CAESAR在计算大管径管道时应该注意哪些问题

金子 · 发表于 2010-9-1 13:41:27

请教各位高手，CAESARⅡ是把管道看做一个梁单元来结算的，但是对于大管径的管道，D/T＞100的，属于壳单元，应力是有偏差的，应该注意哪些问题？？？

落叶 · 发表于 2010-9-2 13:55:34

金子你好：
   关于你提出的问题，我来大概的回答一下啊，若有不好，望提出异议和指正；谢谢！
   CAESARⅡ是把管道看做一个梁单元来结算的，但是对于大管径的管道，D/T＞100的，属于壳单元，应力是有偏差的，此时应该注意如下问题。
高温高压管道应力分析可分为:静态分析和动态分析,目前我们所进行管道分析都为静态分析。
1、管线温度
2、管道的长度
3、管道的直径
4、管道材质（考虑到膨胀系数）
5、介质的流速
6、管道上的附件数量（如阀门、弯头数量这些都要影响压力降）
7、当地气候环境（如风载和温度）
8、保温材料的厚度。
9、介质的状态（如液态是否在流动过程中是否要气化）
10、介质的种类，是几相流，
下面就刚问管线来说明，就上次你问的管道漏分析原因Nui也可以在下面找到；谢谢！

　　高温高压管道系统静力分析需要将诸如计算条件(温度、压力等)、管子材料特性(杨氏弹性模量、线膨胀系数、基本许用应力等)、管子尺寸(直径、壁厚、长度)、空间走向、约束方式等作为基本数据输入计算机。这些数据沿管道有所变化,在发生变化的地方设立节点。这样,整个管系就被划分为若干个单元,每个单元由两个节点组成。CAESAR II采用逐个单元输入的方法,单元的输入以填表的方式完成。CAESARⅡ软件程序一般按三维考虑即x、Y、z三个方向,程序一般将第一个节点坐标定为(0,0,0)。
　　CAESARⅡ程序对输入的管道形状均有图形显示功能,如果在输入的数据中有错误,很快就可以发现。图形显示一般包括下列要项:节点的编号和位置,管道的外径;管道的壁厚,管道的长度;支吊架对管段的约束,支吊架的位置;固定点的位置;保温材料的厚度;管道承受的集中载荷和均布荷载(珠光砂载荷);管道材料的种类;刚性元件等。
　　首次输入经过错误检查后,管模型分析的第一步是定义静态工况,高温高压管道上可能承受的荷载有:重力荷载,包括保温材料重、管道的自重、介质重等;压力荷载,位移荷载,包括管道热胀冷缩位移、支撑沉降、端点附加位移等;地震荷载;风荷载;瞬变流冲击荷载,如安全阀起跳或阀门的快速启闭时的压力冲击;压力脉动荷载;两相流脉动荷载;机器振动荷载,如回转设备的振动。冷箱内管道应力计算主要是考虑前四种荷载。确定了荷载后,根据不同的要求,对各种荷载进行组合,用以对管道的安全进行判断。
　　判断管道的安全可靠性和常规的压力容器设计方法不同,高温高压管道在初期运行时,允许管道局部屈服,或采用冷紧的方法预加反方向的应力。高温高压管道应力根据性质大致分为一次应力、二次应力和峰值应力三类。一次应力指的是由管道的内压、自重和其他外载产生的应力,具有自限性;二次应力指的是由管道变形受阻而引起的正应力和剪应力;峰值应力是管件的局部结构不连续,有应力集中或有局部热应力,附加到一次应力或二次应力上的总和。
　　高温高压管道的静力计算结果一般包括:管道各点的应力、管道上各约束的受力、管道上各点位移等。
   CAESARⅡ使用过程中注意的问题存在若干要注意的问题,现就主要问题予以说明。
　　首次输入完成后,CAESARⅡ程序必须进行数据检查后方可进行静力计算,对于检查过程中出现的致命性错误,工程师必须返回到Piping Spreadsheet状态下进行修正,这样才能保证数据的可靠性。
　　常用的工况组合有三种:一是工作状态(OPE):一般由重力、压力、均布荷载、端点位移、集中荷载和温度构成的组合;二是安装状态(SUS):一般由重力和压力构成组合,另还包括集中荷载和均布荷载;三是纯冷态(EXP):为上述工作状态和承载状态的差值。工况组合的设计一定要科学。管道应力校核一般包括一次应力校核和二次应力校核。一次应力校核工况组合为:(SUS)W+P1+F1。如果许用值大于或者等于节点应力,表示一次应力校核通过。否则,不通过。根据屏幕最大应力所对应的节点号可知道最大应力点所在位置。高温高压管道的一次应力如果超出许用应力的范围,一般可以通过合理的设置支架加以解决,常用的有导向支架、管架等。为了避免因设置了管架而影响到管道的自伸缩能力,最好在容器管口处增设贴板,管架支撑在容器上,达到管道跟容器同步伸缩的目的。二次应力校核工况组合为:(EXP)DS3=DSl一DS2。如果许用值大于或者等于节点应力,表示二次应力校核通过。如果许用值小于节点应力,但一次应力校核通过,可按合成应力进行校核,如果合成应力小于合成应力的许用应力范围,表示二次应力校核通过。如果二次应力超过许用应力范围,可以采用如下的方法改变管道的柔性:改变管道的走向、选用补偿器或选用弹性支吊架。
　　在高温高压管道运行时,一般荷载产生的应力安全运行判断一般采用ANSI/ASMEB31.3—1996的规范:(1)内压产生的一次应力中的环向应力Sp,不超过管道运行时材料的许用应力sh,即:Sp≤Sh。(2)内压、自重和外载产生的一次应力中的轴向应力之和SL,不超过管道运行时材料的许用应力Sh,即:SL ≤Sh。(3)温度、管道端点位移等产生的轴向应力和剪应力的合成二次应力SE,不超过管道的许用应力范围sa。SE≤Sa=f(1.25Sc+1.25Sh—Sc),其中f为许用范围降低系数,温度循环次数在7000以下,系数f取1;sh为管道在使用温度时(冷态)的许用应力值,MPa;sc为管道在安装温度时(热态)的许用应力,MPa。

金子 · 发表于 2010-9-7 09:08:59

回复 2# 落叶

自己再来补充一下这个问题，众所周知，CAESAR软件是根据有限元的方法，将管系划给各个梁单元进行求解。这就决定了它的缺陷——解决大直径管线计算时，计算结果有偏差。因为大直径管线（特别是D/T＞100的薄壁管线）在受到外力的作用时，其截面由于受力变形会产生椭圆化，从而影响该处的柔性系数和应力增大因子，使管线的应力计算结果产生偏差。一般认为比较合适的处理方法是：1.对于D/T＜100的管线，认为三通和弯头处的截面在受外力作用时产生的椭圆化效应不大，仍可以用CAESAR 软件进行计算
2.对于D/T＞100的管线，则可以用FE/pipe和caesar软件结合对大直径管道进行应力分析。即用FE/PIPE对三通和弯头处进行局部的分析计算，求出其柔性系数和应力增大因子计算，在用caesar惊醒管道整体的受力分析。
3.由于整个关系的刚度很大，管线对设备管口的反作用力也很大，这时进行管口受力校核时就不能够再用传统的经验公式，必须将设备管口的反作用力提交给设备专业，由设备专业对管口的局部受力进行应力分析。
4.由于管径大，相应的管托也较大，这时管托的重量就不能忽略不计，建模的应加以考虑，可用带重量的刚性件模拟。

chenhaijunsjy · 发表于 2010-9-7 09:23:12

好的压力管道计算软件,认真吸取!

墨鱼太子妃 · 发表于 2010-9-7 22:37:28

正在学习CAESAR II,以后多请教

yjg161513 · 发表于 2010-9-10 15:22:48

学习了，谢谢！

jingyuanyu · 发表于 2010-10-13 16:16:22

初学CAESARⅡ，请多指教

201111 · 发表于 2010-12-26 10:21:15

初学CAESARⅡ，请多指教,谢谢

rock8850x · 发表于 2011-2-16 21:02:20

回复 3# 金子

對於大管徑的處理方法，我覺的要多加注意，尤其管線是從tower overhead出來的管線，要考慮的不只是管子本身
還要考慮到對設備本身的load，尤其MITRE與TEE的部份需用asme b31.3加以驗証SIF的數值，因為管徑太大或是vacuum
的狀態，考慮是否要加stiffening ring，這些都是要特別考慮的，當然還有最常見的温度因素，還有是否要用asme bpvc來
做為考慮呢，如果開孔的尺寸與主管一樣大的時候，要如何加reinforced pad，那pad的尺寸要如何考慮呢，是否焊道會過於近，
以致焊道影響遠超過需補強的影響，哇...這真是一個難解的問題，如果大家有機會遇到的話可以好好的思考一下。

meiguimi · 发表于 2011-2-17 16:40:12

回复 9# rock8850x

都是高手啊，学习了

大熊 · 发表于 2011-2-25 16:26:06

回复 1# 金子

谢谢，不错啊{:1106_391:}

zhoulz2003 · 发表于 2011-2-26 11:16:41

不错，学习了。

zf01102011 · 发表于 2011-3-11 10:51:15

{:1106_368:}

zhangxipeng77 · 发表于 2012-1-7 13:11:55

我也在学，大家多指教

加米 · 发表于 2012-7-12 09:57:44

非常有意义的题目，学习了！{:1106_362:}

zhangxipeng77 · 发表于 2012-8-3 14:26:50

好东西，学习了

滕扬扬扬 · 发表于 2012-10-23 11:49:19

好贴要顶！

zyj0114 · 发表于 1970-1-1 08:00:00

学习了，论坛有你更精彩！

xmx322 · 发表于 1970-1-1 08:00:00

都是高手呀！厉害！

泡泡鱼 · 发表于 1970-1-1 08:00:00

非常精彩，学习了

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