压力管道应力分析计算软件在工程设计中应用的探讨

压力管道应力分析计算软件在工程设计中应用的探讨

摘要：随着新工艺和新设备的出现，发电、化工、海洋、石油、市政等领域，

管道的压力、温度、管径和壁厚不断加大，敷设的方式也越来越复杂。传统手工

进行管道应力分析的计算已不能满足实际的需要，各设计和研究单位借助专门的

管道应力分析软件进行计算已成为常态。

关键词：压力管道；应力分析；计算软件；工程应用

导言

上世纪60年代以来，随着发电、化工、市政等领域新工艺和新设备的不断出现，管道的压力、温度提高，管径和壁厚不断加大，管道应力分析也受到越来越

多的重视。由于计算机的不断普及，国际上出现了一批管道应力分析专用计算机

程序。国内虽然也出现了一些自行编制的管道应力分析程序但大多应用于少数特

定领域，与国外软件相比较，软件功能、开发完善、标准规范、技术支持等方面，还存在一定差距，实际使用中，大多数设计单位还是使用国外成熟的管道应力分

析软件。

1 管道应力分析的原则

管道应力分析主要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。

2 压力管道应力分析的内容和目的

2.1管道应力分析的内容

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；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；3）管道对设备作

用力的计算；4）管道支吊架的受力计算；5）管道上法兰的受力计算。

动力分析包括：l）管道自振频率分析；2）管道强迫振动响应分析；3）往复

压缩机（泵）气（液）柱频率分析；4）往复压缩机（泵）压力脉动分析。

2.2 管道应力分析的目的

管道应力分析的目的：1）使管道和管件内的应力不超过许用应力值2）使与

管系相连的设备的管口荷载在制造商或规范规定的许用范围内；3）使与管系相

连的设备管口的局部应力在规定的允许范围内；4）计算管系的支架和约束的设

计荷载；5）进行操作工况碰撞检查而确定管子的位移量；6）优化管系设计。

3 工程设计中常用的压力管道应力分析软件

目前各大设计单位对压力管道应力分析计算基本采用计算机，但采用的软件

各院不尽相同，计算软件的开发品种较多。在压力管道计算方面采用软件情况：

化工、医药、机械行业设计采用美国的CAESAR II，AutoPipe较多，市政热水、蒸

汽及石油输送管道常用sisKMR、START软件。国内自主开发的软件有RJCAD热力

工程设计软件，主要用于热力管网的计算。

3.1.CAESAR II管道应力分析软件

CAESAR II软件历史久远，功能强大，包含动态和静态管道应力分析，在化工，石油，海洋工程方面有很多应用，在国内电力行业也有很多成功应用。

CAESARII可进行管系在承受自重、压力载荷、热载荷、地震载荷等静态载荷，和水锤、蒸汽锤以及安全阀泄放等动态载荷下的应力分析。软件的功能特点如下：