管道应力分析及计算

厚壁圆筒或管道中的应力计算（1）概述当厚壁管或圆柱体受到内部和外部压力时，会在壁中产生环箍和纵向应力。

（2）轴向方向应力σa = (p i r i2 - p o r o2 )/(r o2 - r i2) (1)σa=轴向应力（MPa，psi）pi=管道或圆柱体中的内部压力（MPa，psi）p o=管道或圆柱体中的外部压力（MPa，psi）r i=管道或圆柱体的内径（mm，in）r o=管子或圆柱体的外半径（mm，in）（3）周向应力-环向应力圆周方向上的应力——环向应力——在管或圆筒壁上的一点上可以表示为：σc = [(p i r i2 - p o r o2) / (r o2 - r i2)] - [r i2 r o2 (p o - p i) / (r2 (r o2 r i2))] (2)其中：σc=周向应力（MPa，psi）r=管道或圆筒壁中点的半径（mm，in）（r i<r<r o）r=r i时的最大应力（管道或圆柱体内部）(4)合成应力气缸壁中单个点的组合应力不能通过使用矢量加法的单个矢量来描述。

相反，可以使用描述两个物理向量之间的线性连接的应力张量（矩阵）。

径向应力管壁或圆筒壁中某一点处的径向应力可以表示为：σr= [(p i r i2 - p o r o2) / (r o2 - r i2)] + [r i2 r o2 (p o - p i) / (r2 (r o2 - r i2))] (3) r=r o时的最大应力（管道或圆柱体外部）(5)示例-厚壁圆筒中的应力在内径为200mm（半径为100mm）、外径为400mm（半径为200mm）的圆柱体中，相对于外部压力存在100MPa的压力。

轴向应力可计算为:σa=（（（100 MPa）（100 mm）2-（0 MPa）（200 mm）2）/（（200 mm =33.3 MPa内壁（100 mm）的周向应力（环向应力）可计算为:σc=[（（100 MPa）（100 mm）2-（0 MPa）（200 mm）2）/（200 mm=167 MPa内壁（100 mm）的径向应力可计算为:σr=[（（100 MPa）（100 mm）2-（0 MPa）（200 mm）2）/（200 mm=-100MPa。

管道热应力计算
管道热应力计算是指在高温、高压、高速的工程实际中，对管道受热引起的应力进行计算的过程。

由于管道在使用过程中会受到多种因素的影响，如温度、压力、自重等，因此需要考虑多种应力情况。

在管道热应力计算中，需要先进行管道的应力分析，包括弯曲应力、剪切应力、轴向应力、环向应力等。

接着，根据管道材料的特性和实际工作条件，计算管道的热膨胀量和热应力，以判断是否超过了管道的承载极限。

在计算热应力时，需要考虑管道的材料和形状，以及工作温度和压力等因素。

通常采用有限元法等计算方法，通过模拟管道在不同工作条件下的应力情况，得出管道的热应力。

管道热应力的计算对于保障管道的安全运行、延长管道的使用寿命具有重要意义。

因此，在实际工程中，需要根据具体情况进行合理的计算和分析，并采取相应的措施，保障管道的安全运行。

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石油化工设计中管道的应力分析管道系统是石油化工设备中不可或缺的部分，其承载着输送介质和承受压力的重要任务。

在设计管道系统时，必须对其进行应力分析，以确保其安全稳定地运行。

本文将深入探讨石油化工设计中管道的应力分析，包括管道应力的来源、计算方法以及在设计中的应用。

管道应力的来源管道系统承受多种应力作用，主要包括内压力、外载荷、温度变化和地震等因素。

首先是内压力，即输送介质所施加的压力。

这种应力是管道系统中最主要的应力来源，其大小与介质的性质、流量、工作温度和管道尺寸等因素有关。

其次是外载荷，如管道上的悬挂支架、施工载荷等，也会对管道造成影响。

温度变化也是管道应力的重要来源，因为温度变化会引起管道的膨胀或收缩，从而产生应力。

地震等外部环境因素也会对管道系统造成应力影响。

计算管道应力的方法主要包括静力学方法和有限元分析方法。

在静力学方法中，常用的计算公式有Barlow公式、Lame's公式和Tresca's公式等。

这些公式可以通过管道的几何参数、介质的性质和工作条件等参数来计算得到。

而有限元分析方法则是通过数值模拟的方法，将整个管道系统划分为有限个单元，然后利用有限元软件对其进行力学分析，得出管道的应力分布和变形情况。

在进行管道应力计算时，需要考虑多种因素，如管道的材料、受力条件、支架布置等。

特别是对于石油化工设备中使用的高压管道系统来说，其设计要求更加严格，对管道应力的计算也更加复杂。

还需要考虑管道的疲劳寿命和安全系数等因素，以确保管道系统的安全可靠运行。

管道应力分析在设计中的应用管道应力分析在石油化工设备的设计中起着至关重要的作用。

通过合理的应力分析可以确定管道的尺寸和壁厚，以满足输送介质和承受压力的要求。

在设计中，需要根据管道的受力情况和使用条件，选择合适的材料和管道结构，以确保其安全可靠地运行。

管道应力分析还可以指导管道的支架布置和管道间的连接设计，避免管道出现挠曲、屈服或疲劳断裂等问题。

[转贴]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。

电厂汽水管道应力计算与分析摘要：本文主要针对管道所受荷载以及产生的应力进行简单的分析，同时结合AutoPSA程序计算实例，探讨在汽水管道设计中，怎样通过应力计算程序对相关管道进行静应力分析同时给出正确的分析结果，从而保证管道设计的安全性与经济性。

关键词：电厂；汽水管道；应力计算1管道应力计算的任务及内容管道应力计算的主要任务是验算管道在内压、自重和其它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，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。

2管系的荷载与应力2. 1应力合成。

由不同荷载引起的管系应力可分为以下几种:(1)环向应力，主要由管内压或外压产生。

(2)轴向应力，主要由管内压或外压产生，或由外力或力矩作用在管轴方向产生。

(3)剪应力，主要由管系的热胀、自重产生的扭矩及剪切力产生。

(4)其它应力，如地震、压力脉动、汽锤等动荷载或冲击荷载产生，通常分解为管系各部分的最大等效静荷载。

2. 2评定标准。

电厂汽水管道安全性判别评定标准一般采用以下方法:2. 2. 1持续荷载下的应力:其中——一次应力（MPa）[δ]1?——管道元件材料在设计温度下的许用应力（MPa）P?——管道设计压力（MPa）DO?——管道外径（mm）Di?——管道内径（mm）MA——持续外载在管截面上的合成力矩（N.mm）W——管道的截面抗弯模量（mm3）i——应力增强系数（0.75i＞1）2.22热胀应力。

管系热胀应力范围应满足下式要求：(式2)管道全温度周期范围内交变次数N≤2500时。

F取1.[δ] 20——管道元件材料在20℃下的许用应力（MPa）δE——热胀应力（MPa）3.管系的应力计算3. 1 ANSI判断分析法。

对于简单管系，如果其有同一管径、同一壁厚，两端固定，无中间约束的普通介质管道，只要管系具有足够的柔性，能满足下式要求，可不进行应力分析计算。

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]。

管道环应力 mpa
管道环应力是指管道壁厚度方向上的应力，通常以兆帕（MPa）为单位。

管道环应力可以从多个角度来理解和计算。

首先，管道环应力可以通过管道内部或外部的压力来计算。

当管道内部或外部施加压力时，管道壁会受到应力的作用。

根据材料力学的原理，管道内部的压力会导致管道壁产生拉伸应力，而外部的压力则会导致管道壁产生压缩应力。

这些应力会影响管道的稳定性和安全性。

其次，管道环应力还可以通过管道的几何形状和材料性质来计算。

管道的壁厚、直径、材料的弹性模量等因素都会影响管道壁的环应力分布。

通常情况下，可以通过应力分析的方法，如有限元分析等工程手段，来计算管道环应力的分布情况。

此外，管道环应力还受到管道安装和使用条件的影响。

例如，管道的支撑方式、温度变化、介质流动等因素都会对管道环应力产生影响。

在工程实际中，需要综合考虑这些因素，对管道环应力进行合理的评估和设计。

总之，管道环应力是管道工程中重要的一个参数，对管道的安全运行和设计具有重要意义。

通过综合考虑压力、几何形状、材料性质和使用条件等因素，可以全面地评估管道的环应力情况，从而保证管道的安全性和稳定性。