梁小龙
摘 要：采用AutoPSA软件对国内某大型铝加工厂热力站中的高温高压蒸汽管道实际运行状况进行应力计算及分析，建立了有限元计算模型，研究了管道在自重、内压和其他荷载下的一次应力和二次应力，判定了管道的安全性和合理性，设备能否承受管道的推力和力矩；计算出管段中出现的支吊架的相关参数，为实际工程中选择支吊架的形式和型号提供了依据。
关键词：有限元；压力管道；应力分析
在当今工程设计中，对热力管道进行应力分析是必不可少的工作。AutoPSA采用成熟可靠的有限元算法分析管道系统，提高了计算精度，采用微软工业化开发计算VC++6.0，以大量的MFC类库编程提高开发效率、运行速度和稳定性。文章采用AutoPSA软件对实例工程中高温高压蒸汽管道进行了应力分析，研究了管道的一次应力和二次应力，判断了管道在高温高压工况下的经济性、安全性和合理性，以及管道的由于变形等产生的推力和力矩对设备的影响。
1 管道荷载的确定
1.1 荷载分类
管道承受的荷载可分为以下几类：
（1）压力荷载；（2）端点和热胀位移；（3）持续外载；（4）偶然荷载。
1.2 荷载工况
管道应力计算必须考虑实际运行工况。单元体积为实际尺寸，重力荷载为单元密度、重力加速度和体积三者之积，正向为竖直向下。
2 管道有关参数
文章根据国内某大型铝加工厂热力站高温高压蒸汽管道作为研究对象，采用AutoPSA软件进行管道应力分析，确定了蒸汽管道的材质、规格、介质常数等。管道安装温度为20℃，管材为20号钢，计算压力为1.1MPa，计算温度为350℃，管道型号有两种：D480×12mm和D530×14mm，其余参数可查相关书籍。
3 计算模型
3.1 模型的建立和单元划分
3.1.1 单元模型
模拟计算管道时采用空间梁管单元力学模型，能够求得梁的六个内力分量，可以进一步计算局部管道。管道单元的划分节点主要选取在管系的危险点处，根据管道实际尺寸建立计算模型，将管道的节点编号和位置标注在管线图中。文章研究的对象为实际工程中的高温高压蒸汽管道，管道轴测图和模型图详见图1和图2。
3.1.2 管道附件的简化
（1）阀门和法兰
对管道中的阀门、法兰采用简化处理，根据实际情况将阀门、法兰简化成相应直径的管道，并附加相应的集中荷载。
（2）弯头
采用分段模拟的方法对计算管道中的弯头、三通、变径管进行局部细分，将微小段近似看成直线段进行模拟，以此实现足够精度的要求。
图2 蒸汽管道模型
3.2 边界条件的确定
为充分体现管道实际的运行状况和走向，并根据实际情况在不同部位采用了滑动支架、弹簧支吊架和固定支架等三种情况。固定支架处三个方向的转角和位移均受到约束，设为0。滑动支架处约束方向与管道轴线垂直向下设定为0，其余方向及三个转角不受约束。弹簧支吊架产生支撑方向的位移，其余方向及转角不受约束。在AutoPSA中，表达位移和转角的分别为X、Y、Z、RX、RY、RZ。
4 管道应力计算结果分析
4.1 管道应力判定
根据《火力发电厂汽水管道应力计算计算规定》（SDGJ6-2006）和《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T5054-1996）的规定，管道应力计算满足以下条件：
一次应力：
二次应力：
式中[？啄]t-设计温度t下的基本许用应力；[？啄]20-20℃的基本许用应力。
4.2 管道模拟计算结果
AutoPSA计算结果给出了管道中各节点、起点、终点、危险点处的应力计算值，管端推力和冷（热）推力，管道中出现的各种支架的冷位移、热位移、安装荷载、工作荷载和弹簧支架的弹簧型号。从计算结果中可以看出蒸汽管道的位移及应力等分布情况，其中管道最大应力及对应的节点号见表1。
从表1中可以看出，管道最大应力处主要出现在管道弯头、变径管及固定支架处，管道最大应力处均小于管材在工作温度下的许用应力。根据应力判定方法，满足相应规范对应力的要求。蒸汽管道根据实际情况设置了固定支架、滑动支架和弹簧支吊架，AutoPSA计算出了各支吊架承受的荷载和位移，详见表2。
从表中可以看出，滑动支架没有冷位移，只有热位移且安装荷重和工作荷重数值、方向上均相同；弹簧支吊架不仅有冷、热位移，安装荷重和工作荷重在数值上并不相同，在实际工程中，建设单位可以根据AutoPSA软件计算出的数据选择弹簧支吊架的型号。
5 结束语
5.1 在实际工程中可以现场实际测量计算管道尺寸来建立计算模型和设置边界条件，提高软件计算结果的可靠性和准确性。
5.2 AutoPSA软件模拟计算蒸汽管道各处应力，给出了在管段中最大应力点，并根据相关规范判定了最大应力点处的安全性。
5.3 AutoPSA软件对计算管段中出现的滑动支架、固定支架和弹簧支吊架给出了安装荷重、工作荷重和位移，在实际工程中为支架的选型提供了准确的参数，解决了实际问题。
参考文献
[1]杨铁成，胡明东，倪向贵.高温高压工艺管道应力分析计算[J].压力容器，2005（6）.
[2]赵艳艳.基于ANSYS的高温高压复合材料管道的应力分析[J].科技信息，2010（22）.
[3]周小兵，蔡晓峰，阳东升，等.弹簧支吊架在管道布置和应力分析中的相关注意事项[J].化肥设计，2010（6）：29-31.
[4]唐永进.压力管道应力分析的内容及特点[J].石油化工设计，2008（2）：20-24.
[5]王兵.热电站中压中温蒸汽管道应力的分析[J].江苏冶金，2004，32（1）.
摘 要：采用AutoPSA软件对国内某大型铝加工厂热力站中的高温高压蒸汽管道实际运行状况进行应力计算及分析，建立了有限元计算模型，研究了管道在自重、内压和其他荷载下的一次应力和二次应力，判定了管道的安全性和合理性，设备能否承受管道的推力和力矩；计算出管段中出现的支吊架的相关参数，为实际工程中选择支吊架的形式和型号提供了依据。
关键词：有限元；压力管道；应力分析
在当今工程设计中，对热力管道进行应力分析是必不可少的工作。AutoPSA采用成熟可靠的有限元算法分析管道系统，提高了计算精度，采用微软工业化开发计算VC++6.0，以大量的MFC类库编程提高开发效率、运行速度和稳定性。文章采用AutoPSA软件对实例工程中高温高压蒸汽管道进行了应力分析，研究了管道的一次应力和二次应力，判断了管道在高温高压工况下的经济性、安全性和合理性，以及管道的由于变形等产生的推力和力矩对设备的影响。
1 管道荷载的确定
1.1 荷载分类
管道承受的荷载可分为以下几类：
（1）压力荷载；（2）端点和热胀位移；（3）持续外载；（4）偶然荷载。
1.2 荷载工况
管道应力计算必须考虑实际运行工况。单元体积为实际尺寸，重力荷载为单元密度、重力加速度和体积三者之积，正向为竖直向下。
2 管道有关参数
文章根据国内某大型铝加工厂热力站高温高压蒸汽管道作为研究对象，采用AutoPSA软件进行管道应力分析，确定了蒸汽管道的材质、规格、介质常数等。管道安装温度为20℃，管材为20号钢，计算压力为1.1MPa，计算温度为350℃，管道型号有两种：D480×12mm和D530×14mm，其余参数可查相关书籍。
3 计算模型
3.1 模型的建立和单元划分
3.1.1 单元模型
模拟计算管道时采用空间梁管单元力学模型，能够求得梁的六个内力分量，可以进一步计算局部管道。管道单元的划分节点主要选取在管系的危险点处，根据管道实际尺寸建立计算模型，将管道的节点编号和位置标注在管线图中。文章研究的对象为实际工程中的高温高压蒸汽管道，管道轴测图和模型图详见图1和图2。
3.1.2 管道附件的简化
（1）阀门和法兰
对管道中的阀门、法兰采用简化处理，根据实际情况将阀门、法兰简化成相应直径的管道，并附加相应的集中荷载。
（2）弯头
采用分段模拟的方法对计算管道中的弯头、三通、变径管进行局部细分，将微小段近似看成直线段进行模拟，以此实现足够精度的要求。
图2 蒸汽管道模型
3.2 边界条件的确定
为充分体现管道实际的运行状况和走向，并根据实际情况在不同部位采用了滑动支架、弹簧支吊架和固定支架等三种情况。固定支架处三个方向的转角和位移均受到约束，设为0。滑动支架处约束方向与管道轴线垂直向下设定为0，其余方向及三个转角不受约束。弹簧支吊架产生支撑方向的位移，其余方向及转角不受约束。在AutoPSA中，表达位移和转角的分别为X、Y、Z、RX、RY、RZ。
4 管道应力计算结果分析
4.1 管道应力判定
根据《火力发电厂汽水管道应力计算计算规定》（SDGJ6-2006）和《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T5054-1996）的规定，管道应力计算满足以下条件：
一次应力：
二次应力：
式中[？啄]t-设计温度t下的基本许用应力；[？啄]20-20℃的基本许用应力。
4.2 管道模拟计算结果
AutoPSA计算结果给出了管道中各节点、起点、终点、危险点处的应力计算值，管端推力和冷（热）推力，管道中出现的各种支架的冷位移、热位移、安装荷载、工作荷载和弹簧支架的弹簧型号。从计算结果中可以看出蒸汽管道的位移及应力等分布情况，其中管道最大应力及对应的节点号见表1。
从表1中可以看出，管道最大应力处主要出现在管道弯头、变径管及固定支架处，管道最大应力处均小于管材在工作温度下的许用应力。根据应力判定方法，满足相应规范对应力的要求。蒸汽管道根据实际情况设置了固定支架、滑动支架和弹簧支吊架，AutoPSA计算出了各支吊架承受的荷载和位移，详见表2。
从表中可以看出，滑动支架没有冷位移，只有热位移且安装荷重和工作荷重数值、方向上均相同；弹簧支吊架不仅有冷、热位移，安装荷重和工作荷重在数值上并不相同，在实际工程中，建设单位可以根据AutoPSA软件计算出的数据选择弹簧支吊架的型号。
5 结束语
5.1 在实际工程中可以现场实际测量计算管道尺寸来建立计算模型和设置边界条件，提高软件计算结果的可靠性和准确性。
5.2 AutoPSA软件模拟计算蒸汽管道各处应力，给出了在管段中最大应力点，并根据相关规范判定了最大应力点处的安全性。
5.3 AutoPSA软件对计算管段中出现的滑动支架、固定支架和弹簧支吊架给出了安装荷重、工作荷重和位移，在实际工程中为支架的选型提供了准确的参数，解决了实际问题。
参考文献
[1]杨铁成，胡明东，倪向贵.高温高压工艺管道应力分析计算[J].压力容器，2005（6）.
[2]赵艳艳.基于ANSYS的高温高压复合材料管道的应力分析[J].科技信息，2010（22）.
[3]周小兵，蔡晓峰，阳东升，等.弹簧支吊架在管道布置和应力分析中的相关注意事项[J].化肥设计，2010（6）：29-31.
[4]唐永进.压力管道应力分析的内容及特点[J].石油化工设计，2008（2）：20-24.
[5]王兵.热电站中压中温蒸汽管道应力的分析[J].江苏冶金，2004，32（1）.
摘 要：采用AutoPSA软件对国内某大型铝加工厂热力站中的高温高压蒸汽管道实际运行状况进行应力计算及分析，建立了有限元计算模型，研究了管道在自重、内压和其他荷载下的一次应力和二次应力，判定了管道的安全性和合理性，设备能否承受管道的推力和力矩；计算出管段中出现的支吊架的相关参数，为实际工程中选择支吊架的形式和型号提供了依据。
关键词：有限元；压力管道；应力分析
在当今工程设计中，对热力管道进行应力分析是必不可少的工作。AutoPSA采用成熟可靠的有限元算法分析管道系统，提高了计算精度，采用微软工业化开发计算VC++6.0，以大量的MFC类库编程提高开发效率、运行速度和稳定性。文章采用AutoPSA软件对实例工程中高温高压蒸汽管道进行了应力分析，研究了管道的一次应力和二次应力，判断了管道在高温高压工况下的经济性、安全性和合理性，以及管道的由于变形等产生的推力和力矩对设备的影响。
1 管道荷载的确定
1.1 荷载分类
管道承受的荷载可分为以下几类：
（1）压力荷载；（2）端点和热胀位移；（3）持续外载；（4）偶然荷载。
1.2 荷载工况
管道应力计算必须考虑实际运行工况。单元体积为实际尺寸，重力荷载为单元密度、重力加速度和体积三者之积，正向为竖直向下。
2 管道有关参数
文章根据国内某大型铝加工厂热力站高温高压蒸汽管道作为研究对象，采用AutoPSA软件进行管道应力分析，确定了蒸汽管道的材质、规格、介质常数等。管道安装温度为20℃，管材为20号钢，计算压力为1.1MPa，计算温度为350℃，管道型号有两种：D480×12mm和D530×14mm，其余参数可查相关书籍。
3 计算模型
3.1 模型的建立和单元划分
3.1.1 单元模型
模拟计算管道时采用空间梁管单元力学模型，能够求得梁的六个内力分量，可以进一步计算局部管道。管道单元的划分节点主要选取在管系的危险点处，根据管道实际尺寸建立计算模型，将管道的节点编号和位置标注在管线图中。文章研究的对象为实际工程中的高温高压蒸汽管道，管道轴测图和模型图详见图1和图2。
3.1.2 管道附件的简化
（1）阀门和法兰
对管道中的阀门、法兰采用简化处理，根据实际情况将阀门、法兰简化成相应直径的管道，并附加相应的集中荷载。
（2）弯头
采用分段模拟的方法对计算管道中的弯头、三通、变径管进行局部细分，将微小段近似看成直线段进行模拟，以此实现足够精度的要求。
图2 蒸汽管道模型
3.2 边界条件的确定
为充分体现管道实际的运行状况和走向，并根据实际情况在不同部位采用了滑动支架、弹簧支吊架和固定支架等三种情况。固定支架处三个方向的转角和位移均受到约束，设为0。滑动支架处约束方向与管道轴线垂直向下设定为0，其余方向及三个转角不受约束。弹簧支吊架产生支撑方向的位移，其余方向及转角不受约束。在AutoPSA中，表达位移和转角的分别为X、Y、Z、RX、RY、RZ。
4 管道应力计算结果分析
4.1 管道应力判定
根据《火力发电厂汽水管道应力计算计算规定》（SDGJ6-2006）和《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（DL/T5054-1996）的规定，管道应力计算满足以下条件：
一次应力：
二次应力：
式中[？啄]t-设计温度t下的基本许用应力；[？啄]20-20℃的基本许用应力。
4.2 管道模拟计算结果
AutoPSA计算结果给出了管道中各节点、起点、终点、危险点处的应力计算值，管端推力和冷（热）推力，管道中出现的各种支架的冷位移、热位移、安装荷载、工作荷载和弹簧支架的弹簧型号。从计算结果中可以看出蒸汽管道的位移及应力等分布情况，其中管道最大应力及对应的节点号见表1。
从表1中可以看出，管道最大应力处主要出现在管道弯头、变径管及固定支架处，管道最大应力处均小于管材在工作温度下的许用应力。根据应力判定方法，满足相应规范对应力的要求。蒸汽管道根据实际情况设置了固定支架、滑动支架和弹簧支吊架，AutoPSA计算出了各支吊架承受的荷载和位移，详见表2。
从表中可以看出，滑动支架没有冷位移，只有热位移且安装荷重和工作荷重数值、方向上均相同；弹簧支吊架不仅有冷、热位移，安装荷重和工作荷重在数值上并不相同，在实际工程中，建设单位可以根据AutoPSA软件计算出的数据选择弹簧支吊架的型号。
5 结束语
5.1 在实际工程中可以现场实际测量计算管道尺寸来建立计算模型和设置边界条件，提高软件计算结果的可靠性和准确性。
5.2 AutoPSA软件模拟计算蒸汽管道各处应力，给出了在管段中最大应力点，并根据相关规范判定了最大应力点处的安全性。
5.3 AutoPSA软件对计算管段中出现的滑动支架、固定支架和弹簧支吊架给出了安装荷重、工作荷重和位移，在实际工程中为支架的选型提供了准确的参数，解决了实际问题。
参考文献
[1]杨铁成，胡明东，倪向贵.高温高压工艺管道应力分析计算[J].压力容器，2005（6）.
[2]赵艳艳.基于ANSYS的高温高压复合材料管道的应力分析[J].科技信息，2010（22）.
[3]周小兵，蔡晓峰，阳东升，等.弹簧支吊架在管道布置和应力分析中的相关注意事项[J].化肥设计，2010（6）：29-31.
[4]唐永进.压力管道应力分析的内容及特点[J].石油化工设计，2008（2）：20-24.
[5]王兵.热电站中压中温蒸汽管道应力的分析[J].江苏冶金，2004，32（1）.
