当前位置:文档下载 > 所有分类 > 浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析
侵权投诉

浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析

78

CPCI 中国石油和化工

化工设计

浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析

耿云飞 姜黎明 丁春春

(江苏中圣高科技产业有限公司)

摘 要:管道柔性设计是指在管道的设计过程中考虑管道的柔性,柔性管道能够有效避免管道因热胀冷缩、端点附加位移及管道支撑不当设置引起的管道受力超限,同时可以防止管道与相连的离心泵之前因过大变形而产生的应力超限,保证管道及相应设备的正常运转。本文首先介绍了管道柔性设计的目的和方法,提出了控制离心泵嘴管道应力的具体措施,为工程实践提供参考。

关键词:管道柔性设计 推力和力矩 正常运行

引言

随着我国石油化工产业的飞速发展,工厂中需要输运的物料越来越多。离心泵是我国工业领域最重要的输运设备之一,工厂中的物料介质有冷态和热态也有气态或固态,离心泵管道常被应用在工业中输送液体物料。设计管道时应当做到技术先进,经济合理,安装方便,同时还必须保证具有足够的安全度,对离心泵管道进行设计时应当首先遵守柔性设计准则。另一方面,对管道进行应力分析时管道设计的基础,通过合理的应力计算,可对管道进行完整的强度与安全评估。管道中的应力是由于管道承受外部荷载、内部液体压力或者热胀冷缩引起,管道在这些状态下的工作应力是非常复杂的,因此有必要对管道进行完整的应力分析和安全评估。

1 管道柔性设计的目的

对管道结构进行柔性设计的主要目标是在设计条件下,增大管道柔性。首先,避免管道受热膨胀或遇冷收缩使管道变形应力过大,导致管道破坏;其次,管道在端部连接处可能因附加位移而断开并产生泄漏;其次,防止因管道支撑设置不当使管道推力和力矩过大,从而对与管道连接的设备造成影响;最后,防止管道推力或力矩值超限,破坏管道的支吊架。

2 管道柔性设计的一般方法

管道设计过程中,改变管道走向、增设波纹管膨胀节或者选用弹簧支吊架的方法可以用来增加管道的柔性。若条件允许,增加管道柔性的首要方法应考虑改变管道的走向或选取合适的弹簧支吊架。若两根相交管道的固定点位于相同位置时,可以增加管道的相应长度或者增设更多的弯头来提高管道的柔性。另一方面,若管道的刚度在其中一个方向过大时,应当相应的增加垂直方向的管道长度,使管道在该方向硬度不会太高;当管道在垂直方向由于硬质支吊架约束变形而应力过大时,可以将支吊架换为弹簧支吊架,为垂直方向留出足够的变形位移,适当减小约束效果,从而增加管道的柔性。

3 减小离心泵泵嘴受力的管道柔性设计

针对离心泵管道的设计应当注意,管道出口处必须拥有较高的柔性,以减小管道作用于管口处的力和力矩。在支架设置方面,一般来讲应注意以下几个方面的问题:第一,应该在阀门附近设置支吊架,避免阀门重量作用于泵管口处;第二,靠近泵管口处的支吊架如存在垂直位移,应考虑选用弹簧支吊架,使热态时支吊架不会脱空,仍能承受管道载荷;第三,在管系中的对称位置附近设置限位或导向支架,避免远端管口的水平推力作用于泵管口处;第四,若离心泵的管道出口竖直向上,则应当在泵口近处的拐弯道设置支架,同时在泵嘴上最近的拐弯处设置吊架;第五,大型机泵高温管道出口处设置支架,同时减小泵嘴和约束点之间的相对热伸缩量,从而能够有效降低高温应力影响;第六,设置管道支架时需要注意缩短支架的距离,以防止往复泵道的脉动影响,避免采用吊架;第七,泵管道在常温工作时,可以在距离泵嘴最近的位置增设固定支

架或者导向支架;第八,未经泵制造厂许可,不得在泵底座上安装支架。

对于离心泵管道,应当慎重选用膨胀节补偿,除非工艺流程中特别强调要求使用金属波纹管的膨胀节,膨胀节的选用还应该遵循一下条件:第一,当设备间距太小,采用直接管系相连无法满足柔性需求时,可以考虑增设膨胀节;第二,设计管道时,为了达到最小压降要求时;第三,泵口的压力不能通过自然补偿来减小;第四,自然补偿比膨胀节补偿的投入更高时。

4 离心泵管道应力分析的一般要求

4.1 泵属回转机械,过大的外力会造成变形、振动和噪声,甚至毁坏设备,因此泵管道应力分析至关重要。

4.2 离心泵管道应力分析遵循四条原则:首先,确保应力分析后的泵嘴外力不超过泵的受力极限;其次,应力分析后对管道提出的改造要求必须符合制造工艺;再次,泵嘴受力满足要求后,宜采用布置便捷合理的管道布置方式,尽量减少弯头的数量;最后,管道的布置应当方便管道后期安装和检修。

5 泵嘴的受力验算准则

5.1 离心泵管嘴受力不应超过制造厂提供的允许值;

5.2 在制造厂没有提供允许受力值的情况下,可套用美国石油学会标准API610中有关离心泵管嘴受力的规定,参照相关限值进行设计。

神华集团煤直接液化项目含盐污水处理单元中E-2蒸馏液泵用的就是PAC 型离心泵,泵进口管线与蒸馏罐相连,管道参数:操作温度120℃,操作压力400KPa ,介质为浓盐水,管线材质为A312-TP316L ,根据配管设计人员提供的配管图用CAESAR II 软件进行模拟, 我们可以发现,离心泵管嘴实际受力超过了厂家提供的允许值。在设备管口校核中尤其是动设备是不允许的,离心泵管嘴推力和力矩过大,将使其产生过大的应力和变形,影响其正常运行。

6 结束语

与管道相连的动设备往往都有很严格的受力限制,它们所允许的力和力矩应遵照相应的规范,在满足许用应力的条件下解决由热膨胀引起的管嘴受力过大,最好是用自然补偿,它是利用管道自然的弯曲形状所具有的柔性来补偿自身的热胀。总之,管道柔性设计应当满足的标准为:首先,确保管道中所有点的一次应力和二次应力不超过规范规定的需用应力值;其次,分析管道管口对设备的推力和力矩,并控制在允许范围内;最后,管道的最大位移能必须满足管道布置的相关要求。

参考文献:

[1]SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》;[2]GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》

[3]江浩. 离心泵管道应力浅析[J]. 化工设计通讯, 2014(6): 84-87

第1页

免费下载Word文档免费下载:浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析

(下载1-1页,共1页)

我要评论

TOP相关主题

返回顶部