压力管道应力分析的一般途径与可靠性讨论

　　对于石化行业大量使用的空间分布的压力管道的应力分析中可能遇到的影响分析可靠性和准 确性的软件的选用、单元划分、各类载荷处理、材料匹配、阀门、接头处理、以及缺陷评定等问 题,进行了归纳与讨论,提出了处理的方法与建议。

　　1　前言

　　由于历史、技术、管理上的原因,石化行业中 压力管道的可靠性和安全性问题在近年来表现得日 益突出[1]。由于管道的空间走向和受载复杂,致使 应力分析十分繁琐,而管道缺陷评定中又必须知道 每一个待评定部位的应力状态,因此只可能采用管 系有限元分析方法计算应力,获得带超标缺陷的焊 口在无缺陷时的应力状况,供缺陷安全评定时参 考。以下结合管道应力计算一般途径与方法,将应 力分析过程中可能遇到的,影响其可靠性的问题加 以总结与讨论。

　　2　管道应力与分析

　　一般来说,管系为三维空间走向,由一条或多 条主管线及数条支管线组成,有限元计算模型的建 立,必须参考具体结构现场数据进行,准确的结构 参数是一切计算的基本出发点。

　　2·1　管系载荷分类与确定

　　管系承受的载荷大致可分为以下四类:

　　(1)压力载荷:可能在几种不同压力、温度组 合条件下运行的管道,应根据最不利的压力温度组 合确定管道的计算压力。也即是必须将最危险工况 区分出来。

　　(2)持续外载:包括管道基本载荷(管子及其附件的重量、管内介质重量、管外保温的重量等)、支吊架的反力、以及其它集中和均布的持续外载。

　　(3)热胀和端点位移:管道由安装状态过渡到运行状态,由于管内介质的温度变化,管道产生热胀冷缩使之变形;与设备相连接的管道,由于设备的温度变化而出现端点位移,也使管道变形。

　　(4)偶然性载荷:包括风雪载荷、地震载荷、流体冲击以及安全阀动作而产生的冲击载荷。这些载荷都是偶然发生的临时性载荷,而且不会同时发生,在一般静力分析中,不考虑这些载荷。

　　2·2　载荷工况

　　一般情况下,管道应力计算时主要考虑以下两种工况:工况1———考虑内压、重力载荷、最低可能使用温度(例如-20℃);工况2———考虑内压、重力载荷、最高可能使用温度(例如50℃)。

　　2·3　计算软件的选择

　　管道应力计算软件按照来源可以分为自编的软件和购买的商品化软件。按其功能划分不外乎两种:通用性软件和专用性软件。自编的软件往往针对性和目的性较强,效率较高但功能单一,应用范围有限。而商品化软件(大型通用有限元计算分析软件和大型通用管道计算专用软件)一般都是由国际上著名的公司开发,经费投入动辄上亿美元,产品新版升级不断,其分析模块一般能将最先进的算法和计算机技术结合在软件中,特别是它的非线性力学分析功能比较强大。