管道應(yīng)力分析在大型空分項(xiàng)目中的應(yīng)用

冷霜（中國(guó)天辰工程有限公司黑龍江分公司，黑龍江 哈爾濱 150076）

近些年隨市場(chǎng)的需求空分項(xiàng)目逐漸大型化方向發(fā)展，空分工藝越來(lái)越復(fù)雜，裝置管徑越來(lái)越大，運(yùn)行工況也更加復(fù)雜；空分項(xiàng)目存在低溫管道、高溫高壓管道、大尺寸薄壁厚管道，

管道應(yīng)力分析工作占有很大的比重?？紤]裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全運(yùn)行，管道的應(yīng)力分析工作也越來(lái)越為大家重視。

空分項(xiàng)目管道設(shè)計(jì)工作一般分壓縮機(jī)、冷箱、純化、罐區(qū)等幾個(gè)主要部分。

壓縮機(jī)是空分項(xiàng)目重要的設(shè)備之一，目前大型的空分項(xiàng)目一般選用Siemens或Man的壓縮機(jī)。大型壓縮機(jī)有電驅(qū)動(dòng)和蒸汽透平驅(qū)動(dòng)兩種。電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)主要考慮空氣進(jìn)、出口管道的應(yīng)力。壓縮機(jī)進(jìn)、出口管道管徑較大，大型空分都超過(guò)一米。因管徑較大自然補(bǔ)償會(huì)造成材料成本上升，也不利于整體布置，所以通常采用膨脹節(jié)來(lái)吸收管道膨脹應(yīng)力。

Man壓縮機(jī)管口受力要求比較苛刻，特別是蒸汽透平的管口需要注意。但蒸汽透平管道的布置按截圖中的走向，配合限位架基本可以滿足廠家的要求。

純化系統(tǒng)作為空分重要的前端凈化系統(tǒng)，隨著技術(shù)發(fā)展已經(jīng)逐漸模塊化。純化系統(tǒng)由于管徑大，工況復(fù)雜，還存在薄壁厚管道，應(yīng)力分析工作量很大。

純化系統(tǒng)存在交變循環(huán)工況，分析、建模時(shí)需認(rèn)真了解工藝條件，每種工況下每根管道溫度壓力對(duì)應(yīng)輸入，并應(yīng)考慮增加疲勞工況。

由于純化系統(tǒng)循環(huán)變化次數(shù)很多，可達(dá)5000次/年。應(yīng)力補(bǔ)償方式上，膨脹節(jié)已經(jīng)很難滿足要求。不建議選用膨脹節(jié)，盡量用自然補(bǔ)償?shù)姆绞浇鉀Q應(yīng)力問(wèn)題。

另外在計(jì)算中要注意純化系統(tǒng)中薄壁厚管道。在如d/D<=0.5 and that D/T<=100條件下，CAESARII的計(jì)算結(jié)果是可靠，而且是準(zhǔn)確的。

d-分支管的直徑

D-主管的直徑

D-管道直徑

T-管道壁厚

如大口徑薄壁管，分支管接口處，需要采用有限元局部應(yīng)力分析的方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

目前，國(guó)際上的諸多知名石化工程公司普遍采用美國(guó)PRG-Paulin Research Group公司的FE/PIPE軟件，軟件接口程序配合CAESAR軟件接口程序，完成應(yīng)力分析，使結(jié)果更加準(zhǔn)確真實(shí)，保證安全運(yùn)行的同時(shí)還能更好節(jié)約管材。

冷箱內(nèi)部管道，因其特性一般采用耐低溫鋁合金材料。鋁合金材料隨溫度降低其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都有所提高，疲勞特性也有較好體現(xiàn)；既不易發(fā)生類(lèi)似碳鋼材料冷脆現(xiàn)象又優(yōu)于不銹鋼的延展性所以被廣泛應(yīng)用于冷箱內(nèi)管道的材料。

板式冷箱上部應(yīng)力分析目前是個(gè)難點(diǎn)，單純只考慮冷箱外部很難滿足換熱器管口受力要求。與廠家做好溝通，將換熱器和管道作為一個(gè)整體考慮，這樣的分析結(jié)果才更真實(shí)可靠；也避免不必要的補(bǔ)償。

近些年，空分項(xiàng)目發(fā)展迅速，隨之而來(lái)工廠運(yùn)行中也出現(xiàn)一些問(wèn)題。一些管道設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有得到應(yīng)有的重視，甚至沒(méi)做受力分析，結(jié)果在生產(chǎn)過(guò)程中，管道變形嚴(yán)重，并危及設(shè)備的安全運(yùn)行。所以在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中做好管道的應(yīng)力分析工作，使裝置能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1]唐永進(jìn).壓力管道應(yīng)力分析.第二版.