CAESARII管道应力分析软件开发应用

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化工设备与管道第#$卷

应用软件

相应的建议。

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%&&#年原化工部配管中心站即现在的全国化工工艺配管设计技术中心站组织各设计院统一购买了美国’()*+公司的’)+,)-..管道应力分析软件，在工程项目的管道设计中得到广泛应用。目前国内化工、石化等行业中均采用该软件进行管道应力分析，是国内各行业进行管道应力分析的首选软件。国内各大设计院在该软件的开发应用方面都做了一些工作，从各设计院开发应用的情况来看，目前应用较多的还是管道静态应力分析和设备管口载荷校核两部分。下面就本人在该软件的开发应用方面所做的工作谈一些体会。

要用好一个应力分析软件，首先必须从理论上弄懂它的力学原理和数学方法。’)+,)-..管道应力分析软件的理论基础是材料力学、结构力学、弹塑性力学、有限元、管道应力分析与计算等。因此最好能对这些理论课程有一个基本了解。

’)+,)-..软件中进行管道应力验算采用的美国标准为：进行设备)/,.0),1+2#%3%、2#%3#等；管口载荷校核采用的美国标准：)/,.0)4.!5"、5%"、5%6、55%，/+1),17#，8-’9%"6、8-’97&6。因此对于这些美国标准中的有关内容也要有所了解。目前’)+,)-..软件共有三本技术资料：《、《、《:,+-;,<:.*+》)==>?@AB?CD<E?FG》HG@ID?@A>

，对于这些英文资料中用到的有关-GJGKGD@G1ADEA>》

内容都进行仔细阅读、理解。本人通过不断地琢磨、摸索，并结合工程应用进行开发。目前，该软件的管道静态应力分析及设备管口载荷校核部分已完全开发应用于实际工程项目。管道静态应力分析做到最复杂的管系包括7L根管线，管端附加#""多个元件，

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!"#$"%&&管道应力分析软件开发应用

龙忠辉

（中石化集团南化设计院，南京7%""L$）

摘要关键词

本文结合工程应用实例简要介绍了’)+,)-..管道应力分析软件开发应用情况，指出了一些在实际应用中存在的问题，并提出了

管道应力分析软件开发应用存在问题建议

开发应用情况

位移、弹簧支吊架、膨胀节、冷紧、柔性管嘴等均能进行精确模拟。设备管口载荷校核部分已能对离心泵

（、蒸汽透平（、空冷器（)4.5%"）/+1),17#）)4.、加热炉（、压力容器（等设备)4.!5"）8-’%"6）55%）

管口承受的载荷进行校核和法兰泄漏校核。

近年该软件在我院已先后用于广西鹿寨硫酸工程、云南磷肥工业公司五钠工程、南化大化肥工程#"万吨0年合成氨和!7万吨0年尿素装置、苏州精细山东鲁西化化工集团公司#"万吨0年硫磺制酸工程、

工集团总公司#"万吨0年硫磺制酸、山东红日集团云南昆阳%7万吨0年硫磺制酸、L"万吨0年硫磺制酸、

苏州精细化工集团公司%$万吨0年硫磺制酸等工程项目，收到良好的效果。并根据中石化压力管道取证的要求和我院工程设计实践，参照国外工程公司的有关规定，编写了我院《管道应力设计规定》。

7应用实例

本人在近几年工程应用中，遇到了各种类型的

管道应力分析，在此列举一些典型的应用实例。73%备用管道的应力分析

当分析的管道连接到两个或多个设备时，其中的一个或多个设备正在操作而其它设备关闭，应力分析时应分别计算每根支管的温度并分别进行考虑。

最常见的情况是备用泵，根据意大利,DAM=KCN当在止逆阀0切OGBB?工程公司的应力分析工程规定，

断阀组件上装有旁路时，则取操作管道温度的6"P作为备用管道的计算温度。如果没有安装上述旁路，

：备用管道的计算温度应按如下规定选取（见图%）

取操作管道温度的!"P作为%Q对于保温管道，H’长度管道的计算温度；

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#$$"年第%期

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取操作温度的#!’作为()#&对于不保温管道，

长度管道的计算温度；

或其它设备）到止逆阀%&取环境温度作为从泵（间管段的计算温度。

在调整操作载荷前，一个更好的做法是4用户确定是否在约束重力阶段释放有问题的管口。但对于在距离被释放管口的水平方向三倍管径内没有弹簧架的管系要保守地应用这个技巧。同时还建议当在固定点5约束点释放比6方向力多的力时应小心，因为

释放附加的自由度可能造成大斜度及垂直位移，使得弹簧的设计载荷不真实。

图"备用管道计算温度示意图

图#

*)+$#管系应力分析模型

对于蒸汽伴热泵的进出口管线，应力分析校核一般是按两台泵同时操作考虑，这主要是考虑到当管线处于备用状态时而蒸汽伴热仍在进行。

下面列举的两个实例，*)+$#管系三通阀以上的管道带夹套，三通阀以下的管道有蒸汽伴热，所以按两台泵同时操作考虑。*)+$,管系是互为备用的两台泵的出口管系，且没有蒸汽伴热，因此必须按上面所说的方法分别考虑每段支管的计算温度。若考虑泵口的端点附加位移，老的)-./-011%2",版因只能填一个工况下的端点附加位移，必须按两个题目计算，)-./-011%2#3以后的版本可以按一个题目来计算。若将泵体看做刚性件与管系同时考虑，避免输入端点附加位移，则都可按一个题目计算。#2#带曲管压力平衡型膨胀节管道的应力分析

本人在南化大化肥工程尿素装置中用到两个直径较大的曲管压力平衡型膨胀节，)-./-011中没有推荐的曲管压力平衡型膨胀节的模型，本人在)-./-011中推荐的大拉杆横向型膨胀节模型的基础上进行修改，把平衡端做进去，并按实际尺寸修改。这样可以加快膨胀节的建模速度，并且膨胀节的重量与实际情况相符，对管系上的弹簧支吊架的正确选型很有利。*)+$%和*)+$3就是这两个带曲管压力平衡型膨胀节管系的模型。在这两个管系中，程序选择的弹簧操作载荷不能足以消除设备管口载荷以满足制造商的许用值，本人强加一个较高的操作载荷，覆盖程序计算值以调整重力分布并使设备管口载荷满足许用值。在这种情况下用户的输入通常是程序的弹簧选型法则提议的初始值的一个变化。

图8

*)+$3

管系应力分析模型图!

*)+$%管系应力分析模型

图%

*)+$,管系应力分析模型-

图3*)+$,管系应力分析模型7

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化工设备与管道第#$卷

"%#夹套管的应力分析

根据意大利&’()*+,-.//0工程公司的应力分析工程规定，夹套管的应力分析按以下原则考虑。对于夹套管，可能有两种不同的操作条件：

12内管温度高于外部夹套管温度；

"2内管温度低于外部夹套管温度；对于12情况，应力分析时应取工艺流体温度作为内管的计算温度，夹套流体温度（通常为蒸汽）作为外部夹套管的计算温度；

对于"2情况，应力分析时应分别考虑下面两种不同的操作条件：

(2正常操作条件下，取工艺流体温度和夹套流体温度的平均值作为内管的计算温度，夹套流体温度作为外部夹套管的计算温度；

32停车情况下，统一取夹套流体温度作为内外管的计算温度。

同时，夹套管的应力分析还应包括由于内外管之间的单位热膨胀量差 …… 此处隐藏：7725字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……