管道应力分析设计规定.docx

1、管道应力分析设计规定质量管理体系文件设计规定管道应力分析设计规定版号：0受控号：2003年 月 日发布2003 年 月 日实施管道应力分析设计规定版号编制校核审核批准批准日期0主编部室：管道室 参编部室:参编人员：参校人员：会签部室签署会签部室签署会签部室签署说明：1文件版号为A、B、C。2每版号中局部修改版次为1/A、2/A,1/B、2/B,1/C、 2/C。本规定（）自2003年 月实施。1.总则. 12.应力分析管线的分类及应力分析方法 23.管道应力分析设计输入和设计输出 64.管道应力分析条件的确定 95.管道应力分析评定准则 11附件 1 管线应力分析分类表 14附件 2 设备管口

2、承载能力表 15附件3柔性系数k和应力增强系数i 16附件4 API 610 一般炼厂用离心泵 （摘录） 17附件5 NEMA SM23 （摘录） 22附件6 API 661 一般厂用空冷器 （摘录） 231.总则适用范围1.1.1本规定适用于石油化工生产装置及辅助设施中的碳钢、合金钢及不锈钢管道 的应力分析设计工作。本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。1.1.2管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下，具有足够的强度和合适 的刚度，防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它的荷载(如 压力、 自重、风、地震、雪等)造成下列问题：1)管道的应力过大或金属疲劳引起管道或支架破

3、坏。2)管道连接处泄漏。3)管道作用在与其相联的设备上的载荷过大，或在设备上产生大的变形或应 力，而影响了设备的正常运行。4)管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。5)管道的位移量过大而引起的管道自身或其它管道的非正常运行或破坏。6)机械振动、声频振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动荷载造成的管 道振动及破坏。应力分析设计工作相关的标准、规范：1)GB150-1999 钢制压力容器2)GB50316-2000 工业金属管道设计规范3)HG/T20645-1998 化工装置管道机械设计规定4)JB/ 95 可变弹簧支吊架5)JB/ 95 恒力弹簧支吊架6)简化柔性计算的规定7) ASME/ANS

4、IProcess Piping8) ASME/ANSIPower Piping9) ASME/ANSILiquid Transmission and Distribution pipingsystems10) ASME/ANSIGas Transmission and Distribution piping systems11) API 610 Centrifugal Pumps for General Refinery Services12)API 617 Liquid Transportation System for Hydrocarbone,Liquid ,Petroleum Gve,

5、 Anhydrone Ammonis , and AlcoholsService2.应力分析管线的分类及应力分析方法应力分析管线的分类原则上，所有的管线均应做应力分析，并根据管线的类别（温度、压力、口 径、壁厚、所连接的设备的荷载要求等）确定应力分析的方法和详细程度。如果项 目中没有具体规定，可按以下方法对应力分析管线进行分类。2.1.1I类管线（见附录1）此类管线采用目测检验或简化分析方法。2.1.2U类管线（见附录1）此类管线要求进行分析，并可采用公认的简化计算方法（或图表）进行分析计算。（详见附录 1）此种分析计算应有分析计算报告，分析报告适用于：1） 高压管线2） 锅炉水管线3） 工艺

6、管线4） 天然气及液化天然气管线2.1.3川类管线（见附录1）此类管线应严格进行计算机辅助计算分析，下列管线均属于此类管线范畴：2.1.3.1与具有对载荷敏感的转动机械相连的管线，它包括以下几类：1） 与泵相连的管线 , 由于泵口载荷校核依据操作工况下的载荷进 行，故当管线操作条件为以下条件时，应做详细应力分析。a)温度150 C (或w -140 C),公称直径大于或等于DN1 00(4” )的管线；b)温度120 C (或w -90 C),公称直径大于或等于DN300(12”) 的管线；c)温度150 C (或w -140 C),且管线公称直径大于管口公称直径的管线。2)与往复式、离心式压

7、缩机、透平相连接的管线,由于设备管口载荷校核依据操作工况下的载荷进行，故当管线操作温度高于 120 C,公称直径大于或等于 DN80(3”) 的管线,应做详细应力分析。3)与空冷器相连的管线，当其管径大于或等于 DN150(6)或设计温度大于或等 于120 C时，应做详细应力分析。2.1.3.2与对应力敏感的设备相连的管道,应进行应力分析。它包含以下几 类：1)与按照ASM第毗卷第二章部分设计的设备相连的管道；2)与加热器相连的管道；3)与铝制设备相连的管道；4)进出加热炉及蒸汽发生器的工艺管道,以及再生及除焦管道；5)进出汽轮机的蒸汽管道；6)与衬里设备相连的管道。2.1.3.3夹套管道。2

8、.134 附录1中所有的川类管道。2.1.3.5 其它的用图表法或公式法分析后,属于应力、柔性不能满足要求的管道。2.1.4W类管线(见附件1)应力分析工程师对此类管线应特别注意,应采用特别的应力分析方法, 因为在得到设备和结构的布置之前去做这些管线的分析是没用的。这类管线有下列几类：1)管线的设计温度和压力高于ASME/ANSI中的定义的2500磅等级；2)在下列温度值下长期工作的管道国内材料国外材料碳钢380 C375 C合金钢450 C482 C不锈钢520 C538 C3） 大直径管线（DN120即卩48”及以上）；4） 薄壁管线（t/D 600 (24”)；2)设计温度超出-20 C

9、350 C范围；3)薄壁管(t/D t: 壁厚 D :管径)；4)需准确知道约束(端点)反力的管线；5)夹套管；6)非金属管。2.222 第二种简单计算方法依据ASME/ANSI标准，它包含一个标准的计算过程；它要求管线具有同一直径，两端固定，无中间约束208.3D?Y2(L U)式中：D管子外径，mm丫 一管子吸收的总位移，mmL 两固定点间管子总长度，mU 两固定点间的直线距离，m需注意的是，此种分析方法不适用于下列管线1)管线的约束多于两个；2)需准确知道约束反力的管线；3)夹套管；4)管线的工作循环次数大于7000次;5)两固定点间的管径或壁厚有改变；6)非金属管道；7)大直径薄壁管(

10、t/D 的不等腿U型管道或近似直线的锯齿状管道。2.2.3计算机辅助应力分析使用专门的管道应力分析软件(CAESAR)对管道进行详细的应力计算和结 果分析。计算并分析评定管道各分支点的应力、约束点和端点(设备管口)的力和 力矩等。管道应力分析分为静力分析和动力分析。对一般管道，通常只做静力分析即 可。但对一些特殊工况的管线则应做动力分析（如往复泵、往复式压缩机的进出口 管线）。223.1静力分析包括：1） 管道在持续外载（压力、自重、集中力等）作用下的一次应力计算及评 疋；2） 管道在温度荷载及端点附加位移载荷作用下的二次应力计算及评定；3） 管道对设备管口的作用力计算；4） 管道支吊架的受力

11、计算；5） 管道上的法兰和分支点受力计算。2.2.3.2动力分析包括：1） 管道固有频率分析；2） 管道强迫振动响应分析；3） 往复式压缩机（泵）气柱频率分析；4） 往复式压缩机（泵）压力脉动分析。3.管道应力分析设计输入和设计输出 设计输入管道应力分析设计输入包括以下条件：1） 工艺流程图（P& ID）2） 工艺管线表3） 设备数据表4） 结构图5） 建筑图6） 总图7） 机泵条件8） 设备总装配图9） 设备布置图10） 配管图（平、立面）11） 管道轴测图（如果需要）12)管道等级规定设计输出1) 应力分析工程规定2) 临界管线表3)应力分析报告(包括首页、计算内容页、应力分析轴测图、输入

12、数据、 各工况下的位移、应力、约束反力、弹簧架表、有许用载荷要求的动 设备管口校核报告等)4)设备管口荷载条件5)设备预焊件条件6)结构荷载条件7)柔性件数据表8)弹簧架数据表典型的管道应力分析输出报告见附件 3应力分析报告标准格式 应力分析报告的标准格式参见标准管机专业入库文件标准格式及规定(XXX-XX)。计算机辅助应力分析工作程序图3.3.1管道计算机辅助应力分析工作程序如下图所示。3.4管道应力分析适用的软件美国COAD公司的CAESAR3.5管道应力分析的校审依据压力管道设计文件校审与签暑制度 及校审细则的规定执行。4.管道应力分析条件的确定计算压力4.1.1管道计算压力应根据工艺管线表中设计压力确定。4.1.2管道计算压力应不低于正常操作中预计的最高压力或在最苛刻温度下同时 发生的内压或外压，取其最危险工况。对工艺有特殊要求的工况（指温度与压力的 耦合）也应予以考虑。计算温度4.2.1管道计算温度应根据工艺管线表中的设计温度确定。4.2.2管道计算温度应不低于正常操作中预计的最高温度或在其它工况下的最苛刻 温度，取其最高值，或二者均应考虑计算。对工艺有特殊要求的工