管道热应力分析

（热应力分析，管道柔性分析）

管道热应力分析（热学柔性分析）可以预测由热梯度、 热瞬变、 重量、 压力以及螺栓紧固力导致的管道热应力和设备载荷。该研究一般适用于处于高温波动环境下的设备或长管道，比如连接至冷却器或汇管的热管。如果设备对外载荷敏感，则也需要进行管道应力分析。

在振动服务所涉及的管道系统中，该研究方法会更复杂化。因为该设计必须处理管道热应力分析（需要柔性）和机械振动分析（需要刚性）之间的需求矛盾。我们已有方法来处理该矛盾，并提供最优管道设计。 

以下链接提供了基本的静态和动态管道设计需求概览： 

• 管道设计注意事项（静态和动态） 

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1 分析范围

该分析可计算由热循环、管道和配件重量、以及主要工艺管道的静态压力等造成的管道应力。通常，使用CAESAR II模拟系统，同时在有需要时，也会使用专业计算机程序，比如NozzlePRO和FETee进行设计。

• 评估由热循环、重量以及管道静态压力引起的应力，参考以下工业标准，比如B31.3 B31.8，CSA Z662、BS826 BS7159 FDBR、DNV、Stoomwezen等。
• 计算设备上的载荷（例如容器、冷却器、泵以及压缩机等）并进行设计，满足行业标准。
• 提供管道布局、管道支撑以及夹具设计的建议。

2 其它分析选项

• 设计管道系统，以承受PSV卸载
• 容器口载荷的具体分析，来满足ASME Section VIII， Div. 2 压力容器应力需求
• 设计计算使冷却器接口载荷严格遵循API661标准
• 分析地下管或埋设管
• 根据ASME B31.3，第IX章，进行高压管道的疲劳分析

3 如何避免管道热应力和振动分析的矛盾

当管道系统中有动机械时，应要求进行动态振动有限元分析（FEA）的顾问公司也进行对管道的应力分析。这样可以避免支架柔度和刚度需求之间的矛盾，同时加速了确定最终方案。通常，动态振动分析会要求刚性支架，而管道柔性分析要求柔性支架。同时考虑静力和动力需求是很重要的。

• 控制振动以及振动应力一般用约束管道的方法。其还需要管道支架（管夹）间距离更近，来提高管道的结构固有频率，避免共振。振动控制标准，还需要管道支架具有足够的刚度，能够限制支架上的振动，并尽量避免悬吊装置和引导装置的使用。
• 管道热应力分析减少静态挠度和应力，且一般会根据柔度要求，有选择使用支撑支架、引导装置、管线栓、悬臂支架，弹簧支架以及抑制管夹。
• 管道热应力分析的建议方案可能与振动需求设计意见相反。这种矛盾可以，并的确会导致设备建设和运行过程中很大的困惑和问题。

为避免这种矛盾，标准工业方法是请同样的顾问来执行振动分析和管道热应力分析。这样可以保障振动控制和管道设计被妥善处理，包括实际的管道支架刚度假设、并使用允许热膨胀的振动管夹等（更多信息请见以下文章）。

4 北塔优势

• 50多年的现场和设计经验，为您推荐最佳实践方案。结合机械设计和现场经验，在管道设计评审方面就更具优势。
• 分析专家使用最先进的分析软件，包括ANSYS， CAESAR II， NozzlePRO， FETee/FESIF，以及其他可用软件工具包。北塔的软件工具能提供更精准的应力强化因数，可以产生更贴近事实的结果（建议不会过分保守）。
• FEA和现场测试数据结合，保障精确边界条件。特别是提供较精准的管道支撑刚度。
• 我们的专利管道约束设计，可以适应振动载荷和热膨胀。
• 使用已经过现场证实的方法来处理动力和静力设计，避免针对热学和动态/振动分析得出的结果和建议设计方法之间的矛盾。
• 我们拥有综合性的管道分析，可涵盖FIV，AIV，美国能源研究所，喘振，水锤等分析要求。
• 办公地点和服务网点分布各个大洲，我们能提供全球化的及时服务支持。
• 广泛深入的工程资源，可以支持各种规模的项目。
• 具有竞争力的价格。

5 客户收益

• 保障安全运行的系统设计。
• 通过合理平衡热力和动力支撑的要求，延长设备使用寿命，最小化维护费用。
• 当北塔同时负责进行API 618 DA2和DA3机械分析和管道热应力分析时，会尽量统一管道布局和管道支撑数量，减少变更。

6 相关信息

• 为避免压缩机系统整体风险而推荐的管道热应力分析的方法 GMRC 2011（英文，PDF） 
• 经过验证的往复式压缩机管道系统的热应力管道分析（GMC 论文 2012，英文， PDF）
• 管道支撑刚度，GMRC研究概览，2014
• 北塔管道系统培训课：减轻振动的技术 （英文，PDF）

7 相关服务

• 管道振动和整体评估
• 故障排除（机械脉动和振动问题） 
• 管道系统（静态和动态管道分析的基本信息）

8 关键词

• 热柔性
• 管道柔性
• B31.3
• API M11 分析

更多信息

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