管道应力分析工程规范
本内容为您提供了工业厂房施工工程中使用的管道应力分析工程规范示例。
1.管道应力分析-范围
本规范规定了在工业装置管道设计工作中对管道系统进行应力分析的基本要求。
2.工具书类
最新版本/版本的以下代码，标准和规格应构成本规范要求的一部分。
2．1．管道应力分析。规范和标准
ASME B31.3工艺管道
Asme第VIII Div 1锅炉和压力容器规范
Asme部分viii div 2压力容器建造规则
API 610,用于石油，重型化工和气体工业的离心泵
API 617，石油，化工和天然气服务行业的离心式压缩机
API 618，用于石油，化工和天然气服务行业的往复式压缩机
API 560,一般炼油厂用燃烧式加热器
API 650，石油储存用焊接钢罐
API 660，壳牌和管式热交换器，用于普通炼油服务
API 661，一般炼油厂用风冷式热交换器
API RP520炼油厂泄压装置的选型、选择和安装
NEMA SM23，机械传动用汽轮机
wrc107，由于外部载荷在球形和圆柱壳中的局部应力
WRC 297，对WRC 107的补充
伸缩缝制造商协会标准- ASME 16.9, ASME 16.25
2.2。管道应力分析。相关规范和参考文献
管道材料工程规范
3.管道应力分析 - 设计条件
管道应力分析应包括以下适用的加载效果。
3.1。管道应力分析 - 重量效应
重量载荷应包括管道重量、内容物重量、绝缘重量、配件和任何内联设备的重量。对于经过水压测试且比重小于1.0的管道系统，应在比重为1.0的情况下进行水压测试，以确定结构设计载荷。
3.2.管道应力分析-热效应
管道柔性分析中使用的温度应为以下任何适用条件之间的最大温差。
3.2.1。管道应力分析-安装温度
1)冷绝缘管道的安装温度应采用最高干球温度48℃。
2)裸/热绝缘管道的最低安装温度应采用5°C的干球温度。
3.2.2.管道应力分析 - 计算温度
1） 生产线清单中规定的工作温度。
2)另外，当线指数中规定了线时，计算时应考虑以下温度条件。
- 启动/关闭温度
- 排汽温度：饱和蒸汽的正常排汽温度不应超过120℃。该蒸汽排出温度仅用于碳氢化合物服务管线的灵活性目的。
- 除焦温度
- 再生温度
3）对于通常没有流动的管道（例如排水管，启动线等），流量计算温度应如下确定。
- 对于绝缘管道，应采用75%的操作温度。
- 对于未绝缘管道，应采取25％的工作温度。
- 对于备用设备和截止阀之间的部分，应采取安装温度。
- 对于具有预热旁路的管道，所有部分应采取操作温度。
3.3.管道应力分析 - 压力效应
除非另有规定，最高工作压力和最低真空压力应按照ASME B31.3的规定作为计算压力。
3．4.管道应力分析-摩擦效应
3.4.1外径大于8英寸的水平长输管道系统上的锚的设计应考虑摩擦效应。
3.4.2按摩擦系数应使用计算摩擦阻力。
| 表面 | 摩擦因子 |
|---|---|
| 钢对钢 | 0.3 |
| 钢,铁氟龙 | 0.1 |
| 聚四氟乙烯为聚四氟乙烯 | 0．06 |
| 钢筋混凝土 | 0.5 |
3.5。管道应力分析-风和地震效应
3.5.1。如果有经验的应力工程师认为有必要，应在正式的计算机分析中检查风和地震的影响。对于尺寸24NB及以上，如果高度超过10米，且没有屏蔽，应考虑风荷载。地震荷载应采用等效静力分析方法。风荷载和地震分别作用于两个90º的横向条件下。2.
4．0管道应力分析。灵活性的设计和分析要求
4.1. 吹扫过程中无法断开的吹扫容器管道应具有足够的灵活性，以适应容器的热位移。
4．2．禁止在连接旋转设备的管道中使用冷弹簧。
4．3．如线表中规定了导致短期负荷的温度(如第3.2.2.2段所述)，则分析时也应考虑该温度的热效应。然而，设备上的反应负荷不能从这种替代分析情况中取。
4.4。灵活性
1)管道所需的灵活性应通过适当的布局配置来实现，首先不需要伸缩接头。只有在弯头、偏置或膨胀环不可行的地方才使用膨胀接头应使用。在这种情况下，任何挠性分析都应考虑伸缩缝的刚度。并且，在管道设计中应考虑不平衡压力推力的不稳定影响。
2） 伸缩缝只能与足够的导管和锚一起使用，且流体堵塞特性不能使伸缩缝失效。
3） 在可能发生烹饪的情况下，应避免使用波纹管式伸缩接头。如果无法设计合适的管道配置来消除接头，则应提供连接件，以便在非结焦介质中冲洗波纹管和衬里之间的区域。
4）应避免波纹管的扭转旋转。这种扭曲通常在波纹管中产生极高的剪切应力，从而不能避免扭转旋转;特殊硬件应用于限制波纹管中的扭转剪切应力量。
5)最高、最低和安装温度应在设计人员准备的数据表中准确注明。如果在管道施工过程中，环境温度可能会发生显著变化，则可能需要在安装时预先安装伸缩节。
6）应建议膨胀接头将被绝缘的膨胀节制造，并将膨胀接头的绝缘方式进行绝缘，以便正确设计组成部分。
7)伸缩缝吸收的运动不仅包括管道的伸长或收缩，还应包括附属容器、锚等的运动，以及安装过程中可能出现的不对中。除非包括在设计要求中，否则应避免伸缩节的不对中。
如果动作是循环的，应规定预期的循环次数。在压力的情况下，指定的运动应该是现实的。过大的安全系数会导致伸缩节不必要的灵活性;因此，它在压力下的稳定性不必要地降低了。
9）如果流动的介质可以包装或固化，则应采取规定，以防止卷积中材料的复制或凝固，这可能导致膨胀接头或管道损坏。
10)应说明由往复或脉动机械引起的波纹管外部机械振动的预期振幅和频率。波纹管内的共振状态将导致疲劳寿命严重降低，应避免。
4．5.柔性分析应符合ASME B31.3，并应基于施加在管道系统上的总位移应变，包括设备沉降或锚移动(如适用)的影响。
4.6 ..除非另有规定，计算的应力范围应小于ASME B31.3规定的许用应力范围。
4.7。锚之间的热移动应限制在300毫米以内，管道弯头或转弯处的热移动应限制在100毫米以内。然而，如果空间的可用性和锚固承受增量荷载的能力得到确认，则需要考虑更大的移动。
4.8。在灵活性分析中应考虑启动、关闭和蒸汽出口(如适用)，以及不适条件(包括短期的高温或压力波动)，以及正常的操作条件。这尤其适用于连接设备的负载。还应评估机械振动对连接管道的影响。
4.9。照明弹系统的管道应该设计成能够防止在最严重的操作或紧急情况下引起的膨胀、运动或振动。在所有支架的主火炬头上都应该配置管鞋或管鞍。
4.10. 应尽可能使用冷弹簧，以减少设备喷嘴上的作用力，并防止扩张管线的干扰。
4.11。禁止对连接旋转设备的管道系统使用冷弹簧。
4.12. 荷载组合应符合适用的管道规范。
4.13. 通过安全阀泄压产生的冲击载荷也应根据“API PR 520”进行计算。
5．0管道应力分析.管道分类
５．１．每个管道系统都应按等级分类“一种”，“b”和“C”根据其设计条件的严重性和特殊设计的需要。每个等级都需要以下应力分析方法。
- 等级“A”：根据应力工程师的经验进行判断。
- 等级“B”：根据ASME B31.3第319.4段的简化方法。
- “C”级：正式的计算机分析。
5.2。对于以下3“和更大的线路，需要正式的计算机应力分析方法：
- 从燃烧加热器和蒸汽发生器的过程，再生和划线线和从蒸汽发生器。
- 从鼓风机处理线条。
- 蒸汽线到涡轮机。
- 抽吸和排出线泵。
- 压缩机的吸入和排出管路。
5.3。除了连接到旋转设备之外，所有管道的级别的判断应符合图1所示的标准。
5.4。所有与旋转设备(包括空气翅片冷却器和燃烧加热器)连接的管道的等级判断应符合图2所示的标准。
6.0。设备外部负载限制
6．1.旋转设备
允许的旋转设备的喷嘴负荷应限制在设备设计的工程规范和标准中规定的范围内，除非适用供应商另有规定。
对于ANSI和ISO泵，除非供应商另有规定，否则允许喷嘴载荷应为API 610的表2中所述的其他。
6.2。空气冷却交换器
空气翅片冷式换热器的允许喷嘴负荷应限于工程规范、供应商建议和API 661中规定的负荷。到空气翅片冷却换热器的管道设计应考虑到每个管束的框架和集箱之间的间隙。此外，只要有可能，管束之间的止推块应使用可以最大限度地减少管道起锚处的摩擦载荷，并满足喷嘴处的允许载荷。
6.3。交换器（壳和管）
对于与T<400°C或P<35 kg/cm2g的热交换器相连的管道，应使用刚性喷嘴分析将由于热膨胀在交换器喷嘴处产生的管道弯曲应力限制为700 kg/cm2。如果超过上述标准，则应根据WRC 107和WRC 297计算接管至壳体处的局部应力，并且应根据ASME第八节限制这些计算应力值。
用于与T的热交换器连接的管道>400°C或P>35kg /cm2g时，管道施加的负载应传递给供应商，由其批准。
6.4。压力容器和柱子
对于连接到压力容器的管道和具有T <400°C或P <35 kg / cm2g的柱，由于压力容器和柱喷嘴的热膨胀引起的管道弯曲应应力应限于使用刚性喷嘴分析的430kg / cm2．
如果超过标准，则WRC 107和WRC 297应用于计算喷嘴到外壳处的局部应力，并且这些计算的应力值应根据ASME部分VIII受到限制。
用于连接压力容器和T形柱的管道>400°C或P>35kg /cm2g时，管道施加的负载应传递给供应商，由其批准。
6.5。烧制加热器和蒸汽发生器
燃烧加热器的允许喷嘴负载和瞬间应限于相关工程规范或API 560中规定的那些，或者可以接受加热器供应商的价值。
管道的位移应得到加热器供应商的认可，管道的膨胀和/或位移的影响应反映在管道系统的应力分析中。
设计有浮动线圈（全弹簧或配重安装）的任何加热器应在所有方向上配备故障安全限位器。
连接到浮动加热器线圈的管道系统的计算机分析应包括加热器线圈或线圈的近似模型，作为系统的一部分和内部导轨和束缚的影响。如果加热器线圈浮动，则连接管道系统的支撑应完全且独立地平衡，从而没有施加在线圈上的死载。
6.6。成套设备
外部负载限制遵循供应商的建议。
7.0。管道的限制
7.1。管道支架之间应该有一定的间隔，以避免在管道无支撑部分的任何一点造成过度的挠曲。作为位于工艺区域的管道的一般指南，最大跨中挠度不允许超过12mm，对于管道方式的管道，直线管道之间的跨中挠度不允许超过12mm。
7.2。管道支架的设计，选择，制造和安装应符合“管道悬挂和支撑工程规范“。
7.3。连接到往复式压缩机的两相流管道应尽可能严格地支撑，同时保持管道应力和设备喷嘴负载的可接受性。
7．4.对于非金属管道，应采用供应商建议的灵活性分析、支撑间距和支撑类型。
8.0。杂项
8.1。报告
成绩的最终计算“C”和年级“b”经正式计算机分析后，提交业主备案，并对管道进行现场改造。按等级分类的管道系统“b”如果经验丰富的压力工程师，应通过正式的计算机分析分析，决定有必要证明该系统符合本规范的津贴。报告应包括以下内容：
- 基本数据和计算条件
- 布局等距和支持类型和位置
- 荷载情况和计算构件应力
- 部队，时刻和流离失所报告
- 弹簧吊架和伸缩节设计参数
８.２.单位
公制单位（kg，mm，kg-m，kg / cm2）应用作分析的控制单元。
8.3.软件
CAESAR II Ver 4.2(由COADE公司生产)将用于正式的计算机分析。
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