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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管道应力分析和计算

1 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 B 31.1 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 管道应力分析和计算 2 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

管道上可能承受的荷载有：

（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：包括内压力和外压力； （3）位移荷载：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）瞬变流动冲击荷载，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，如回转设备的简谐振动。 上述荷载根据其作用时间的长短，可以分为恒荷载和活荷载两 类；根据其作用的性质， 可以分为静力荷载和动力荷载。 由于不同特 征的荷载产生的应力性态及其对破坏的影响不同， 因此，在应力分析 与计算中也将采用与之相适应的方法。

1.5 变形与应力 管道应力分析和计算 3 1.5.1 变形

在外力（荷载）作用下，结构的总体或构件的形状和尺寸都会发 生不同程度的变化，这种形状的改变，一般称为变形。 1.5.2 变形的分类 （1）按照变形的性态，可分为弹性变形和塑性变形

两大类。 弹性变形： 构件或物体在外力作用下产生的变形， 外力除去后能 完全恢复其原有形状， 不遗留外力作用过的任何痕迹， 这种变形叫做 弹性变形。 塑性变形：构件或物体在外力作用下产生的变形， 当外力除去后， 构件或物体的形状不能复原， 即遗留了外力作用下的残余变形， 这种 变形称为塑性变形。 （2）按照变形的形式，可分为轴向拉伸（或压缩）、弯曲、扭 转和剪切变形四种基本形式。 拉（压）变形：这种变形是由一对大小相等、方向相反、作用线 与杆件轴线重合的外力所引起的。 在这种外力作用下， 杆的长度将伸 长（或缩短）。 弯曲变形：当杆件承受与它的纵轴线垂直的荷载或纵向轴线平面 内的力偶作用时， 杆的纵向轴线由原来的直线变成了弧线， 这种变形 称为弯曲变形。 剪切变形： 这种变形是杆件受到一对大小相等、 方向相反、 作用 线相距很近的外力作用时所产生的。 它的特征是在上述外力作用下杆 的两个外力作用线间的各断面将力的作用方向（垂直于杆件轴线方 向）发生相对错动。 扭转变形： 杆件在受到一对大小相等、 转向相反、 作用面垂直于 杆件轴线的力偶作用时， 使杆件的任意的两个断面绕杆件轴线作相对 的转动，即产生扭转变形。 管道应力分析和计算 4 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“ ”表示。 1.5.4 应变与弹性模数

（1）应变：构件或物体受外力（荷载）作用下将产生变形，为 表明变形的程度，需计算单位长度内的变形，即应变，以“ ”表示。 （ 2）弹性模数：弹性模数 E，代表材料在受到拉伸（或压缩） 作用时对弹性变形的抵抗能力。 当杆件长度、 断面积、 外力以及温度 均相同的条件下， E 的数值越大，杆件的轴向伸长（变形）越小。因 此，E 也可说是衡量材料刚度的指标。 在弹性范围内，应力＝弹性模数×应变，即 ＝ E·。 （ 3）泊松比：在弹性范围内，横向线应变与轴向线应变之比为 一常数，此常数的绝对值称为泊松比，以“ ”表示。 泊松比的数值， 对汽水管道常用的钢材， 由试验得出， 在弹性状 态下约在 0.25至 0.35 之间，在实用计算中取为 0.3。但是，它随着钢 材塑性变形的发展而增加，对塑性状态下可近似地取为 0.5。 （4）剪切弹性模数：表示材料在线性弹性性态时抵抗剪切变形 的能力。剪应力与剪应变也服从虎克定律。剪切弹性模数 G 与弹性 模数 E 和泊松比有以下关系： G＝ E ，若取常用管道钢材在弹 2（1 性状态

下的泊松比 ＝0.3，则剪切弹性模数 G 将等于 E 。 2.6

1.6 强度指标与塑性指标 管道应力分析和计算 5 钢材的强度特征与变形特征是用一定的强度指标与塑性指标来 衡量的，这两类指标都是表示钢材力学性能（机械性能）的物理量， 它们都可以通过钢材的拉伸试验来得到。 1.6.1 强度极限 b：在拉伸应力－应变曲线上的最大应力点， 单位为

MPa。

1.6.2 屈服极限 S：材料在拉伸应力超过弹性范围， 开始发生塑性变

形时的应力。有些材料的拉伸应力－应变曲线并不出现明显的屈服平 台，即不能明确地确定其屈服点。 对此种情况， 工程上规定取试样产 生 0.2％残余变形的应力值作为条件屈服极限， 用 s（0.2%） 表示， 单位 为 MPa。

1.6.3 持久强度 Dt：在给定温度下，使试样经过一定时间发生蠕变 断

裂时的应力。在工程上通常采用试样在设计温度下 10 万小时断裂 时的平均值 Dt 表示，单位为 MPa。 1.6.4 蠕变极限 Dt：在给定温度下和规定的持续时间内，使试样产 生

一定蠕变量的应力值。工程上通常采用钢材在设计温度下，经 10 万小时，蠕变率为 1％时的应力值，单位为 MPa。 1.6.5 延伸率 ：试样在拉伸试验中发生破坏时，产生了百分之几的 塑

性伸长量， 是衡量钢材拉伸试验时塑性的一个指标。 试样的原始长 度，一般选择为试样直径的 5 倍或 10 倍，因此，试样有 5和 10

值， 单位为百分率（％）。 1.6.6 断面收缩率 ψ：断面收缩率表明试样在拉伸试验发生破坏时，

缩颈处所产生的塑性变形率， 它是衡量材料塑性的另一指标， 单位为 百分率（％）。 1.6.7 冲击功：钢材在进行缺口冲击试验时，消耗在试样上的能量，

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发电厂汽水管道应力计算技术规程

发电厂汽水管道应力计算技术规程

发电厂汽水管道应力计算技术规程发电厂汽水管道应力计算技术规程是为了确保管道的安全运行和正常工作而编制的一项标准文档，它包含了对于管道应力计算的相关内容和参考指南。

下面是该规程的一些相关参考内容：1. 管道的设计基础：规程应明确管道的设计基础，包括设计荷载、设计温度、设计压力、管道材料等。

这些设计基础会直接影响到管道的应力计算。

2. 材料力学性能：规程应包含管道材料的力学性能参数，如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。

这些参数用于计算管道的应力强度。

3. 管道应力分析方法：规程应明确管道应力分析的方法和计算公式。

常见的方法包括弹性应力分析方法和弹塑性应力分析方法。

对于复杂的情况，可以采用有限元分析方法。

4. 管道支承和支撑设计：规程应对管道的支承和支撑设计给出具体要求。

支承和支撑的设计不仅关系到管道的应力分布，还关系到管道的位移和振动等问题。

5. 管道应力监测和检测：规程应提供管道应力监测和检测的方法和要求。

这些信息对于管道的健康状况评估和安全运行具有重要意义。

6. 弯管和T型管道的应力计算：规程应特别说明弯管和T型管道的应力计算方法。

这些管道在管道系统中常常遇到，其应力特性和应力计算方法与直管不同，需要特殊注意。

7. 管道的疲劳寿命评估：规程应提供管道的疲劳寿命评估方法和标准。

疲劳是导致管道破裂的主要原因之一，对于长期运行的管道系统，疲劳寿命评估是至关重要的。

8. 管道应力计算实例：规程可以给出一些管道应力计算的实例，供设计人员参考。

这些实例可以涉及不同类型的管道，不同的应力情况，帮助设计人员理解和掌握应力计算方法。

9. 管道应力控制和管理：规程应包含对于管道应力控制和管理的要求和建议。

管道应力控制和管理是管道安全运行的重要环节，规程应给出相应的指导。

以上是发电厂汽水管道应力计算技术规程的一些相关参考内容。

该规程的编制应根据实际情况和经验总结，以确保管道的安全运行和正常工作。

注意，本回答中不提供链接，如有需要，建议查阅相关标准和规范。

管道应力分析计算书编制规定

管道应力分析计算书编制规定

本标准适用于管道应力分析专业同时也适用于配管热力储运和医药等专业的管道应力分析计2管道柔性分析和应力计算书内容和深度的规定管道柔性分析和应力计算书应包括计算书封面管道柔性分析和应力计算一览表应力计算轴测图应力计算输入文件应力计算输出报告设备管口受力校核法兰泄漏计算和附图附表等
中国石化集团上海工程有限公司标准
· 附录 ６．６ 加热炉管口受力校核表 ２．７ 法兰泄漏计算
法兰的泄漏计算详见附件７。
２．８ 其它附图
其它附图是指应力计算时所需的各专业的条件。包括设备总装详图或小样图，膨胀节的示意图，转
动设备制造商提供的设备图和管口位移量等。
３ 管道柔性分析和应力计算书的签署规定
管道应力分析报告的签署应按公司标准Ｑ／ＳＳＥＣ ＩＴＥ０６－２００３《压力管道设计管理制度》的规定签署。
Ｑ／ＳＳＥＣ ａａｂｂ００－２００５
前 言
本标准是中国石化集团上海工程有限公司（简称ＳＳＥＣ）技术标准之一，属于配管室技术标准。 本标准由配管工程室提出。 本标准由配管工程室归口。 本标准主要起草人：方 立、史习庆、倪 钧。 本标准于２００６年首次发布。
Ｑ／ＳＳＥＣ ａａｂｂ００－２００５
Ｑ／ＳＳＥＣ ａａｂｂ００－２００５
第 １ 页 共 ７ 页
· 管道在偶发载荷（如风，地震）作用下的应力和一次应力组合后的最大偶发应力（ＯＣＣ）和相
应的节点号。
· 各约束点在操作工况（ＯＰＥ）和安装工况（ＳＵＳ）下的受力。
· 各节点在操作工况（ＯＰＥ）和安装工况（ＳＵＳ）下的位移量。
管线号
管道 保温 流体 P1 P2 Pt T1 T2 T2 等级 型式,厚度 密度 MPa MPa MPa ℃ ℃ ℃
供热管道应力验算

供热管道应力验算

供热管道应力验算1 一般规定1.1 管道的应力验算应采用应力分类法，并应符合下列规定：1 一次应力的当量应力不应大于钢材的许用应力；2 一次应力和二次应力的当量应力变化范围不应大于3倍钢材的许用应力；3 局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于3倍钢材的许用应力。

1.2 进行管道应力计算时，计算参数应按下列规定取值：1 计算压力应取管道设计压力；2 工作循环最高温度应取供热管网设计供水温度；3 工作循环最低温度，对于全年运行的管道应取30℃，对于只在采暖期运行的管道应取10℃；4 计算安装温度应取安装时的最低温度；5 计算应力变化范围范围时，计算温差应采用工作循环最高温度与工作循环最低温度之差；6 计算轴向力时，计算温差应采用工作循环最高温度与计算安装温度之差。

1.3 保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算：⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯⨯+=g D G D K F ρπσπμ2c v c 0421 （5.1.3-1）ϕsin 10-=K （5.1.3-2）式中：F ——单位长度摩擦力（N/m ）；μ——摩擦系数；c D ——外护管外径（m ）；v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）；G ——包括介质在内的保温管单位长度自重（N/m ）； ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2）； 0K ——土壤静压力系数；ϕ——回填土内摩擦角（°），砂土可取30°。

1.4 土壤应力应按下列公式计算：1 当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力：H g ⨯⨯=ρσv （5.1.4-1）式中：v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2）；H ——管道中心线覆土深度（m ）； 2 当管道中心线位于地下水位以下时的土壤应力：()w sw w v H H g H g -⨯+⨯⨯=ρρσ （5.1.4-2）式中：sw ρ——地下水位线以下的土壤有效密度（kg/m 3），可取1000 kg/m 3；w H ——地下水位线深度（m ）。

石油化工设计中管道的应力分析

石油化工设计中管道的应力分析

石油化工设计中管道的应力分析石油化工设计中，管道的应力分析是非常重要的一项工作。

管道作为输送介质的重要通道，其受力情况直接影响着整个系统的运行安全和稳定性。

对管道的应力分析需要进行严格的计算和评估，以确保管道在工作过程中不会发生破裂和失效，从而保障整个系统的正常运行。

本文将对石油化工设计中管道的应力分析进行探讨，以帮助读者更好地理解管道设计及其相关的工程计算。

一、管道应力分析的必要性在石油化工生产中，管道是石油、化工产品输送的主要通道，其受力情况直接关系到生产过程中的输送安全和运行稳定性。

在管道运行过程中，由于介质的压力、温度和流体的惯性作用，管道会受到各种应力的作用，如轴向力、弯矩力、剪切力等。

如果管道的应力超过了其材料强度的承受范围，就会发生破裂和失效，导致重大事故及生产中断。

管道应力的分析和评估是非常必要的。

管道应力分析主要包括以下内容：1. 管道受力分析管道在运行过程中会受到来自介质内压力、外载荷、温度变化等因素的作用，这些力会导致管道产生轴向力、弯矩力、剪切力等。

受到各种力的作用，管道会发生弯曲、变形等情况，需要进行受力分析，以确定管道的受力情况。

2. 管道应力计算根据管道的几何形状、受力情况、材料性能等因素，进行管道的强度计算和应力分析，求解管道在受力作用下的应力分布情况，以确保管道在运行过程中不会发生破裂和失效。

3. 管道的支撑设计管道的支撑设计是管道应力分析中的重要环节，合理的支撑设计能够有效地减少管道在受力情况下的变形和应力集中，降低管道的破裂风险。

在管道应力分析中需要考虑管道的支撑设计。

4. 管道的疲劳强度分析由于管道在运行过程中会受到周期性的载荷作用，这会导致管道产生疲劳损伤，疲劳断裂是管道失效的主要形式之一。

在管道应力分析中需要进行疲劳强度分析，评估管道的疲劳寿命和安全系数。

1. 解析法解析法是通过理论计算和分析，对管道的受力情况进行确定，求解管道在受力情况下的应力分布情况。