管道应力分析软件在化工设计中的应用.pdf

第24卷第2期山西化工Vol.24No.2
2004年5月SHANXICHEMICALINDUSTRYMay2004

管道应力分析软件在化工设计中的应用

姜崴
(山西省化工设计院,山西太原030024)

摘要:介绍了广泛用于化工、石油、焦化等行业的管道应力分析软件CAESARⅡ。列举了应力分析
的主要内容、载荷种类以及必须利用应力分析软件通过计算机进行计算及分析的管道系统,并简
述了应用应力分析软件的基本流程。
关键词:CAESARⅡ分析软件;管道;应力分析;化工设计

中图分类号:TP31文献标识码:B文章编号:1004-7050(2004)02-0065-03

管件内的应力不超过许用应力值;b)为了使与管系
引言
相连的设备的管道荷载在制造商或国际规范(如
在传统的化工设计中,我们一直使用单元法或NEMASM—23、API—610、API—617等)规定的
估算法来计算管道压力。例如:计算化肥生产中合成许用范围内;c)为了使与管系相连的设备管口的局
工段合成塔上的一些管道的压力。一般来说,管道弯部应力在ASMEV111的允许范围内;d)为了计算
头处X、Y两段距离相近时可基本消除管道应力,较管系中支架和约束的设计荷载;e)为了进行操作工
长的管道上加一个膨胀节也可消除一定的管道应况碰撞检查而确定管于的位移;f)为了优化管系设
力。但这只是估算,有时存在很大误差。尤其在我国计。
进入WTO之后,各项工作逐步与国际接轨。在设计2CAESARII管道应力计算软件的理论基
方面不能再用估算来代替精确计算,否则无法令客础及应用范围
户满意。因此我们选用了在化工、石油、焦化等行业
得到广泛应用的应力分析软件CAESARⅡ来进行应力产生的原因非常复杂,分析时应当选用合
管道应力的计算和校核,并取得了良好的效果。众所适的理论模型,如:杆单元模型、壳单元模型等。我们
周知,管道应力分析的原则就是保证管道在设计条选用的CAESARII管道应力计算软件主要应用于
杆单元模型计算即≤为管道直径
件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、管道支,D/T100(D,T
为管道壁厚。当≥时即大口径薄壁管
撑或端点附加位移造成应力问题,所以我们必须建)D/T100(),
整体形变仍然可以使用Ⅱ计算,但局部形
立合理的理论模型,准确描述边界条件,正确地分析CAESAR
变就需要用另外的软件建模计算。我们这里所说的
计算结果,以便建立良好的管道体系,合理消除管道
杆单元模型即刚性实心体,局部不发生形变,在应力
应力。
作用下只发生环向和径向形变,不会发生局部塌陷
1管道应力分析的目的形变。
一般来说,下述管系必须利用应力分析软件通
管道应力分析的目的主要是:a)为了使管道和
过计算机进行计算及分析:
与贮罐相连的公称管径及以上且
收稿日期:2004-04-09a),DN300
作者简介:姜崴,男,1973年出生,1997年毕业于太原理工大学应设计温度在100℃以上的管线;
用化学系精细化工专业,学士学位,工程师,现从事化工工艺设计工b)离心式压缩机(API617)及往复式压缩机
作。(API618)的DN80及以上的进、出口管线;
·66·山西化工2004年5月

c)蒸汽透平(NAMESM—23)的入口、出口和d)风荷载;
抽提管线;e)地震荷载。
d)泵(API610)——公称管径4″及以上且温度
4应用的基本流程
100℃及以上或温度-20℃及以下的吸入、排出管
线;管道应力分析主要包括三方面内容:正确建立
e)空冷器(API661)——公称管径DN150及模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。
以上且温度120℃及以上的进、出口管线;所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定
f)加热炉(API560)——与管口相连的DN150形式离散化,简化为程序所要求的数学模型,模型的
及以上和温度200℃及以上的管线;真实与否是做好应力分析的前提条件。应力分析的
g)相当长的直管,如界区外的管廊上的管线;根本问题就是边界条件问题,而体现在工程问题上
h)法兰处的泄漏会造成重大危险的管线,如氧就是约束(支架)、管口等具体问题的模拟,真实地描
气管线、环氧乙烷管线等。述这些边界条件,才能得到正确的计算结果。要想能
i)公称管径DN100及以上且100℃及以上或够熟练而正确地分析结果,首先要会正确设计支吊
-50℃及以下的所有管线。架,其次要有一定的相关理论知识,如工程力学、流
体力学、化工设备及机械等知识,另外需在一定时间
3管道应力分析的主要内容及载荷种类
内不断摸索,总结出规律性的问题。
3.1管道应力分析4.1建模
管道应力分析分为静力分析和动力分析。众所周知,要进行应力计算,就应当首先建立数
3.1.1静力分析学模型。CAESARⅡ提供给