1、.今天借這個機會和大家共同學(xué)習(xí)和探討一下管道柔性分析與應(yīng)力計算以及應(yīng)力計算軟件 CAESAR 。我們作為管道工程師， 配管是我們的主要工作， 占據(jù)了我們大部分工作時間。一般情況下，管道工程師在配管完成后，應(yīng)將臨界管系提給管道機械工程師進行管道柔性分析與應(yīng)力計算， 通常也簡稱為應(yīng)力分析。我們在配管完成后，為什么要進行管道應(yīng)力分析呢？主要有以下幾個原因：第一個原因是為了使管道應(yīng)力在規(guī)范的許用范圍內(nèi)， 保證所設(shè)計的管系及其連接部分的安全性。第二個原因是為了使管口荷載符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。第三個原因是為了計算支撐和約束的設(shè)計荷載。第四個原因是為了計算管道位移，從而選擇合適的管架。第五個原因是為了解決管道

2、動力學(xué)問題，比如說：機械振動，聲頻振動，流體錘，壓力脈動，安全閥的排放等等。最后一個原因是為了幫助配管優(yōu)化設(shè)計。這些原因呢也構(gòu)成了管機工程師需要完成的工作任務(wù)， 對這些內(nèi)容呢后面我們會作進一步學(xué)習(xí)。今天我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括以下五個部分:1. 管道應(yīng)力分析的相關(guān)理論和基礎(chǔ)知識。我們簡單的學(xué)習(xí)一下與管道應(yīng)力分析相關(guān)的一些理論和基礎(chǔ)知識。2. 管道應(yīng)力分析的理解和工作任務(wù)。3. 實際工作中的管道應(yīng)力分析的工作過程 。'.4. 管道的柔性設(shè)計 。5. CAESAR 管道應(yīng)力計算程序 。我們首先一起學(xué)習(xí)一下應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ)一 管道應(yīng)力分析的相關(guān)理論和基礎(chǔ)知識。應(yīng)力分析的相關(guān)理論和基礎(chǔ)知識涉及的內(nèi)

3、容是非常廣泛的， 象是材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，有限元，彈塑性力學(xué)等等。今天我們只學(xué)習(xí)和它關(guān)系最為密切的一些內(nèi)容。 如果有興趣的話， 大家可以在以后時間里進一步學(xué)習(xí)其他相關(guān)知識。我們學(xué)習(xí)的第一點是強度理論在管系上的任一受力點，往往受到多方向應(yīng)力的作用，例如：軸向應(yīng)力，環(huán)向應(yīng)力， 剪切應(yīng)力的作用。這些應(yīng)力會對管道材料的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，嚴重時將使管道材料失效或產(chǎn)生破壞。 這種影響程度通常用“當(dāng)量應(yīng)力強度”來衡量，而定量求解應(yīng)力強度則要依據(jù)相應(yīng)的強度理論。涉及的強度理論主要有四種：第一種是 最大主應(yīng)力理論 。最大主應(yīng)力理論 指出材料發(fā)生斷裂破壞時，其受力橫截面上的最大主應(yīng)力既是最危險的應(yīng)力。第二種是 最

4、大變形理論 。最大變形理論 是指材料發(fā)生斷裂破壞時， 最大變形是受力橫截面上最危險的情況。第三種是 最大剪切應(yīng)力理論 。最大剪切應(yīng)力理論 是指材料的破壞或性能失效，僅取決于材料所受的最大剪切應(yīng)力。第四種是 變形能理論 。變形能理論 是指材料的破壞或性能失效， 取決'.于材料單位體積變形所積累的位能 （即變形能），當(dāng)其達到臨界值時，則視為最危險的情況。目前，美國和我國的管道設(shè)計規(guī)范均依照最大剪切應(yīng)力強度理論編制和實施，也就是我們前面談到的第三個理論，此理論認為：材料最危險的應(yīng)力應(yīng)是當(dāng)其達到屈服點時的最大均勻剪切應(yīng)力， 而該值正好等于最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力之差。我們學(xué)習(xí)的第二點是管道承受的

5、荷載及其應(yīng)力狀態(tài)分析， 這一點是我們作為管道工程師，在工作中經(jīng)常遇到的。管道上承受的荷載有很多種，常見的有以下幾種：（ 1）壓力荷載化工管道多承受內(nèi)壓，也有管道在負壓狀態(tài)下運行，承受外壓，如真空，減壓裝置中的一些管道。內(nèi)壓在管壁上產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力和縱向拉應(yīng)力。而外壓則在管壁上產(chǎn)生環(huán)向壓應(yīng)力和縱向壓應(yīng)力（ 2）重力荷載什么是重力荷載呢？比如象管道自重，保溫重，介質(zhì)重，管道上的積雪重等都屬于重力荷載。重力荷載可使管道產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，扭曲應(yīng)力，縱向應(yīng)力和剪切力。剛才談到的壓力荷載和重力荷載在管道上產(chǎn)生的應(yīng)力都屬于一次應(yīng)力。那么什么是一次應(yīng)力呢？所謂的一次應(yīng)力，是指由于外加荷載，象剛才提到的壓力和重力，

6、他們的作用產(chǎn)生的應(yīng)力。一次應(yīng)力的特點是：它滿足與外加荷載的平衡關(guān)系，隨外加荷'.載的增加而增加， 沒有自限性， 沒有自限性就是說應(yīng)力隨著荷載的增加而增加。當(dāng)管道產(chǎn)生塑性變形時， 荷載并不隨之減少。 當(dāng)應(yīng)力值超過材料的屈服極限時， 管道將產(chǎn)生塑性變形而破壞。（ 3）位移荷載管道由安裝狀態(tài)過渡到運行狀態(tài)時，由于管內(nèi)介質(zhì)溫度的升高或降低，管道產(chǎn)生熱脹或冷縮使之變形。 與設(shè)備相連接的管道，由于設(shè)備溫度的變化，從而熱脹冷縮引起端點位移，端點位移也會使管道變形。 以上這些變形使管道承受彎曲， 扭曲，拉伸，剪切等應(yīng)力。這種應(yīng)力屬于二次應(yīng)力。二次應(yīng)力是由于管道變形受到約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，它不直接與外力平

7、衡。二次應(yīng)力的特點是具有自限性。就是說當(dāng)管道局部超過屈服極限而產(chǎn)生少量塑性變形時，應(yīng)力就能降低下來，不再成比例增加。管道上的二次應(yīng)力一般由熱脹冷縮和端點位移引起。(4) 偶然性荷載包括：風(fēng)荷載，地震荷載，水錘沖擊及安全閥動作產(chǎn)生的沖擊荷載。這些荷載都是偶然發(fā)生的臨時性荷載，而且不致于同時發(fā)生。在一般靜力分析中，不考慮這些荷載。如果是大直徑高溫管，高壓劇毒，易燃易爆的管道應(yīng)予以計算。從上面的內(nèi)容我們可以看出：壓力，重力，風(fēng)，地震，沖擊等外力荷載和熱膨脹的存在，是管道產(chǎn)生應(yīng)力問題的主要原因。其中，熱膨脹問題是管道應(yīng)力分析所要解決的最常見和最主要的問題。'.以上就是管道承受荷載及其應(yīng)力狀態(tài)分

8、析的全部內(nèi)容。下面我們共同學(xué)習(xí)一下 應(yīng)力計算方法的分類及應(yīng)用范圍應(yīng)力計算對于簡單管系可采用人工計算， 對于復(fù)雜管系則采用計算機計算。下面我就介紹一些主要的計算方法：（ 1）表算法（人工手算）對管系特性要求：適用于一個端點固定，其余端點釋放的簡單管系。能夠計算出的結(jié)果：力矩，應(yīng)力，位移（ 2）彈性中心法（人工手算）對管系特性要求： 僅適用于無分支且兩端點剛性連接， 角位移為零的簡單管系。能夠計算出的結(jié)果：力，力矩，應(yīng)力。沒考慮管道自重，約束，集中荷載的影響，不能計算斜管，弧形管。（3）應(yīng)變能微分法對管系特性要求： 適用于環(huán)狀多分支且始端點固定， 末端釋放的簡單管系。能夠計算出的結(jié)果：力，力矩，應(yīng)

9、力。不考慮剪切變形和軸向拉壓變形。（ 4）等值剛度法（程序計算，屬位移法）對管系特性要求：適用于非環(huán)狀多分支復(fù)雜管系。能夠計算出的結(jié)果：力，力矩，應(yīng)力，位移。缺點是：不能計算環(huán)狀閉合管系。'.我國電力系統(tǒng)開發(fā)的管道應(yīng)力計算程序的理論基礎(chǔ)就是等值剛度法，此程序可計算管道內(nèi)壓，自重，熱膨脹，端點位移等荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力和各點位移，還可自動選擇彈簧支架。（ 5）追趕位移法和始參數(shù)位移法，這兩種適用于環(huán)狀多分支復(fù)雜管系。（ 6）有限單元法（屬位移法）對管系特性要求：適用于環(huán)狀多分支復(fù)雜管系。能夠計算出的結(jié)果：力，力矩，應(yīng)力，位移。 （計算結(jié)果考慮了剪切變形和軸向拉壓變形）CAESAR應(yīng)力計算軟件

10、的理論基礎(chǔ)就是有限單元法。下面我給大家介紹一下有限單元法。有限單元法的基本思想是，將形狀復(fù)雜的連續(xù)體劃分為有限個單元，這些單元形狀相對簡單，具有一定的規(guī)則，并在節(jié)點上互相連結(jié)，也就是用有限個單元的集合體來代替原來具有無限多個自由度的連續(xù)體。把連續(xù)體劃分為形狀相對簡單的單元后， 首先對這些單元進行深入研究，得出規(guī)律，再將這些單元集合起來進行分析，得到整個連續(xù)體的解答。由于單元的分割和節(jié)點的配置比較靈活，即使邊界復(fù)雜，也可使邊界節(jié)點落在實際邊界上， 較好的模擬邊界。 在應(yīng)力集中的區(qū)域可以設(shè)置較多的節(jié)點，這樣可提高分析精度。剛才介紹有限元的時候我們學(xué)到了節(jié)點， 那么怎樣設(shè)置節(jié)點才能合理有效地劃分單元

11、呢？通常管系中下列情況下需要設(shè)立節(jié)點：1）幾何定義點，比如：管系的起點，終點，方向的改變點，相交'.點，管徑壁厚改變點等。2）操作條件變化處，比如：溫度，壓力變化處。3）定義元素的剛度參數(shù)，比如：管子材料的改變，剛性元件或膨脹節(jié)4）定義邊界條件，比如：約束或附加位移。5）建立精確的動力模型。6）定義節(jié)點的荷載條件，比如：保溫材料重量，附加力，地震作用，風(fēng)荷載，積雪荷載等等。7）需要從應(yīng)力分析中得到計算結(jié)果處。以上這些地方一般情況下需設(shè)立節(jié)點。在進入下面內(nèi)容前，我們先學(xué)習(xí)幾個名詞解釋：1共振何謂共振？什么是共振？共振是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的激振力頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率時，振動系統(tǒng)的振

12、幅會急劇增大，這種現(xiàn)象稱為共振。2氣體的壓力脈動往復(fù)壓縮機的活塞在氣缸中進行周期性的往復(fù)運動，引起吸排氣呈間歇性和周期性， 管內(nèi)氣體壓力不但隨位置變化，而且隨時間作周期性變化，這種現(xiàn)象稱為氣體壓力脈動。3疲勞破壞疲勞破壞是指，在循環(huán)荷載的作用下，發(fā)生在構(gòu)件某點處局部的，永久的損傷積累過程， 經(jīng)過足夠多的循環(huán)后， 損傷積累可使材料產(chǎn)生裂'.紋，或是裂紋進一步擴展直到完全斷裂。疲勞損傷一般發(fā)生在應(yīng)力集中處，例如管道的三通，彎頭。這幾個名詞在下面的內(nèi)容中要用到，所以我們在這里先學(xué)習(xí)一下。下面我們進入第二大部分學(xué)習(xí)內(nèi)容。二 管道應(yīng)力分析的理解和工作任務(wù)1. 管道應(yīng)力分析的理解管道應(yīng)力分析的直接

13、理解， 應(yīng)該是通過計算得到管道及其附件的應(yīng)力分布及數(shù)值。但是，通常我們所說的管道應(yīng)力分析工作卻不僅僅是簡單計算一下管道的應(yīng)力， 它是一個擴展的概念， 管道應(yīng)力分析的任務(wù)，實際上是指對管道進行包括應(yīng)力計算在內(nèi)的力學(xué)分析，并使分析結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求， 從而保證管道自身和與其相連的機器設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)的安全，這是一個連續(xù)的，系統(tǒng)的工作。2管道應(yīng)力分析的工作任務(wù)可分為靜力分析和動力分析靜力分析是指在靜力荷載的作用下對管道進行力學(xué)分析，并進行相應(yīng)的安全評定，使之滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。管道靜力分析的任務(wù)主要有四項：第一項：計算管道中的應(yīng)力并使之滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證管道自身的安全。第二項：計算管道對與之

14、相連的機器設(shè)備的作用力，并使之滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證機器設(shè)備的安全。第三項：計算管道對支吊架和土建結(jié)構(gòu)的作用力，為支吊架和土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供依據(jù)，保證支吊架和土建結(jié)構(gòu)的安全。'.第四項：計算管道位移，防止位移過大造成支架脫落或管道碰撞，并為彈簧支吊架的選用提供依據(jù)。動力分析主要指壓縮機和泵進出口管道的振動分析，管道的地震分析，水錘和沖擊荷載作用下管道的振動分析。 目的是為了使振動和地震的影響得到控制。管道動力分析的任務(wù)主要有五項：第一項任務(wù)：管道的地震分析，防止管道在地震中發(fā)生破壞。第二項任務(wù)：壓縮機和泵連結(jié)管道的固有頻率和振型分析， 防止管道發(fā)生機械共振。第三項任務(wù)：壓縮機連結(jié)管道

15、的強迫振動分析， 控制管道的振動應(yīng)力，防止管道因振動發(fā)生疲勞破壞。第四項任務(wù)：往復(fù)壓縮機連結(jié)管道內(nèi)氣體壓力脈動分析， 計算管內(nèi)氣體的壓力脈動，避免壓力脈動值過大。第五項任務(wù)：往復(fù)壓縮機連接管道氣柱頻率分析， 計算管內(nèi)氣體的氣柱固有頻率，防止氣柱共振。三 實際工作中的管道應(yīng)力分析的工作過程管道應(yīng)力分析的工作過程和步驟，因項目的大小和復(fù)雜程度，以及業(yè)主的要求而有所不同，但一般來講包括以下內(nèi)容：首先要編制專業(yè)統(tǒng)一規(guī)定其次是確定需要進行應(yīng)力分析的管道，也稱為臨界管系的判定。確定哪些管道需要進行應(yīng)力分析， 是管道應(yīng)力分析的一項重要內(nèi)容。所有管道都進行應(yīng)力分析，即不現(xiàn)實，也沒必要。但如果進行應(yīng)力分'

16、;.析的管道過少，則可能漏掉某些重要管道，造成安全隱患。所以合理的確定需要進行應(yīng)力分析的管道是非常必要的。在國內(nèi)外許多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都對管道應(yīng)力分析的范圍和方法作了規(guī)定。例如國內(nèi)工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范GB50316-2000 的規(guī)定（ 1）管道的設(shè)計溫度小于或等于 -50 攝氏度或大于或等于 100 攝氏度，均應(yīng)為柔性計算的范圍。（ 2）對柔性計算的公稱直徑范圍應(yīng)按設(shè)計溫度和管道布置的具體情況在工程設(shè)計時確定。（ 3）第一條規(guī)定以外，滿足下列條件之一的管道也應(yīng)列入柔性計算的范圍：a. 受室外環(huán)境溫度影響的無隔熱層長距離的管道。b. 管道端點附加位移量大，不能用經(jīng)驗判斷其柔性的管道。c. 小支管與大管

17、連結(jié)，且大管有位移并會影響柔性的判斷時，小管應(yīng)與大管同時計算。該規(guī)范也規(guī)定了那些管道不需要作柔性分析。那些管道不需要作柔性分析呢？（ 4）具備下列條件之一的管道，可不作柔性分析。a. 該管道與某一運行情況良好的管道完全相同。b. 該管道與已經(jīng)過柔性分析合格的管道相比，幾乎沒有變化。在實際工程設(shè)計中，各大設(shè)計院經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累，都有符合本設(shè)計院特點的臨界管系判定標(biāo)準(zhǔn)。總的來說，臨界管系一般包括以下管道：'.（1）必須計算的管系1 汽輪機進出口連接的管道2 離心式壓縮機進出口連接的管道3 往復(fù)式壓縮機進出口連接的管道（2）一般應(yīng)計算的管道1 泵進出口連接的管道公稱直徑等于或大于100mm

18、, 且操作溫度等于或高于230 度，或操作溫度等于或低于零下20 度的管道。管徑比泵接口大（指異徑連接）的管道。2 有關(guān)規(guī)范要求必須進行計算的管道。3 與空冷器連接的管道公稱直徑等于或大于 150mm 的連接管道。操作溫度等于或高于 120 度的連接管道。4 與爐子連接的管道公稱直徑等于或大于150mm 的連接管道。操作溫度等于或高于230 度的連接管道。5 其它管道操作溫度等于或高于340 度的所有管道。所有與冷箱連接的低溫管道。公稱直徑等于或大于150mm，且操作溫度等于或高于230 度，或者操作溫度等于或低于-20 度的管道。連接到壓力容器的重要管道'.所有工藝專業(yè)提出的重要管道

19、和內(nèi)部絕熱管道。公稱直徑等于或大于150mm 的管廊上的管道。所有鋁及鋁合金管道。所有襯里管道。對于上述范圍以外的管道， 應(yīng)根據(jù)工程的具體情況決定是否該進行應(yīng)力計算。（ 5）需要進行應(yīng)力分析的管道確定之后，管道工程師應(yīng)提供給管機專業(yè)的條件以施工圖設(shè)計為例，管道工程師應(yīng)該提供給管機專業(yè)的條件應(yīng)該包括以下幾項：a. 管道平面布置圖也就是配管圖b. 管道軸測圖c. 管道及儀表流程圖d. 管道命名表和數(shù)據(jù)表e. 管道材料f. 相關(guān)設(shè)備圖g. 土建建筑結(jié)構(gòu)圖h. 設(shè)備布置圖如果進行動力計算，還應(yīng)提供壓縮機機械性能數(shù)據(jù)，如：壓縮機主軸轉(zhuǎn)速，曲柄半徑，連桿長度，氣缸相對余隙容積，緩沖器容積。以及管內(nèi)介質(zhì)的聲

20、速，密度，絕熱指數(shù)，可壓縮系數(shù)，氣體常數(shù)，氣體膨脹指數(shù)，氣體計算溫度，壓力等數(shù)據(jù)。'.（6）管機專業(yè)應(yīng)提供的計算結(jié)果計算結(jié)果應(yīng)包括以下內(nèi)容a. 管道一次應(yīng)力校核結(jié)果。主要是看一次應(yīng)力校核是否通過。b. 管道二次應(yīng)力校核結(jié)果。主要是看二次應(yīng)力校核是否通過。c. 作用于管道上各約束點的力和力矩， 利用這些數(shù)據(jù)來給土建提管架條件。d. 各節(jié)點最大應(yīng)力和許用應(yīng)力，位移e. 如果進行彈簧支架計算，還應(yīng)有彈簧型號，工作荷載，安裝高度等f. 應(yīng)力計算軸測圖g. 管系計算是否通過的標(biāo)記如果進行動力計算，提供的計算結(jié)果應(yīng)包括：（1）氣體固有頻率計算結(jié)果的評定意見， 只要結(jié)果避開共振， 計算就算就通過。（

21、2）氣流脈動計算結(jié)果的評定意見，壓力不均勻度在許用范圍內(nèi)，計算就通過。（3）管系結(jié)構(gòu)振動計算結(jié)果的評定意見， 滿足以下要求， 計算就通過。1 激發(fā)頻率避開機械振動固有頻率，不產(chǎn)生振動。2 機械振動的振幅在許用范圍內(nèi)。3 振動情況下，應(yīng)力在許用范圍內(nèi)。4. 應(yīng)力計算程序'.見計算程序框圖5. 對計算結(jié)果的處理大多數(shù)情況下， 不可能由計算程序計算一次便得到滿意結(jié)果。 這就需要管機工程師和管道工程師密切配合， 共同商討，反復(fù)修改方案進行計算，直至最終得到滿意結(jié)果。計算結(jié)果不滿足要求時，通常存在以下問題（ 1）結(jié)果顯示一次應(yīng)力超標(biāo)：這種問題一般是由于缺少支吊架造成的，管道工程師應(yīng)增補支吊架。（

22、 2）結(jié)果顯示二次應(yīng)力超標(biāo) : 這意味著管道柔性不夠，管道工程師需要增加管系柔性。（ 3）結(jié)果顯示冷態(tài)位移過大：意味著缺少支吊架，管道工程師應(yīng)增補支吊架。（ 4）結(jié)果顯示設(shè)備受力過大：意味著管道柔性不夠，或支吊架設(shè)置不合理。管道工程師應(yīng)采取措施增加管道柔性，或者合理調(diào)整支吊架。（ 5）結(jié)果顯示固定支架， 限位支架水平受力過大： 這是因為固定點，限位點位置選擇不當(dāng)，或管道柔性不夠。（ 6）結(jié)果顯示支吊點垂直力過大：這種情況下，管道工程師應(yīng)考慮采用彈簧支架。（ 7）結(jié)果顯示支吊點脫空：這種情況也要考慮采用彈簧支吊架。5. 冷緊如果應(yīng)力計算結(jié)果顯示管道對設(shè)備作用力過大，可考慮采用管道'.冷緊

23、的方法減小該作用力。那么什么是冷緊呢？所謂冷緊是指在安裝時是管道產(chǎn)生一個預(yù)變形的方法，通過這種預(yù)變形使管道在安裝狀態(tài)對設(shè)備預(yù)先施加一個與操作狀態(tài)時相反的力，從而減小操作狀態(tài)管道對設(shè)備的作用力。冷緊也可用來防止操作狀態(tài)法蘭連接處受力過大而泄漏。冷緊的目的是把管道的熱應(yīng)變一部分集中到在冷態(tài)，從而降低管道在熱態(tài)下的熱脹應(yīng)力和對端點的推力和力矩。實際安裝時，是怎樣來實現(xiàn)冷緊的呢？在安裝時，通常是采用將管道割短，這種方法適用于操作溫度高于安裝溫度的情況。當(dāng)操作溫度低于安裝溫度時，采用將管道加長的方法來實現(xiàn)。常見的是第一種情況。但是與轉(zhuǎn)動機器和敏感設(shè)備連接的管道不宜采用冷緊。因為轉(zhuǎn)動機器連結(jié)管道在安裝時要

24、求對機器的作用力盡可能小，所以不宜采用冷緊。而與敏感設(shè)備連接的管道在安裝完成后，要將與敏感設(shè)備管口連結(jié)的法蘭卸開，以檢查該法蘭與設(shè)備法蘭的同軸度和平行度，如果采用冷緊將無法進行這一檢查。四 管道的柔性設(shè)計1管道柔性所謂管道柔性是反映管道變形難易程度的一個物理概念，他體現(xiàn)了管道及管系通過自身變形吸收熱脹，冷縮和其它位移變形的能力。2管道柔性設(shè)計的目的是什么呢？目的是保證管道在設(shè)計條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱脹冷'.縮，端點位移，管道支架設(shè)置不當(dāng)?shù)仍颍斐上铝袉栴}：（ 1）管道應(yīng)力過大造成金屬疲勞，或管道推力過大造成支架破壞。（ 2）管道連結(jié)處產(chǎn)生泄漏。（ 3）管道推力或力矩過大，

25、使與其連結(jié)的設(shè)備產(chǎn)生過大的應(yīng)力或變形，影響設(shè)備正常運行。3管道柔性設(shè)計的一般方法在管道設(shè)計中，增加管道柔性的方法主要有： 調(diào)整支架位置和型式，以及調(diào)整管系的形狀，使用膨脹節(jié)等補償器。可分為以下兩大類：（1）自然補償，調(diào)整支架位置和型式如采用彈簧支吊架，以及調(diào)整管系的形狀都屬于自然補償。例如增加管道的拐彎，設(shè)型彎等方法。設(shè)型彎時，應(yīng)將型彎設(shè)在兩固定點中部，為防止管道橫向位移過大，還應(yīng)在型彎兩側(cè)設(shè)導(dǎo)向架。（2）補償器，補償器有很多種，壓力管道設(shè)計中常用的補償器是波紋管膨脹節(jié)，另外還有套管式膨脹節(jié)或球形膨脹節(jié)。套管式膨脹節(jié)和球形膨脹節(jié)都屬于填料函式膨脹節(jié)。由于填料函式膨脹節(jié)是利用填料進行密封的，使用

26、時承受著壓力的作用，容易產(chǎn)生泄漏，所以在化工企業(yè)很少采用，如果是劇毒或易燃易爆的管道，那更要嚴禁采用。波紋管膨脹節(jié)也有很多種，例如：無約束波紋管膨脹節(jié)，單式鉸鏈?zhǔn)剑瑥?fù)式鉸鏈?zhǔn)剑瑥?fù)式拉桿式，彎管壓力平衡式等等。在條件允許的情況下，應(yīng)首先考慮采用調(diào)整管系的形狀，調(diào)整支架'.位置和型式，包括選用彈簧支吊架的方法來增加管系的柔性。一般來講，當(dāng)兩固定點位置一定時，增加管系的長度可以增加管道的柔性，管系在某一方向剛性過大時，增加與其垂直方向的管道長度可減小管系的剛度。選用彈簧支吊架可使支吊點處存在垂直位移，從而將約束放松，增加管系的柔性。當(dāng)管徑較大，場地受到限制且所需補償量較大時，可考慮采用膨脹節(jié)

27、來增加管道的柔性。但膨脹節(jié)制造較為復(fù)雜，價格高，適用于低壓大直徑管道。是不是管道的柔性越大越好呢？也不盡然，因為管道柔性越大，管系就越容易產(chǎn)生振動，投資也相應(yīng)增加。所以在管道設(shè)計時，在保證管道由足夠的柔性來吸收變形的前提下，應(yīng)避免使管系過分柔軟，這不但可防止管系產(chǎn)生振動，還可以減少投資。五 CAESAR 管道應(yīng)力計算程序CAESAR是我們單位2000 年引進的，當(dāng)時院里安排我來開發(fā)應(yīng)用這套軟件。經(jīng)過努力，現(xiàn)在CAESAR已成功投入實際應(yīng)用，在伊朗三聚氰銨，海化金星，河南駿馬，齊魯一化，蘭州濃硝，朗盛水合肼，湖北洋豐等十幾個國內(nèi)外項目上得到了應(yīng)用，彌補了我院在管道應(yīng)力計算方面的不足， 增強了管機

28、專業(yè)的實力， 縮短了我院在管機計算水平上與大院的差距。 但是畢竟我們在這方面起步晚，比起大院來還缺乏經(jīng)驗的積累和沉淀， 這就要求我們在今后的工作中繼續(xù)積累經(jīng)驗來彌補我們的不足。'.CAESAR 是由美國 COADE 公司研制開發(fā)的專業(yè)管道應(yīng)力分析軟件，它被廣泛的應(yīng)用到石油，石化，電力，鋼鐵等行業(yè)。現(xiàn)在，在國際公認的管道應(yīng)力分析程序中， CAESAR是應(yīng)用最廣泛的軟件之一，它也是進入中國市場最早的管道應(yīng)力分析軟件， 目前在國內(nèi)的到了廣泛的應(yīng)用。通過該軟件的應(yīng)用，使國內(nèi)的管道應(yīng)力分析工作，無論在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的應(yīng)用， 還是在軟件工具方面， 都與發(fā)達的工業(yè)化國家進入同步階段， 提高了國內(nèi)管道應(yīng)力分

29、析水平， 實現(xiàn)了無障礙國際合作。CAESAR 可以用于分析大型管系， 鋼結(jié)構(gòu)，或二者相結(jié)合的模型。CAESAR即能夠進行靜力分析， 也能進行動力分析。 它不但能夠根據(jù) ASME B31 系列以及其他國際標(biāo)準(zhǔn)進行應(yīng)力校核，還可以按照 WRC,API,NEMA 等標(biāo)準(zhǔn)進行靜設(shè)備和動設(shè)備的受力校核。 CAESAR 具有豐富的材料庫， 單元數(shù)據(jù)及邊界條件的輸入直觀方便。 該程序即可用于架空管道的分析，也可用于埋地管道的計算。程序使用的第一步是輸入數(shù)據(jù)，就是要把計算條件(如溫度，壓力等)，管子材料特性 (如彈性模量，泊松比，線膨脹系數(shù)，基本許用應(yīng)力等 )，管子尺寸 (如直徑，壁厚，長度等 )，管子的空間走向，約束方式，管內(nèi)介質(zhì)密度，隔熱材料密度和隔熱層厚度等作為基本數(shù)據(jù)輸入。這些數(shù)據(jù)沿管道有所變化， 在發(fā)生變化的地方設(shè)