40B201-1998管道柔性分析及应力分析技术规定

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和动力分析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。

关于化工管道应力分析和柔性设计探讨摘要：在化工管道的设计工作中，设计人员需要对管道材料和应力进行全面分析，保证管道的使用效果。

因此，相关设计人员要注重对管道进行应力分析，强化管道的柔性设计，保证管道的结构质量，为化工企业的生产经营提供根本保障。

本文主要关于化工管道应力分析，并探讨柔性设计。

关键词：化工企业；管道应力；管道柔性设计；结构质量在化工企业中，管道应力分析是化工管道设计过程中尤为关键的一环，而就其中的化工管道设计而言，也是整个化工工厂设计中非常重要的组成部分。

一、化工管道应力的基本分类第一，管道一次应力是指管道外加载荷，如在管道设计工作中，经常遇到的重力和压力是常见的一次应力。

由于这种应力作用不会受到限制，使得一次应力成为管道无法抵制的外力和压力。

所以，无论管线如何变形，都需要承担非自限性的一次应力。

管道在设计过程中，需要充分考虑一次应力的影响，通过合理的设计来保证管系受力能够满足一次应力外载负荷的要求。

此外，管道材料的选择会影响管道的设计质量和使用效果，因为管道在实际使用过程中，容易发生塑性变化，导致管道出现破损和震动等问题，使得管道承受不同负荷，加大了管道的一次应力。

第二，管道二次应力是由于管道变形受约束而产生的正应力或剪应力。

二次应力的特点是具有自限性，随着管线的变形而减小。

管道在受到温度影响，热胀冷缩导致管道变形产生的应力为二次应力。

二次应力产生的原因还有管道相连的设备沉降不均匀等。

第三，管道峰值应力主要是因为在设计过程中，其结构中的某些零部件会出现松动现象或者脱落问题，导致管道的一次应力和二次应力出现迅速增加的现象。

虽然管道的峰值应力不会导致管道结构出现塑性变形，但是，管道的整体结构会慢慢损坏，从而导致管道在使用过程中出现裂缝、裂痕等现象，直接瓦解管道整体结构，失去使用价值。

图1 化工管道二、化工管道应力的分析方法第一，经验判断法主要针对运行状态良好，且柔性相当或相同的管道。

利用以往的工作经验或者已经完成分析的管道进行新管道的类比分析。

1 范围本标准规定了：（1）管道在内压、持续外载作用下的一次应力和由于热胀、冷缩及其它位移受约束产生的热胀二次应力的验算方法，以判断所计算的管道是否安全、经济、合理；（2）管道由于热胀、冷缩及其它位移受约束和持续外载作用产生的对设备的推力和力矩核算方法，以判明是否在设备所能安全承受的范围内；（3）管道应力分析方法的选择依据；（4）支吊架的选用原则.执行本规定时，尚应符合现行有关标准规范的要求。

本规定适用于石油化工企业承受静力载荷的碳素钢、合金钢及不锈钢管道的柔性设计2 引用标准《石油化工企业管道柔性设计规范》 SHJ41《石油化工企业管道设计器材选用通则》 SH3059《石油化工钢制压力容器》 SH3074《石油化工企业管道支吊架设计规范》 SH3073《化工厂和炼油厂管道》 ANSI/ASME B31.3《API－610/NEMA－SM23》上述标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

在标准出版时，所示标准均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用上述标准最新版本的可能性。

3 一般规定3.1 管道柔性设计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、端点附加位移和管道支撑设置不当等原因造成的下列问题：一.管道应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏；二.管道连接处产生泄漏;三.管道推力和力矩过大,使与其相连接的设备产生过大的应力和变形,影响设备正常运行。

3.2 在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑下列管道端点的附加位移：一.加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移;二.塔或其它立式设备产生热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；三.管壳式换热器及其它卧式设备滑动支座移动造成连接管道的附加位移；五.几台设备互为备用时，不操作管道对操作管道的影响；六.不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移；七.根据需要，应考虑固定架和限位架的刚度影响。

制冷管道保温工艺标准（ 412— 1998）1范围本工艺标准合用于空调系统中制冷管道的保温工程。

2施工设备资料及主要机具：保温资料应切合设计规定并拥有制造厂合格证明或查验报告。

保温资料有聚氨脂硬质（软质）泡沫塑料管壳、聚苯乙烯硬质（软质）泡沫塑料管壳、岩棉管壳等。

以上材质应导热系数小，拥有必定的强度能蒙受来自内侧和外侧的水湿或气体浸透，不含有腐化性的物质，不燃或不易焚烧，便于施工。

保温资料在储存、运输、现场保存过程中应不受湿润及机械损害。

手电钻、刀锯、布剪子、克丝钳、改锥、腻子刀、油刷子、抹子、小桶、弯钩等。

作业条件：难燃资料一定对其耐燃性能考证，合格后方能使用。

管道保温层施工一定在系统压力试验检漏合格，防腐办理结束后进行。

场所应洁净洁净，有优秀的照明设备。

冬、雨期施工应有防冻防雨雪举措。

管道支吊架处的木衬垫缺损或漏装的应补齐。

仪表接收零件等均已安装完成。

应有施工员的书面技术、质量、安全交底。

保温前应进行隐检。

3操作工艺工艺流程：隐检→一般按绝热层→防潮层→保护层的次序施工→查验。

绝热层施工方法直管段立管应自下而上次序进行，水平管应从一侧或弯头的直管段处次序进行。

硬质绝热层管壳，可采纳16 号 ~18 号镀锌铁丝双股捆扎，捆扎的间距不该大于400mm，并用粘结资料密切粘贴在管道上。

管壳之间的缝隙不该大于2mm 并用粘结资料勾缝填满，环缝应错开，错开距离不小于75mm，管壳从缝应设在管道轴线的左右边，当绝热层大于 80mm 时，绝热层应分两层铺设，层间应压缝。

半硬质及软质绝热制品的绝热层可采纳包装钢带，14~16 号镀锌钢丝进行捆扎。

其捆扎间距，对半硬质绝热制品不该大于300mm ；对软质不大于200mm。

每块绝热制品的捆扎件，不得少于两道。

不得采纳螺旋式环绕捆扎。

弯头处应采纳定型的弯头管壳或用直管壳加工成虾米腰块，每个弯头应许多于 3 块，保证管壳与管壁密切联合，雅观光滑。

设备管道上的阀门、法兰及其余可拆卸零件保温双侧应留出螺栓长度如25mm 的缝隙。

管道应力探究及柔性设计摘要：管道应力的分析以及计算，是对管道加以设计的基础，能够实现对管道强度以及安全性做出评价，同时还能够给管道经济分析供给相应的依据。

管道应力是因为管道所承受的内压力、外部荷载和热膨胀等因素而形成的。

管道在荷载之下的应力形态是较为复杂的，对其加以分析和计算，继而做出安全性评价，满足连接设备对于管道推力形成的限定，继而让管道设计更加的经济合理。

关键词：管道；应力；柔性设计1、管道应力的分类1.1一次应力一次应力指的主要是管道所受到的荷载，比如内压、风荷载、持续外载以及冲击荷载等形成的正应力与剪应力。

是对外力加以平衡需要的应力，属于非自限性。

要是应力的强度超过了屈服极限的情况之下，管道就会出现塑性破坏或者整体的变形，要对这种现象加以防范。

管道的一次应力较之二次应力更加的危险，因此要收到更为严格的限制，一定要为不出现材料的屈服留出足够的裕度，避免程度太大的塑形变形而致使管道的失效或者损坏。

一次应力的校核要依据弹性分析以及极限分析的条件加以控制。

1.2二次应力二次应力则是管道因为变形而形成的正应力以及剪应力。

比如因为热胀冷缩以及其它形式的位移受约束形成的应力，其不会跟外力直接的平衡，是为了满足位移的约束条件，或者变形协调所需要的应力。

其具备的特征是自限性，在局部的屈服形成少量塑性变形就可以让应力实现下降。

而针对塑性比较优质的管材，通常在管道第一次加载的时候，二次应力不会致使直接的破坏，而在塑性应变在很多次重复交变的状况之下，才能够引发管道的疲劳破损。

二次应力限定不取决于特定时间之内的应力水平，主要是决定于应力交变的范围以及循环次数。

二次应力的校核应该依据安定性的分析条件实施控制。

1.3峰值应力峰值应力是由管道或者附件因为局部结构不够连续，局部的效应附加到了一次应力或者二次应力增量上。

它的特征在于不会形成较为明显的变形，并且在短距离之内就会自根源逐渐衰减，是导致脆性破损以及疲劳裂纹的一个重要原因。

今天借这个机会和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。

我们作为管道工程师，配管是我们的主要工作，占据了我们大部分工作时间。

一般情况下，管道工程师在配管完成后，应将临界管系提给管道机械工程师进行管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。

我们在配管完成后，为什么要进行管道应力分析呢？主要有以下几个原因：第一个原因是为了使管道应力在规范的许用范围内，保证所设计的管系及其连接部分的安全性。

第二个原因是为了使管口荷载符合标准规范的要求。

第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。

第四个原因是为了计算管道位移，从而选择合适的管架。

第五个原因是为了解决管道动力学问题，比如说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动，安全阀的排放等等。

最后一个原因是为了帮助配管优化设计。

这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些内容呢后面我们会作进一步学习。

今天我们学习的内容包括以下五个部分:1.管道应力分析的相关理论和基础知识。

我们简单的学习一下与管道应力分析相关的一些理论和基础知识。

2.管道应力分析的理解和工作任务。

3.实际工作中的管道应力分析的工作过程。

4.管道的柔性设计。

5. CAESARⅡ管道应力计算程序。

我们首先一起学习一下应力分析的理论基础一管道应力分析的相关理论和基础知识。

应力分析的相关理论和基础知识涉及的内容是非常广泛的，象是材料力学，结构力学，有限元，弹塑性力学等等。

今天我们只学习和它关系最为密切的一些内容。

如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。

我们学习的第一点是强度理论在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用。

这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。

这种影响程度通常用“当量应力强度”来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。

涉及的强度理论主要有四种：第一种是最大主应力理论。

管道应力分析第一章任务与职责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。