震分析——防止管道地震应力过大
什么叫一次应力、二次应力
一次应力是由于压力、重力与其它外力荷 载的作用所产生的应力。它是平衡外力荷 载所需的应力，随外力荷载的增加而增加。 一次应力的特点是没有自限性，即当管道 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，即使外力荷载不再增 加，管道仍将产生不可限制的塑性流动， 直至破坏。
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二、压力管道应力分析
• • • • • • • 1、载荷的分类 （1）根据作用时间分： 持续载荷 介质压力、重量、支反力、热应力、残余应力等 瞬间载荷 临时作用于管道的载荷， 风载荷、地震载荷等
• （2）根据作用性质分： • 静载荷 • 缓慢、毫无振动的、使管道不产生显著运动 的载荷 • 动载荷 • 管道振动、压力冲击、风，地震载荷等
• b．一次弯曲应力Pb • 一次弯曲应力是指沿厚度线性分布的应力。 它在内、外表面上大小相等、方向相反。 • 这种应力在达到屈服极限时，只是表面屈服， 如果继续增加载荷，则屈服加深，直至最后 破坏，因此其破坏时的应力大于一次总体薄 膜应力。
• 如：风载荷在管壁产生的轴向弯曲应力。
• c．一次局部薄膜应力（Pl） • 一次局部薄膜应力是在结构不连续区由内压 或其他机械载荷产的薄膜应力和结构不连续 效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应 力。 • 这种应力只引起局部屈服 如管子与设备的焊接处或法兰盘与管子的连 接处。
• （3）载荷的自限性 • 自限性载荷是指由于结构变形协调 过程中所产生的载荷，例如：设备接 管处。 • 在管道的强度设计中，主要考虑的载 荷有介质内压、自重、支反力，及附 加位移等，介质内压是强度计算的最 主要的依据。
• 2、应力分类 • （1）应力的概念及管道的破坏 • 应力的基本定义是指构件单位面积上所承 受的内力 • 一般来说，应力的值随外载荷增大而增大， 而各种材料对应力的承受能力有一个极限， 称为强度极限，当应力的值达到或超过材料 的极限时，材料就可能发生诸如过度变形、 开裂、断裂、失稳等现象，称为失效或破坏。
• 1）一次应力（P） • 一次应力是指平衡外加机械载荷所必须的 应力。 • 一次应力必须满足外载荷与内力及内力矩的 静力平衡关系，它随外载荷的增加而增加， 不会因达到材料的屈服点而自行限制，所以， 一次应力的基本特征是“非自限性”。 • 如：管道介质压力、支反力、集中载荷等。
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• 另外，当一次应力超过屈服点时将引起管道 总体范围内的显著变形或破坏，对管道的失 效及破坏影响最大。 • 一次应力还可分为以下三种 : • a．一次总体薄膜应力 Pm • 一次总体薄膜应力是指沿厚度方向均匀分布 的应力，等于沿厚度方向的应力平均值。 • 一次总体薄膜应力达到材料的屈服点就意味 着管道在整体范围内发生屈服，应力不重新 分布，而是直接导致破坏。
3、不同性质的载荷对管道安全的影响有很 大差别 例如： （1）随着管内介质压力的增加，管壁的应 力水平会不断加大，直至破坏，这种状态称 为应力没有自限性。 （2）随着管内温度增加，由于有约束存在， 管壁的应力水平也会加大，但当达到一定程 度时，如材料屈服，由温差产生的应力会逐 渐降下来，这种性质成为应力具有自限性。
不同性质的载荷，在管道中所产生的应力 对管道安全的影响不同，因此，要根据不 同类型的载荷采用不同的强度条件，才能 在保障安全的前提下，尽可能的提高管道 运行的经济性。 对于压力管道，介质的内压是最主要 的载荷，也是管道强度计算的主要依据。
4、压力管道应力分析的目的 压力管道的设计应能够适应介质的压力、 温度和介质的操作条件，设计的核心问题是 研究压力管道在外载荷作用下，有效地抵抗 变形和破坏的能力，即处理强度、刚度和稳 定性问题，保证压力管道的安全性和经济性。 因此，对压力管道进行较为充分的载荷 和应力、应力与变形分析，构成了压力管道 设计的重要理论基础。
• （2）应力分类
• • •
压力管道应力分类的依据是应力对 管道强度破坏所起作用的大小。 这种作用又取决于下列两个因素： 即应力是外载荷直接产生的还是在变形 协调过程中产生的
• A、应力产生的原因
• 外载荷是机械载荷还是热载荷；
•B、应力的作用区域和分布形式 •即应力的作用是总体范围还是局部范围的 •沿厚度的分布是均匀的还是线性的或非线性 的。 •目前，比较通用的应力分类方法是将压力管 道中的应力分为三大类： •一次应力、二次应力和峰值应力。
• 2）二次应力(Q) • 二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自 身约束所引起的应力。 • 二次应力不是由外载荷直接产生的，其作用 不是为平衡外载荷，而是结构在受载时变形 协调而使应力得到缓解 。 • 一般压力管道上所产生的二次应力，主要是 考虑由于热胀冷缩以及位移受到约束所产生 的应力。通常称为热胀二次应力。 • 二次应力的特点是自限性 。
• 我们所讨论的压力管道是指《压力管道安全 管理与监察规定》限定范围内的管道，管道 中通常都是高温（或超低温）、高压、易燃、 易爆、有毒等危险性较大的介质。 • 因此，压力管道一旦发生安全事故，都会造 成严重的经济损失和人员的伤亡，这些在国 内外都一有了大量的经验和教训。 • 保障压力管道的安全运行，首先要通过合理 的设计保障管道的强度。
• （2）管子重量（自身、介质、保温层） • 高压、大直径钢管的重量（自身、介质、 保温层）不容忽视。 • 管子重量在水平布置的接管中产生类似 于梁的变形，而在竖直布置的接管中产 生压应力，困难造成失稳破坏。 • （3）零部件的重量 • （4）支吊架产生的支反力
• • • •
（5）风力、地震产生的载荷 （6）管道温度变化所产生的温差应力 （7）管道安装所产生的约束力 （8）设备的变形或位移在管道上产生的 附加载荷 • （9）此外，还有介质在管内的流动所引 起的各种动载荷
第二章
压力管道强度及应力分析
杨玉芬
一、压力管道应力分析的目的和意义
• 1、压力管道的安全运行意义重大 • 一套完整的工艺装置，只有通过管道按照流 程需要将工艺过程所必须的各种机械装备加 以连接才能进行正常的生产。 • 另外，工艺装置能否长期安全生产和具有足 够的使用寿命也与管道设计的好坏密切相关。 • 因此，管道设计是工业生产装置不可缺少的 重要组成部分，我们必须给予高度的重视。
• • • •
2、管道所承受的载荷复杂 作用于管道的载荷有： （1）管内介质产生的压力 介质产生的压力主要在管子中产生环向 的使管子直径增大或缩小的变形，这也 是管子本身发生破裂的主要影响因素。 • 同时，介质的压力在远端轴向还会在管 子中产生轴向拉（压）应力而引起某些 附加载荷。 • 对于厚壁管，还会产生沿半径方向的载 荷。