压力容器与管道安全评价 杨启明 5.1 压力管道安全分析的基本方法新.pptVIP

第一节 压力管道安全分析的基本方法 一、强度分析 二、管道的振动分析简介（自学） 三、压力管道的腐蚀与防护（自学） 一、强度分析 1、载荷和应力分类 (1)载荷的分类 管内介质产生的压力； 管子质量产生的均布载荷； 管件重量产生的集中载荷； 管道支吊架产生的反力； 风力、地震产生的载荷； 管道温度变化产生的热载荷； 安装残余应力； 管系变形产生的载荷； 管内介质压力脉动引起的管道振动； 液击产生的冲击波等。 根据载荷作用时间的长短，可以分为恒载荷和动载荷。 恒载荷是指持续作用于管道的载荷； 动载荷是指随时间迅速变化的载荷，使管道产生显著的运动，而且必须考虑惯性力的影响 。 静载荷是指缓慢、毫无振动地加到管道上的载荷，它的大小和位置与时间无关，或者是极为缓慢地变化，可略去惯性力的影响，不使管道产生显著运动 静载荷根据其不同的特性，分为自限性载荷和非自限性载荷。 自限性载荷是指管道由于结构变形受结束所产生的载荷 。初次施加自限性载荷不会直接导致破坏 。 非自限性载荷是指外力载荷 。 非自限性载荷与管道的的变形约束无关，超过一定的限度，就会直接导致破坏。 在一般管道的静力计算中，主要考虑的载荷有介质内压、管道自重、支吊架反力、热胀、冷缩和管道端点的附加位移等。 静力计算主要考虑的载荷 通常将介质内压称为压力载荷 管道自重、支吊架反力和其它外载称为机械载荷或持续外载 热胀冷缩和端点附加位移等称为位移载荷或热负荷 (2) 应力分类 压力管道的应力一般可分为一次应力、二次应力和峰值应力。 1) 一次应力(P) 一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生的正应力或剪应力 特点： 基本特征是非自限性的 ——始终随所加载荷的增加而增加 ——必须满足力与力矩的平衡法则 ，超过屈服极限或持久强度，将使管道发生过度的变形而破坏。 分类： 一次总体薄膜应力(Pm)； 一次弯曲应力(Pb)； 一次局部薄膜应力(Pt) 2) 二次应力(Q) 主要考虑由于热胀冷缩以及其它位移受约束而产生的应力，该应力通常称为热胀二次应力。 3) 峰值应力(F) 该应力是由于载荷、结构形状的局部突变而引起的局部应力集中的最高应力值。 特点： 整体结构不产生任何显著的变形是疲劳破坏和脆性断裂的可能根源 2、强度计算 （1）承受内压管道的强度分析 管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。 管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力表示（如图5-1所示）： 沿管壁圆周切线方向的环向应力σB 平行于管道轴线方向的轴向应力σz 沿管壁直径方向的径向应力σr 3个主应力的平均应力表达式为 管壁上的3个主应力服从下列关系式： σBσzσr 据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为 σE＝σB－σr≤［σ］ 将管壁的应力表达式代入上式，可得理论壁厚公式 S≥ 工程上，管子尺寸多由外径Dw表示，因此又得另一个理论壁厚公式 S≥ (2) 管子壁厚计算 承受内压管子理论壁厚公式，按管子外径确定时为 按管子内径确定时为 (5－2) 式中： S1——管子理论壁厚，mm； P——管子的设计压力，MPa； Dw——管子外径，mm； Dn——管子内径，mm； φ——焊缝系数； [σ]t——管子材料在设计温度下的基本许用应力，MPa 管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚 它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱的情况 作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。 因此，工程上采用的管子壁厚计算公式为