热力管道应力分析一般模式及所遇问题的解决

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1、http://www.gtjia.com热力管道应力分析一般模式及所遇问题的解决白莲1，李大泽2(1．包钢集团设计研究院，内蒙古包头014010;2．中冶东方工程技术有限公司，内蒙古包头014010)摘要:文章阐述了热力管道应力分析的重要性，提出了热力管道应力分析的一般模式以及对管道应力分析中可能遇到的问题进行了归纳，并对解决这些问题的方法进行了讨论。关键词:热力管道;应力分析;荷载随着包头钢铁(集团)有限公司近几年的飞速发展，相应的配套设施同步增加，火力发电及CCPP联合循环发电机组也面临新的建设或改造。主蒸汽管道、主给水管道等热力管道的设计参数不断提

2、高，管径及壁厚也随之加大，管道应力分析也受到越来越多的重视，这样就要求设计者对管道应力进行分析计算。1管道应力分析［1］热力管道的应力，主要是由管道承受的内压力和外部荷载以及热膨胀等多种因素引起的，管道在这些荷载作用下的应力状态十分复杂。进行应力分析与计算，是研究管道在各种荷载作用下产生的力、力矩和应力，从而判断管道的安全性，且满足所连接的设备对管道推力(矩)的限定，同时使管道设计尽可能经济合理。管道应力分析是热力管道设计的基础，通过应力分析可以优化配管、合理布置管道支吊架，以使土建投资及弹簧、补偿器等管道配件方面的投资更加合理化。一般而言，热力管道管系

3、多为三维空间走向，由一条或多条主管及数条支管组成，有些管系甚至会含有一个或多个环行结构。在进行应力分析之前需根据管道走向建立管道应力分析的三维立体图，确定应力分析的结构参数。1．1管系荷载的确定［2］管系所承受的荷载大致可以分为四类:(1)压力及温度荷载:热力管道可能在几种不同的压力和温度条件下运行，在计算时应根据实际情况确定最不利的一组压力和温度条件，以便计算管道在最危险工况下的能否满足条件。(2)持续外载:包括管道基本载荷(管子及其附件的重量、管内介质重量、管外保温的重量等)、支吊架的反力、以及其它集中和均布的持续外载。(3)热胀及端点附加位移:管道

4、由安装状态过渡到运行状态，由于管内介质的温度变化，热胀冷缩使管道发生形变;与设备相连接的管道，由于设备的温度变化而出现端点附加位移，从而对管道产生约束，使管道发生形变。(4)偶然荷载:包括风雪荷载、地震荷载、流体冲击以及安全阀动作等而产生的冲击荷载。这些载荷都是偶然发生的临时性荷载，而且不会同时发生，在一般静力分析中，可不考虑这些荷载。1．2荷载工况一般情况下，管道应力计算主要考虑安装和运行两种工况。安装工况是指管道在常温下，考虑内压、持续外载条件下管道的受力情况;运行工况是指管道在运行条件下考虑内压、自重及运行温度情况下的荷载工况。1．3计算软件的选择

5、http://www.gtjia.com目前各大设计院对压力管道和压力容器均采用专用管道应力分析软件计算，国际上管道应力分析专用的计算机软件开发逐渐深入，其中一些程序经过不断升级和完善，软件的功能和使用的方便程度都达到了相当高的水平，已成为国际公认和通行的管道应力分析软件。国内也出现了一些自行编制的管道应力分析程序，这些程序往往针对性和目的性较强，效率较高但功能比较单一，与国外软件相比还有一定差距，算不上真正商业化的软件。目前，使用较多的管道应力分析软件有:美国COADE公司的CaesarII、美国AECCroup公司的CADpipe，美国AAA公司的T

6、riflex等。其中CaesarII软件是进行管道静力分析和动力分析的专用程序，功能比较齐全，可考虑管道的非线性约束，如管道与支架间的摩擦力、限位支架的间隙等，通过计算可得出设备管口受力、管架受力、管道一和二次应力、法兰受力、弹簧规格(如有弹簧支架)、管道各节点位移以及管道振动频率等。1．4边界条件及约束处理施加的边界条件和约束对管道的计算至关重要，其作用与影响有时远远大于压力载荷，因而必须仔细考虑现场参数，力求给出的边界条件和约束与现场情况一致。一般热力管道的管系中有多种形式的约束:滑动支架、导向支架和固定支架等。计算模型中对上述支架对管道的约束可分别

7、进行简化。滑动支架约束处受约束的方向(与管道轴线垂直的方向)位移定为零，不受约束的方向(轴向)位移自由，另外3个转角自由;固定支架约束处，3个方向位移均限定为零，另外3个转角也限定为零。1．5管道初算与调整上述条件确定以后就可以对管系进行初算，并根据初算结果进行调整。通过查看一次应力、二次应力的计算结果，冷态、热态位移，设备接口受力，支吊架受力(垂直荷载、水平荷载)，弹簧表等以确定结果是否满足计算要求并根据结果进行调整。2解决管道应力问题的常用方法对管道进行应力分析时，往往会出现计算不能满足要求的时候，就需要采取一些措施加以解决。2．1应力结果不满足通过

8、查看应力计算的结果，确定是一次应力还是二次应力不能满足要求。管道在持续荷载和偶然