管道设计中关于管道应力的分析与考虑

摘要：管道应力分析应该保证在设计的条件下有足够的柔性，为的是防止管道因为过度膨胀冷缩、管道自振或者是端点附加位移造成应力问题，在管道设计的时候，一部分管道要求必须进行管道应力分析和相关计算，同时还有一部分管道是不需要进行应力分析的，这种的管道分为两个部分，一种是根据实际的经验或者是已经成功的工程案例，在管道的设计中加上相应的弯管、膨胀节等环节来避免，所以就不需要进行管道应力分析，另一种就是管道的管径比较小，管道比较短，常温常压，不连接设备或者是不会产生振动，所以就不需要进行应力分析，文章就对管道的应力分析进行了详细的介绍说明。

关键词：管道设计 应力分析 柔性标准

一、管道应力分析的主要内容

管道应力分析主要分为两个部分，动力分析和静力分析：

1、管道应力分析中的动力分析

动力分析主要包括了六个方面，第一是管道自振频率的分析，为的是有效的防止管道系统的共振现象；第二是管道强迫振动相应的分析，目的是能够有效的控制管道的振动和应力；第三是往复压缩机（泵）气（液）柱的频率分析，通过对压缩机（泵）气（液）柱的频率的相关分析有效的防止气（液）柱的共振现象发生；第四是往复压缩机（泵）压力脉动的分析，起到控制压力脉动值的作用；第五是冲击荷载作用下的管道应力分析，可以防止管道振动和应力过大；第六是管道地震分析，为防止管道地震应力过大。

2、管道应力分析中的静力分析

静力分析包括了六个方面的内容：第一是压力荷载以及持续荷载作用下的一次应力计算，为的是有效的防止塑性变形的破坏；第二是管道热胀冷缩和端点附加位移产生的位移荷载作用下的二次应力计算，通过二次应力分析计算防止疲劳破坏；第三是管道对设备产生的作用力的相应计算，能够防止作用力太大，有效的保证设备的正常运行；第四是对于管道的支吊架的受力分析计算，能够为支吊架的设计提供充足的依据；第五是为了有效的防止法兰的泄漏而对管道法兰进行的受力分析；第六是管系位移计算，防止管道碰撞和支吊点位移过大

2、管道应力分析的目的

对管道进行应力分析为的就是能够使管道以及管件内的应力不超过许可使用的管道应力值；为了能够使和管道系统相连接的设备的管道荷载保持在制造商或者是国际规定的许可使用范围内；保证和管道系统相连接的设备的管口局部管道应力在asme vlll允许的范围内；为了计算管道系统中支架以及约束的设计荷载；为了进行操作的工况碰撞检查而进行确定管道的位移；为了能够尽最大可能的优化管道系统的设计。

二、管道应力分析和相关设计

1、管道柔性设计的相关问题

对于管道的柔性设计为的是反映管道变形难易程度的一个物理概念，显示的是管道在通过自身变形吸收热胀、冷缩以及其他部分的位移变形的能力，在进行管道的柔性设计的时候，应该在保证管道具有足够的柔性能够吸收管道位移的应变能力的前提之下，使得管道的长度能够尽可能的短或者是投资尽可能的减少，在管道的柔性应力分析设计的时候，除了需要考虑管道本身的热胀冷缩之外，还需要考虑管道的端点的相关附加位移，在进行具体的设计的时候，一般使用下面的措施中的一种或者根据实际情况使用几种措施来增加管道的柔性：

（1）改变管道的具体走向。

（2）选择使用管道波形补偿器、套管式的补偿器或者是球形的补偿器。

（3）选择使用弹性的支吊架。

2、管道柔性设计的目的

目的就是为了保证管道在计算设计的条件下具备足够的柔性，从而防止管道回热胀冷缩、端点的附加位移、管道支架设置位置不当等相关原因造成的问题：

（1）管道的应力过大造成的金属疲劳以及管道的推力或者力矩过大造成的支架破坏现象。

（2）管道在连接的部位产生泄露。

（3）管道的推力或者是力矩过于大，使得和管道相连接的设备产生过于大的应力或者不同的变形，进而影响到设备的正常运行。

3、应该进行柔性计算设计的管道

进出加热炉以及蒸汽发生器的高温管道、进出汽轮机的蒸汽管道、进出离心压缩机的工艺管道以及透平鼓风机的工艺管道、进出反应器的高温管道、温度超过400℃或者小于-50℃的管道、与离心泵连接的管道，可根据设计要求或者图表分析后需要进行应力分析的管道、利

简化方法初步分析之后需要进一步进行详细计算分析的管道以及、设备管口有特殊受力要求的其他管道、所有的衬里管道、铝及铝合金的管道、所有重要工艺管道和内部绝热管道

4、管道应力分析结果应满足以下要求

首先管道上各点的一次应力值、二次应力值应满足标准规范的要求；其次是管道对机器、设备管口的推力和力矩应该在允许的范围之内，管道对支吊架和土建结构的作用力应在允许的范围之内；最后，往复机泵管道的固有频率应避开共振区，管道的最大位移应该尽可能满足管道布置的要求，输油、输气管道的刚度和稳定性应满足标准规范的要求。

三、结论

管道设计中对于管道应力分析的计算和设计应该考虑各方面的原因，把握管道分析的目的，按照管道应力分析中的动力以及静力分析方法，严格的按照管道应力分析的柔性设计方法，对需要进行柔性设计的管道进行计算和应力分析。

参考文献

[1]刘兴龙，罗婷，李小平.工程设计中往复式压缩机管道防振探讨[j].川化.2012 （01）

[2]飞，张艳霞，张延伟.压缩机出口管震动的柔性改造[j].科技风.2011 （09）

[3]赵艳梅，张文格等.压力管道应力分析的一般途径与可靠性讨论[j].压力容器，2010，（4）.

[4]刘成清，彭强，赵世春.膨胀弯管在管道柔性设计中的定性分析[j].计算机辅助工程. 2012 （01）

[5]王凌霄，王洪庆，王玉，林隐静.ir4通道反照率计算及其在降水过程分析中的应用[j].北京大学学报（自然科学版）. 2011 （04）