高温高压工艺管道应力分析计算

摘要：本文主要是对高温高压管道应力进行分析计算，根据高温高压工艺管道的使用条件和运行情况，采取先进的有限元分析软件对管道进行有限元应力分析。通过对工况条件下管道的有限元应力分析计算，确定管道的分布状况、位移等方面。从而更好的判断高温高压工艺管道的应力情况，保障装置中工艺管道系统的安全。

关键词：高温高压；应力计算；工艺管道；有限元

一、管道载荷确定

（一）管道的载荷分类。管道的载荷分类主要包括压力载荷、持续外载、热胀和端点位移；偶然性载荷。

（二）载荷工况。管道应力计算主要是考虑管道在操作使用时的情况。选取管道工作时最高温度值和最高工作压力值，单元体积按实际尺寸自动计算，重力载荷为单元体积、密度和重力加速三者之积，方向为竖直向下。

二、高温高压工艺管道应力计算模型

（一）管道计算模型的建立及单元划分

本文对高温高压工艺管道应力计算主要采用的是美国MSC公司的PATRAN做前后处理，HKS公司软件ABAQUS做管道有限元应力分析。

1.单元模型

管道的整体计算使用空间梁管单元力学模型，可以求得梁的轴向力、剪力、弯矩、扭矩共六个内力分量，节点位移和管周向四个点的应力分量，通过这些分量能够有效的对管道进行详细的计算。而ABAQUS软件又能更好的对管道内压、温度、自重、集中力等各个方面进行分析和计算。

2.管道元件的简化处理

其中 ，D是管道外径，d是管道内径。通过计算可以得出对于法兰和阀门采用不同的弹性衡量得到的结果除了在端部以外相差很小。因此采用法兰和阀门局部加大弹性衡量的方法来模拟实际结构是合理、可行的。

（2）弯头。对管道中的变径段、弯头、三通采用单元局部细分的方法，用分段线性的直线段来模拟，可以达到足够的精度要求。

（二）边界条件的确立。

1.边界条件的一般处理。在边界条件的处理过程中，为了充分的体现实际支撑情况，在不同的部位共采用了固定支撑、简单支撑和弹簧支撑三种情况。简单支撑约束处受约束的方向位移定位0，不受约束的方向位移自由，另外三个转角自由。固定支撑约束处，三个方向位移，转角均限定为0。弹簧支撑处根据弹簧的刚度、产生沿支撑方向的位移，不受约束的方向位移，转角自由。

2.个别模拟边界条件的实际考虑。在ABAQUS软件中表现位移UX、UY、UZ、RX、RY、RZ六个方向的自由度分别用1、2、3、4、5、6来表示。通过对工艺管道的使用条件和运行情况进行分析和计算，对管道的温度和管道的厚度进行分析，保障在模拟中管道应力计算的准确性。

三、高温高压工艺管道应力计算分析

根据每条管道的应力结果，可以有效的计算出管道的应力值，在图三中，S11为管单元轴向正应力，S22为管单元环向正应力，S12为管单元在管壁上剪切应力，S为管单元的Trcsca应力。从上述可以得出，不同的模型，由于其载荷的不同，管道最大应力、位移及对应的节点号也不相同。

（一）管道应力的评定

四、结 论

通过对高温高压工艺管道应力计算模型分析和探讨能够有效的提高有限元计算结果的可靠性，本文中对管道元件有限元计算模型简化切实可行，为更好的判断高温高压工艺管道的应力情况，保障装置中工艺管道系统的安全提供一定的理论依据。

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