CAESAR应用介绍.doc

　 　 CAESAR II是 COADE公 司 (已 被 INTERGRAPH 公 司 并 购 )的 一 款 优 秀 管 道 应 力 分 析 软 件 编 辑 本 段 1． 管 道 应 力 分 析 的 原 则管 道 应 力 分 析 应 保 证 管 道 在 设 计 条 件 下 具 有 足 够 的 柔 性 ， 防 止 管 道 因 热 胀 冷缩 、 管 道 支 承 或 端 点 附 加 位 移 造 成 应 力 问 题 编 辑 本 段 2． 管 道 应 力 分 析 的 主 要 内 容管 道 应 力 分 析 分 为 静 力 分 析 和 动 力 分 析 静 力 分 析 包 括 ： 1） 压 力 荷 载 和 持 续 荷 载 作 用 下 的 一 次 应 力 计 算 ——防 止 塑 性 变 形 破 坏 ； 2） 管 道 热 胀 冷 缩 以 及 端 点 附 加 位 移 等 位 移 荷 载 作 用 下 的 二 次 应 力 计 算 ——防 止 疲 劳 破 坏 ； 3） 管 道 对 设 备 作 用 力 的 计 算 ——防 止 作 用 力 太 大 ， 保 证 设 备 正 常 运 行 ； 4） 管 道 支 吊 架 的 受 力 计 算 ——为 支 吊 架 设 计 提 供 依 据 ； 5） 管 道 上 法 兰 的 受 力 计 算 ——防 止 法 兰 汇 漏 。

动 力 分 析 包 括 ： l） 管 道 自 振 频 率 分 析 ——防 止 管 道 系 统 共 振 ； 2） 管 道 强 迫 振 动 响 应 分 析 ——控 制 管 道 振 动 及 应 力 ； 3） 往 复 压 缩 机 （ 泵 ） 气 （ 液 ） 柱 频 率 分 析 ——防 止 气 柱 共 振 ； 4） 往 复 压 缩 机 （ 泵 ） 压 力 脉 动 分 析 ——控 制 压 力 脉 动 值 编 辑 本 段 3． 管 道 上 可 能 承 受 的 荷 载（ 1） 重 力 荷 载 ： 包 括 管 道 自 重 、 保 温 重 、 介 质 重 和 积 雪 重 等 ； （ 2） 压 力 荷 载 ： 压 力 载 荷 包 括 内 压 力 和 外 压 力 ； （ 3） 位 移 荷 载 ： 位 移 载 荷 包 括 管 道 热 胀 冷 缩 位 移 、 端 点 附 加 位 移 、 支 承 沉降 等 ； （ 4） 风 荷 载 ； （ 5） 地 震 荷 载 ； （ 6） 瞬 变 流 冲 击 荷 载 ： 如 安 全 阀 启 跳 或 阀 门 的 快 速 启 闭 时 的 压 力 冲 击 ： （ 7） 两 相 流 脉 动 荷 载 ； （ 8） 压 力 脉 动 荷 载 ： 如 往 复 压 缩 机 往 复 运 动 所 产 生 的 压 力 脉 动 ； （ 9） 机 械 振 动 荷 载 ： 如 回 转 设 备 的 振 动 。

编 辑 本 段 4． 管 道 应 力 分 析 的 目 的　 　 1） 为 了 使 管 道 和 管 件 内 的 应 力 不 超 过 许 用 应 力 值 ； 2） 为 了 使 与 管 系 相 连 的 设 备 的 管 日 荷 载 在 制 造 商 或 国 际 规 范 （ 如 NEMA SM-23、 API-610、 API-6 17等 ） 规 定 的 许 用 范 围 内 ； 3） 为 了 使 与 管 系 相 连 的 设 备 管 口 的 局 部 应 力 在 ASME Vlll的 允 许 范 围 内 ； 4） 为 了 计 算 管 系 中 支 架 和 约 束 的 设 计 荷 载 ； 5） 为 了 进 行 操 作 工 况 碰 撞 检 查 而 确 定 管 于 的 位 移 ； 6） 为 了 优 化 管 系 设 计 编 辑 本 段 5． 管 道 柔 性 设 计 方 法 的 确 定一 般 说 来 ， 下 述 管 系 必 须 利 用 应 力 分 析 软 件 （ 如 CAESAR II） 通 过 计 算 机 进 行 计 算 及 分 析 1） 与 贮 罐 相 连 的 ， 公 称 管 径 12”及 以 上 且 设 计 温 度 在 100度 及 上 的 管 线 ； 2） 离 心 式 压 缩 机 （ API 617） 及 往 复 式 压 缩 机 （ API 618） 的 3”及 以 上 的 进 、 出 口 管 线 ： 3） 蒸 汽 透 平 （ NAME SM23） 的 入 口 、 出 口 和 抽 提 管 线 ； 4） 泵 （ API 610） ——公 称 管 径 4”及 以 上 且 温 度 100度 及 以 上 或 温 度 -20度 及 以 下 的 吸 入 。

排 出 管 线 ； 5） 空 冷 器 （ API 661） ——公 称 管 径 6”及 以 上 且 温 度 120度 及 以 上 的 进 、 出 口 管 线 ； 6） 加 热 炉 （ API 560） ——与 管 口 相 连 的 6”及 以 上 和 温 度 200度 及 以 上 的 管 线 ； 7） 相 当 长 的 直 管 ， 如 界 区 外 的 管 廊 上 的 管 线 ； 8） 法 兰 处 的 泄 漏 会 造 成 重 大 危 险 的 管 线 ， 如 氧 气 管 线 、 环 氧 乙 烷 管 线 等 9） 公 称 管 径 4”及 以 上 且 100度 及 以 上 或 -50度 及 以 下 的 所 有 管 线 ； 编 辑 本 段 6． 摩 擦 系 数 的 确 定除 非 另 有 规 定 ， 在 进 行 管 道 柔 性 分 析 时 摩 擦 系 数 应 作 如 下 考 虑 ： 滑 动 支 架 ： 钢 对 钢 0.3 不 锈 钢 对 聚 四 氟 乙 烯 0.1 聚 四 氟 乙 烯 对 聚 四 氟 乙 烯 0.08 钢 对 混 凝 土 0.6 滚 动 支 架 ： 钢 对 钢 （ 滚 珠 ） 0.3 钢 对 钢 （ 滚 柱 ） 0.3 　 　 注 ： 滚 珠 沿 轴 向 运 动 时 应 采 用 滑 动 摩 擦 系 数 ． 编 辑 本 段 7． 管 道 柔 性 设 计管 道 柔 性 是 反 映 管 道 变 形 难 易 程 度 的 一 个 物 理 概 念 ， 表 示 管 道 通 过 自 身 变 形吸 收 热 胀 、 冷 缩 和 其 它 位 移 变 形 的 能 力 。

进 行 管 道 设 计 时 ， 应 在 保 证 管 道 具 有 足 够 的 柔 性 来 吸 收 位 移 应 变 的 前 提 下 ，使 管 道 的 长 充 尽 可 能 短 或 投 资 尽 可 能 少 在 管 道 柔 性 设 计 中 ， 除 考 虑 管 道 本身 的 热 胀 冷 缩 外 ， 还 应 考 虑 管 道 端 点 的 附 加 位 移 设 计 时 ， 一 般 采 用 下 列 一种 或 几 种 措 施 来 增 加 管 道 的 柔 性 ： （ 1） 改 变 管 道 的 走 向 ； （ 2） 选 用 波 形 补 偿 器 、 套 管 式 补 偿 器 或 球 形 补 偿 器 ； （ 3） 选 用 弹 性 支 吊 架 编 辑 本 段 8． 管 道 柔 性 设 计 的 目 的管 道 柔 性 设 计 的 目 的 是 保 证 管 道 在 设 计 条 件 下 具 有 足 够 的 柔 性 ， 防 止 管 道 回热 胀 冷 缩 、 端 点 附 加 位 移 、 管 道 支 承 设 置 不 当 等 原 因 造 成 下 列 问 题 ； （ 1） 管 道 应 力 过 大 引 起 金 属 疲 劳 和 （ 或 ） 管 道 推 力 过 大 造 成 支 架 破 坏 ； （ 2） 管 道 连 接 处 产 生 泄 漏 ； （ 3） 管 道 推 力 或 力 矩 过 大 ， 使 与 其 相 连 接 的 设 备 产 生 过 大 的 应 力 或 变 形 ，影 响 设 备 正 常 运 行 。

编 辑 本 段 9． 应 进 行 详 细 柔 性 设 计 的 管 道（ 1） 进 出 加 热 炉 及 蒸 汽 发 生 器 的 高 温 管 道 ； （ 2） 进 出 汽 轮 机 的 蒸 汽 管 道 ； （ 3） 进 出 离 心 压 缩 机 ， 透 平 鼓 风 机 的 工 艺 管 道 ； （ 4） 进 出 离 心 分 离 机 的 工 艺 管 道 ； （ 5） 进 出 高 温 反 应 器 的 管 道 ； （ 6） 温 度 超 过 400℃ 的 管 道 ； （ 7） 利 用 图 表 或 其 他 简 化 法 初 步 分 析 后 ， 表 明 需 要 进 一 步 详 细 分 析 的 管 道： （ 8） 与 有 受 力 要 求 的 其 他 设 备 相 连 的 管 道 编 辑 本 段 10． 管 道 柔 性 设 计 计 算 结 果 的 内 容（ 1） 输 入 数 据 ； （ 2） 各 节 点 的 位 移 和 转 角 ； 　 　 （ 3） 各 约 束 点 的 力 和 力 矩 ； （ 4） 各 节 点 的 应 力 ； （ 5） 二 次 应 力 最 大 值 的 节 点 号 、 应 力 值 和 许 用 应 力 范 围 值 ； （ 6） 弹 簧 参 数 表 。

编 辑 本 段 11． 管 道 柔 性 设 计 合 格 的 标 准（ 1） 管 道 上 各 点 的 二 次 应 力 值 应 小 于 许 用 应 力 范 围 ； （ 2） 管 道 对 设 备 管 口 的 推 力 和 力 矩 应 在 允 许 的 范 围 内 ； （ 3） 管 道 的 最 大 位 移 量 应 能 满 足 管 道 布 置 的 要 求 编 辑 本 段 12． 冷 紧 问 题冷 紧 是 指 在 安 装 时 （ 冷 态 ） 使 管 道 产 生 一 个 初 位 移 和 初 应 力 的 一 种 方 法 如 果 热 胀 产 生 的 初 应 力 较 大 时 ， 在 运 行 初 期 ， 初 始 应 力 超 过 材 料 的 屈 服 强 度而 发 生 塑 性 变 形 ， 或 在 高 温 持 续 作 用 下 ， 管 道 上 产 生 应 力 松 弛 或 发 生 蠕 变 现象 ， 在 管 道 重 新 回 到 冷 态 时 ， 则 产 生 反 方 向 的 应 力 ， 这 种 现 象 称 为 自 冷 紧 冷 紧 的 目 的 是 将 管 道 的 热 应 变 一 部 分 集 中 在 冷 态 ， 从 而 降 低 管 道 在 热 态 卜 的热 胀 应 力 和 对 端 点 的 推 力 和 力 矩 ， 也 可 防 止 法 兰 连 接 处 弯 矩 过 大 而 发 生 泄 漏。

但 冷 紧 不 改 变 热 胀 应 力 范 围 冷 紧 比 为 冷 紧 值 与 全 补 偿 量 的 比 值 通 常 应 尽 量 避 免 采 用 冷 紧 ， 在 必 须 采 用 冷 紧 的 情 况 下 ， 要 遵 循 下 列 原 则 ： ● 为 了 降 低 管 道 运 行 初 期 在 工 作 状 态 下 的 应 力 和 管 道 对 连 接 设 备 或 固 定 点 的 推力 、 力 矩 以 及 位 移 量 ， 可 以 采 用 冷 紧 ， 但 冷 紧 不 能 降 低 管 道 的 应 力 范 围 ； ● 对 于 材 料 在 蠕 变 条 件 下 （ 碳 钢 380度 以 上 ， 低 合 金 钢 和 高 铬 钢 420度 以 上 ） 工作 的 管 道 进 行 冷 紧 时 ， 冷 紧 比 （ 亦 即 冷 紧 值 与 全 补 偿 量 的 比 值 ） 应 不 小 于 0.7 对 于 材 料在 非 蠕 变 条 件 下 工 作 的 管 道 ， 冷 紧 比 它 取 0.5 对 冷 紧 有 效 系 数 ， 热 态 取 2/3， 冷 态 取 1 ● 对 连 接 转 动 设 备 的 管 道 ， 不 宜 采 用 冷 紧 。

● 与 敏 感 设 备 相 连 的 管 道 不 宜 采 。