压力管道局部应力分析

埋地管道应力分析方法发布时间：2022-02-14T07:35:01.451Z 来源：《防护工程》2021年28期作者：田福明[导读] 对不同条件下管道应力的有效研究对防震减灾管道的设计具有重要意义有效模拟管道与地面的相互作用，研究上述因素对管道应力的影响，为施工提供相关指导。

福维工程科技有限公司上海 200235摘要：由于地下管道的特殊性和调节要求，它们的应力分析与工艺管道有着本质的不同，它们的轴向受到土壤约束，因此，在压力和温度的影响下，产生了更大的轴向应力。

管道包括两个方面：通过管道的土壤轴向摩擦和土壤对管道的横向拉力。

如果管道有轴向移动的趋势，第二种情况下，如果管道产生横向位移.目前采用双线性弹簧对地下管道进行应力分析，连续模拟土壤对管道的影响，由于管道长度的限制，无法连续模拟管道沿线的弹簧.关键词：埋地管道；应力分析前言：与地面施工不同，地下管线惯性作用小，在与地面相互作用过程中，民用物体对管道既有挤压作用，也有相关作用.外部载荷引起的土壤大变形会导致管道断裂，以及土体由于介质压力和温度应力而抑制管道变形。

因此，对不同条件下管道应力的有效研究对防震减灾管道的设计具有重要意义有效模拟管道与地面的相互作用，研究上述因素对管道应力的影响，为施工提供相关指导。

一、概述管道中存在多种形式的应力，这些应力以多种形式表示。

他们的分析取决于具体情况。

为了精确地分析匹配，需要对特定问题的分析采取不同的方法。

内部力的大小取决于外部负荷，即外部力大，内部力大，管道压力大。

如果外部压力增加，内部压力就会增加。

这两种值之间的关系是平衡的，但内部力的极限是物质流动的极限。

如果外部负载超过这个值，管道就会变形并因此受损。

具体额外负荷包括风力、地震和水力冲击。

二次应力是由热膨胀、冷却和其他管道运动引起的，而二次应力与一次应力之间存在差异，主要是因为二次应力的自限行，与外部压力不同，当荷载增加时，即使额外的荷载超出了管道流动的极限，荷载也会增加。

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全国压力管道设计审批人员培训北京艾思弗计算机软件技术有限公司管道应力1. 管道应力分析基础知识2. 管道的柔性设计3. 管道支吊架的设计4. 往复式机泵管道的防振设计5. 管道的抗震设计第一节管道应力分析基础知识压力、重力、风、地震、压力脉动、冲击等外力载荷和热膨胀的存在，是管道产生应力问题的主要原因。

其中，热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题。

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。

静力分析是指在静力载荷的作用下对管道进行力学分析①压力、重力等荷载作用下的管道一次应力计算防止塑性变形破坏；压力、重力等荷载作用下的管道一次应力计算防止塑性变形破坏防止塑性变形破坏；热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的管道二次应力计算--②热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的管道二次应力计算--防止疲劳破坏；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、防止作用力过大，③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；正常运行；管道支吊架的受力计算未支吊架设计提供依据未支吊架设计提供依据；④管道支吊架的受力计算未支吊架设计提供依据；管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏防止法兰泄漏；⑤管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏；⑥管系位移计算防止管道碰撞和支吊点位移过大。

管系位移计算防止管道碰撞和支吊点位移过大。

改变管道的走向 选用波形补偿器或球形补偿器 选用弹簧支吊架 改变设备的布置（卧式容器固定端和滑动端换位）




补偿的方法有两种：自然补偿和补偿器补偿 补偿器种类有三种：Π型补偿器，波形补偿器和套管式补 偿器或球形补偿器。 Π形补偿器结构简单、运行可靠、投资少、在压力管道设 计中广泛使用，Π形补偿器尽量布置在两固定点中间，若 不能居中布置其与固定点的距离不应小于两固定点间距的 三分之一。为了防止管道横向位移过大，应在Π形补偿器 两侧设置导向架，导向架应与弯头有一定距离，以防止弯 头处弯曲应力过大。 波形补偿器能力大、占地小、但制造较为复杂，价格高， 适用于低压大直径管道。 套管式或球形补偿器因填料容易松弛，发生泄漏，因此很 少采用。在有毒及可燃介质管道中严禁采用
施工过程中产生
对二次应力无影响
管道端点位移
与管道连接的设备膨胀
用计算机程序或有关图表计算
管道振动
长期振动荷载
管道受往复式机泵的压力脉 动、两相流的压力脉动和机 泵喘振而引起的振动 基础较差
往复式机泵的进出口设置缓冲 罐或增加管道的刚度
设备或支架基础下沉
可能引起刚度对设备或支架的 作用力改变或法兰泄漏



管道支吊架的受力计算——为支吊架设计 提供依据； 管道上法兰的受力计算——防止法兰泄漏 管系位移计算——防止管道碰撞和支吊点 位移过大。

动力分析：
往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频 率分析——防止气（液）柱共振； 往复压缩机（泵）管道压力脉动分析—— 控制压力脉动值； 管道固有频率分析——防止管道系统共振；
作用在管道上的荷载一览表
荷载的种类 一次应力 内、外压力 在装置运行时产生， 装置运行时在操作温度下，管内 属长期静荷载 流体的内、外压 长期静荷载 短期静荷载 其中包括管道、阀门、管件、隔 热材料和流动介质的重量 管内气体或蒸汽，在停工时由于 大气的冷却，管内形成负压。由 于气温升高或太阳直射使管内压 力升高 管道安装完毕后，进行水压试验 或气压试验的荷载 降雪地区的室外管道 作用于室外管道 由地震引起的振动 机泵启动或关闭时，阀门快速启 闭时和蒸汽管道暖管时等 因为在运行条件下管内压力和温度 有种种变化，所以取最不利的压力 温度组合作为设计条件 应区分均布荷载和集中荷载 通常在应力分析中不考虑，必要时 设真空破坏器或安全阀防止管道破 坏 一般试验压力根据有关规范确定 按气象资料确定 一般根据气象资料按静力计算 一般根据有关资料按静力计算 在运行规程中设定机泵启动和关闭 的规定，蒸汽管暖管的规定，对大 口径的水泵出口设缓闭的逆止阀， 以减少冲击荷载 荷载特点 荷载来源 注

压力管道安全技术一、三通的应力加强系数焊制三通和热压三通基本上属于薄壁管件,在外部弯矩作用下,由于其结构不连续,出现局部应力集中,因此需要验算应力,即需要考虑应力加强系数。

三通的应力加强系数是以与三通相连接的管子尺寸作为比较基础来计算三通应力增加的程度,和弯管的应力加强系数一样,它也是由疲劳试验得出的。

三通的应力加强系数的计算公式与弯管相同:m=0.9/λ2/3三通的尺寸系数λ表明三通的柔性特征,它取决于三通的结构型式和加强元件的尺寸。

结构加强的三通,应力加强系数将会减小。

由疲劳试验得知,弯管(包括焊接弯头)和三通的应力状态和破坏均有相似的特征。

考虑到热压弯管和热压三通、焊接弯管和焊接三通的结构形状相似,以弯管尺寸系数计算公式为基础,得出各类三通的尺寸系数计算公式,汇总于表2.5。

对于异径(支管与主管直径比值大于等于0.5)的热压三通或焊制三通,由于缺乏专门的试验研究,一般仍按表2.5中所列等径三通计算方法计算尺寸系数和应力加强系数。

二、耐腐蚀非金属材料1、工程塑料管道常用的耐腐蚀工程塑料管道有硬聚氯乙烯(PVC)管道、特级增强聚氯乙烯(UPVC)管道、聚乙烯(PE)管道、聚丙烯(PP)管道和ABS管道。

工程塑料管道具有比金属轻、有一定机械强度、优良的耐腐蚀性能和加工性能(可机械加工、热成型和焊接)等特性,所以在防腐蚀工程中的应用越来越广泛。

现分别介绍如下:(1)PVC管道物理机械性能见表4.6。

PVC有较好的耐溶剂性和化学稳定性,耐石油、汽油、丙烷、丁烷等烷烃类的腐蚀和溶解,对一般无机酸、有机酸、碱类和醇类均耐蚀。

但氯代烷烃、酮类、醚类、芳烃类等溶剂,对它有很大的溶胀性,强氧化剂可和它起作用。

PVC有很好的加工性能,可机加工、热成型和焊接。

PVC管材规格已经标准化:￠8~200,另又增加￠250、￠300、￠350、￠400。

有带承插口三通及90°肘形弯头;带丝扣的三通及90°弯头;平口90°弯头;平口异径三通;带凸缘、带螺纹接管及接管螺帽;阀门有隔膜阀DN65、DN80;45°角形截止阀DN25、DN30、DN40、DN50。