論ＣａｅｓａｒⅡ軟件在高溫高壓管道應(yīng)力分析中應(yīng)用

1、論軟件在高溫高壓管道應(yīng)力分析中應(yīng)用摘要:aesar管道應(yīng)力分析軟件是國際較為流行的管道應(yīng)力分析軟件之一,具有輸入數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單,圖形生成和計(jì)算結(jié)果直接明了,容易被初學(xué)者掌握的特點(diǎn)。但aesar軟件同時(shí)又是工程性很強(qiáng)的應(yīng)用軟件,在計(jì)算模型的建立時(shí)往往需要一定的工程經(jīng)歷作為根據(jù)。筆者根據(jù)五年應(yīng)力分析的經(jīng)歷,對(duì)高溫高壓管道應(yīng)力分析的一些理論進(jìn)展了總結(jié)。關(guān)鍵詞:aesar軟件;管道應(yīng)力;計(jì)算模型;高溫高壓管道近年來,隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速開展,石油、化工開展迅猛。高溫高壓管道大量鋪設(shè),設(shè)計(jì)程度成為衡量一個(gè)設(shè)計(jì)單位能否在劇烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的關(guān)鍵,這里,核心技術(shù)之一的管道應(yīng)力分析是比擬復(fù)雜的。為此,設(shè)計(jì)部門都

2、已經(jīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)展管道的應(yīng)力分析。aearii管道應(yīng)力分析軟件是由美國ade公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析國際權(quán)威的專業(yè)軟件,它既可以進(jìn)展計(jì)算靜態(tài)分析,也可進(jìn)展動(dòng)態(tài)分析,aesarii向用戶提供完備的國際上的通用管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),軟件使用方便快捷。本文將結(jié)合該軟件在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和問題,進(jìn)展討論。一、aesar軟件與管道柔性分析我從2022年開場(chǎng)使用由美國adein,公司編制而成的aesar管道應(yīng)力分析軟件。至今已有5年的歷史,目前我所做的高溫高壓管道柔性分析都是采用該軟件進(jìn)展的。所謂高溫高壓管道的柔性是指反映管道變形難易程度的一個(gè)物理概念,指管道通過自身變形吸收熱脹、冷縮和其他位移變形的才能。指進(jìn)展

3、高溫高壓管道設(shè)計(jì)時(shí),在保證管道具有足夠的柔性來吸收位移應(yīng)變的前提下,使管道的長(zhǎng)度盡可能短或投資盡可能少。在管道柔性設(shè)計(jì)中,除考慮管道自身的熱脹冷縮外,還要考慮管道端點(diǎn)的附加位移。通過管道的柔性計(jì)算可以到達(dá)如下目的:使高溫高壓管道應(yīng)力在標(biāo)準(zhǔn)的許用范圍內(nèi);使設(shè)備管口載荷符合制造商的要求或公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn);計(jì)算出作用在管道支架上的負(fù)荷;輔助設(shè)置合理的支吊架;解決高溫高壓管道動(dòng)力學(xué)問題;幫助配管優(yōu)化。符合以下條件的應(yīng)做柔性計(jì)算:管道的設(shè)計(jì)溫度大于等于100;對(duì)柔性計(jì)算的公稱直徑范圍應(yīng)按設(shè)計(jì)溫度和管道布置的詳細(xì)情況確定;受室外環(huán)境溫度影響的無隔熱層長(zhǎng)間隔 的管道;管道端點(diǎn)附加位移量大,不能用經(jīng)歷判斷其柔性的管

4、道;小支管與大管連接,且大管有位移并會(huì)影響柔性的判斷,小管應(yīng)與大管同時(shí)計(jì)算。符合以下條件的高溫高壓管道可不做柔性計(jì)算:該管道與同一類型運(yùn)行情況良好的管道完全一樣;該管道與已經(jīng)過柔性分析合格的管道相比擬,幾乎沒有變化。二、aesar應(yīng)力分析模型的建立及其分析過程高溫高壓管道應(yīng)力分析可分為:靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,目前我們所進(jìn)展管道分析都為靜態(tài)分析。高溫高壓管道系統(tǒng)靜力分析需要將諸如計(jì)算條件(溫度、壓力等)、管子材料特性(楊氏彈性模量、線膨脹系數(shù)、根本許用應(yīng)力等)、管子尺寸(直徑、壁厚、長(zhǎng)度)、空間走向、約束方式等作為根本數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。這些數(shù)據(jù)沿管道有所變化,在發(fā)生變化的地方設(shè)立節(jié)點(diǎn)。這樣,整個(gè)管系

5、就被劃分為假設(shè)干個(gè)單元,每個(gè)單元由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。aesarii采用逐個(gè)單元輸入的方法,單元的輸入以填表的方式完成。aesar軟件程序一般按三維考慮即x、y、z三個(gè)方向,程序一般將第一個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)定為(0,0,0)。aesar程序?qū)斎氲墓艿佬螤罹袌D形顯示功能,假如在輸入的數(shù)據(jù)中有錯(cuò)誤,很快就可以發(fā)現(xiàn)。圖形顯示一般包括以下要項(xiàng):節(jié)點(diǎn)的編號(hào)和位置,管道的外徑;管道的壁厚,管道的長(zhǎng)度;支吊架對(duì)管段的約束,支吊架的位置;固定點(diǎn)的位置;保溫材料的厚度;管道承受的集中載荷和均布荷載(珠光砂載荷);管道材料的種類;剛性元件等。首次輸入經(jīng)過錯(cuò)誤檢查后,管模型分析的第一步是定義靜態(tài)工況,高溫高壓管道上可能承受的

6、荷載有:重力荷載,包括保溫材料重、管道的自重、介質(zhì)重等;壓力荷載,位移荷載,包括管道熱脹冷縮位移、支撐沉降、端點(diǎn)附加位移等;地震荷載;風(fēng)荷載;瞬變流沖擊荷載,如平安閥起跳或閥門的快速啟閉時(shí)的壓力沖擊;壓力脈動(dòng)荷載;兩相流脈動(dòng)荷載;機(jī)器振動(dòng)荷載,如回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)。冷箱內(nèi)管道應(yīng)力計(jì)算主要是考慮前四種荷載。確定了荷載后,根據(jù)不同的要求,對(duì)各種荷載進(jìn)展組合,用以對(duì)管道的平安進(jìn)展判斷。判斷管道的平安可靠性和常規(guī)的壓力容器設(shè)計(jì)方法不同,高溫高壓管道在初期運(yùn)行時(shí),允許管道部分屈從,或采用冷緊的方法預(yù)加反方向的應(yīng)力。高溫高壓管道應(yīng)力根據(jù)性質(zhì)大致分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力三類。一次應(yīng)力指的是由管道的內(nèi)壓、

7、自重和其他外載產(chǎn)生的應(yīng)力,具有自限性;二次應(yīng)力指的是由管道變形受阻而引起的正應(yīng)力和剪應(yīng)力;峰值應(yīng)力是管件的部分構(gòu)造不連續(xù),有應(yīng)力集中或有部分熱應(yīng)力,附加到一次應(yīng)力或二次應(yīng)力上的總和。高溫高壓管道的靜力計(jì)算結(jié)果一般包括:管道各點(diǎn)的應(yīng)力、管道上各約束的受力、管道上各點(diǎn)位移等。三、aesar使用過程中注意的問題aesar使用過程中注意的問題存在假設(shè)干要注意的問題,現(xiàn)就主要問題予以說明。首次輸入完成后,aesar程序必須進(jìn)展數(shù)據(jù)檢查前方可進(jìn)展靜力計(jì)算,對(duì)于檢查過程中出現(xiàn)的致命性錯(cuò)誤,工程師必須返回到pipingspreadsheet狀態(tài)下進(jìn)展修正,這樣才能保證數(shù)據(jù)的可靠性。常用的工況組合有三種:一是工

8、作狀態(tài)(pe):一般由重力、壓力、均布荷載、端點(diǎn)位移、集中荷載和溫度構(gòu)成的組合;二是安裝狀態(tài)(sus):一般由重力和壓力構(gòu)成組合,另還包括集中荷載和均布荷載;三是純冷態(tài)(exp):為上述工作狀態(tài)和承載狀態(tài)的差值。工況組合的設(shè)計(jì)一定要科學(xué)。管道應(yīng)力校核一般包括一次應(yīng)力校核和二次應(yīng)力校核。一次應(yīng)力校核工況組合為:(sus)+p1+f1。假如許用值大于或者等于節(jié)點(diǎn)應(yīng)力,表示一次應(yīng)力校核通過。否那么,不通過。根據(jù)屏幕最大應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)可知道最大應(yīng)力點(diǎn)所在位置。高溫高壓管道的一次應(yīng)力假如超出許用應(yīng)力的范圍,一般可以通過合理的設(shè)置支架加以解決,常用的有導(dǎo)向支架、管架等。為了防止因設(shè)置了管架而影響到管道

9、的自伸縮才能,最好在容器管口處增設(shè)貼板,管架支撐在容器上,到達(dá)管道跟容器同步伸縮的目的。二次應(yīng)力校核工況組合為:(exp)ds3=dsl一ds2。假如許用值大于或者等于節(jié)點(diǎn)應(yīng)力,表示二次應(yīng)力校核通過。假如許用值小于節(jié)點(diǎn)應(yīng)力,但一次應(yīng)力校核通過,可按合成應(yīng)力進(jìn)展校核,假如合成應(yīng)力小于合成應(yīng)力的許用應(yīng)力范圍,表示二次應(yīng)力校核通過。假如二次應(yīng)力超過許用應(yīng)力范圍,可以采用如下的方法改變管道的柔性:改變管道的走向、選用補(bǔ)償器或選用彈性支吊架。在高溫高壓管道運(yùn)行時(shí),一般荷載產(chǎn)生的應(yīng)力平安運(yùn)行判斷一般采用ansi/aseb31.31996的標(biāo)準(zhǔn):(1)內(nèi)壓產(chǎn)生的一次應(yīng)力中的環(huán)向應(yīng)力sp,不超過管道運(yùn)行時(shí)材料

10、的許用應(yīng)力sh,即:spsh。(2)內(nèi)壓、自重和外載產(chǎn)生的一次應(yīng)力中的軸向應(yīng)力之和sl,不超過管道運(yùn)行時(shí)材料的許用應(yīng)力sh,即:slsh。(3)溫度、管道端點(diǎn)位移等產(chǎn)生的軸向應(yīng)力和剪應(yīng)力的合成二次應(yīng)力se,不超過管道的許用應(yīng)力范圍sa。sesa=f(1.25s+1.25shs),其中f為許用范圍降低系數(shù),溫度循環(huán)次數(shù)在7000以下,系數(shù)f取1;sh為管道在使用溫度時(shí)(冷態(tài))的許用應(yīng)力值,pa;s為管道在安裝溫度時(shí)(熱態(tài))的許用應(yīng)力,pa。參考文獻(xiàn):1宋岢岢.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例.北京:化學(xué)工業(yè)出版社2022.2方立.用aesar軟件進(jìn)展管道應(yīng)力計(jì)算的幾個(gè)問題討論.化工設(shè)備與管道j2022.12(6).3王軍平.aesar軟件在油田工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.石油規(guī)劃設(shè)