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    高溫高壓管道彎頭塑性極限分析

    2018-07-21   來源:   點擊數:39次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港內部報道:CAESAR整體應力分析的目的由于該多段分級轉化流化床煤氣化中試裝置是在原加壓灰熔聚流化床粉煤氣化中試平臺的基礎上進行改造,在所調研雨水管道中,沉積厚度大的管道較少(沉積厚度占管徑的比例>50%的管道占4.16%),館值值均大小平M ss/tt熔砥底除沉積量極少的管道外,41.67%的管道內沉積物厚度占管徑的10%~30%.由此可見,城市雨水管道中普遍存在不同程度的沉積現象,將不同程度地影響雨水管道的過流能力。重要的是,即使管道沉積程度較小,降雨徑流對沉積物沖刷造成的污染仍對徑流受納水體存在威脅。
      
      經分析,本研究調研范圍內各匯水功能區域分布較為相似,各匯水區域綜合徑流系數可近似認為相同,且通過對區域內排水管道分布圖的統計分析,該區域內排水管道坡度均為0.2%~0.3%左右,故認為調研的相同管徑管道所對應的匯水面積近似相同。比較調研區域內各功能區DN300、DN400、DN500管道內的沉積狀況,結果見。其中管徑>DN500的管道在調研各功能區分布較少,故不予比較。此外,由于交通影響、少數管道廢棄等原因,在校園和商務區未能取得DN500和DN300管徑匯流管道內沉積物的沉積狀況。
      
      中國鋼管信息港內部報道:從可以看出,各不同功能區管道的沉積情況大致為:舊居民區>商業區>新建小區>校園>商務區。一般舊居民區內排水管道系統相對陳舊,維護較少,生活垃圾管理相對落后,雨水口沉積顆粒物較多。此外,舊居民區內路面等基礎設施的維護和翻修工程較多,也會增大進入排水管道顆粒物的總量。商業區的極大人流量使其產生的垃圾總量大,且規范管理難度大,因此這些區域的排水管道中沉積物量明顯高于其他區域。而新建小區、校園、商務區則基礎衛生設施較好,垃圾管理相對完善,排水管道中沉積物量相對較少。因此,要實現城市雨水管道中沉積物的有效控制,對匯水區域尤其是衛生條件較差區域內環境的有效管理至關重要,需重點加強區域內建筑垃圾的管理及雨水口的及時清理。受原平臺空間限制,設備和管道布置緊湊,利用CAESAR管道應力分析軟件對中試裝置核心部分進行整體建模,可分析計算其在內壓和各種載荷作用下的應力分布情況;分析比較管系在各種布置方案下的應力水平,為選擇最佳方案提供依據;計算管道對各設備管口的管道載荷,為設備設計提供外載;計算彈簧支吊架的載荷和位移,確定彈簧支吊架型號。
      
      2三種方案的比較分析由于各設備布置緊湊,如何配管使管道既能滿足工藝要求,又能使管道在各種工況下滿足應力強度條件是最困難的問題,為此配管工程師提出了三重集團大連設計研究院有限公司助理工程師,遼寧大連116600重集團大連設計研究院有限公司高級工程師,遼寧大連116600 1一第三旋風分離器;2―管道三;3―管道二;4一管道i;5―第―旋風分離器;6―一旋支座;7―一料腿返回管道;8―三旋支座;9一第二旋風分離器;10―二旋支座;11一二料腿返回管道;12―氣化爐固定支座;13―管道四;14一廢熱鍋爐;15―固定支座。
      
      氣化爐、旋風分離器、廢鍋鍋爐及附屬管道整體結構示意圖種配管方案。
      
      2.1方案:固定支座加膨脹節氣化爐和三個旋風分離器都由固定支座支撐在鋼結構框架上,在三級旋風分離器到廢熱鍋爐的長管道上加膨脹節,以吸收由熱脹引起的變形量,從而降低管道應力。
      
      該方案的優點是結構簡單,安裝方便。但因膨脹節每隔一段時間就必須更換,所以不利于維護,且由于管道內壁需敷設耐火及保溫層材料,膨脹節在管系的變形協調中會受拉壓作用而發生彎曲,導致內壁的耐火材料被破壞,高溫介質將直接與金屬管道接觸,致使管道許用應力降低,最終破壞管道。
      
      2.2方案二:固定支座加n形彎管氣化爐和三個旋風分離器固支在鋼結構框架上,在第三旋風分離器到廢熱鍋爐的長管道中加入n形彎管,用彎管來吸收熱脹引起的變形量,降低管道應力。
      
      該方案同樣結構簡單,安裝方便,但由于受原框架空間限制,n形彎管將超出框架并和框架橫梁干涉,因此該方案雖然能滿足工藝和應力強度條件,但卻無法在中試裝置中實現。
      
      2.3方案三:旋風分離器用彈簧支座在該方案中氣化爐和廢熱鍋爐用固定支座支撐在鋼結構框架上,三個旋風分離器改用彈簧支座支撐,用彈簧支座的變形來吸收熱脹量,降低管道應力見。
      
      1一第三旋風分離器;2―彈簧支座;3―三旋至廢鍋管道;4一廢熱鍋爐;5―固定支座。
      
      方案三:旋風分離器改用彈簧支座結構示意圖該方案雖然結構上較前兩個方案復雜,但占用空間小,可以安裝在原框架結構上,經過計算后管道應力又能滿足應力強度條件,因此該方案切實可行,某公司開發的多段分級轉化流化床煤氣化中試裝置正是采用了該種方案。
      
      3CAESAR應力分析計算3.1管道載荷的確立1計算壓力及計算溫度氣化爐的操作壓力為3.0MPa,氣化爐內部的操作溫度約為1200丈,但因設備和管道內壁都敷設有耐火材料,所以管線的計算壓力為3.0MPa,計算溫度為150丈。
      
      在CAESAR中用考慮了保溫層和風向角的管道的暴露面積乘以等效風壓和管道的形狀系數來得到風載荷,用戶一般可以用三種方法來計算等效風壓。第一種用ASCE7-2005規范進行計算,第二種用風壓和高度關系表進行計算,第三種用風速和高度關系表進行計算。單元上總的風力計算公式:在本項目中由于試驗基地的風壓隨高度的變化關系已經測得見,故使用第二種方法計算風壓和單元所受的風力,風形系數取0.6.某基地風壓隨高度變化關系表CAESAR軟件對地震載荷可采用靜態計算和動態計算兩種分析方法,施加靜態地震載荷的方法與風載荷類似,地震載荷的大小與單元重量成正比。本項目采用靜態計算方法,地震加速度取0.2g. 3.2載荷組合工況及計算在CAESAR中利用工況代數組合可以將基本載荷工況進行組合,形成各種組合工況。
      
      正常載荷工況應考慮自重W、位移、溫度T、壓力P和彈簧附加力H等載荷分量,并由這些載荷分量組合出彈簧工況HgR,操作工況(OPE、持續工況SuS,并根據操作工況和持續工況組合出膨脹工況Exp.偶然載荷包括風載荷和地震載荷,按照ASMEB31.3的規定,風載荷和地震載荷不考慮疊加,分別與正常運行載荷單獨組合。
      
      風載荷工況除了自重碟、位移D、溫度T、壓力P、彈簧附加力0等載荷分量外,還包括風載分量,本項目中風載方向由風玫瑰圖中比例最高的方向確定。
      
      地震載荷工況除了自重碟、位移D、溫度T、壓力P、彈簧附加力0等載荷分量外,還包括X、Y、Z三向地震分量。
      
      CAESAR提供的基本工況為持續工況SuS、操作工況OpE、熱脹工況Exp和偶然工況(OC0,用戶可利用這些基本工況組合出所需的各種工況,以校核次應力和二次應力,計算管道上各約束在不同工況下的受力和位移等,具有極高的靈活性,為用戶提供了很大的方便。
      
      通過上述工況組合計算后,從CAESAR輸出文件中可以得到該中試裝置在各個工況下的應力分布、端點位移和約束載荷,通過計算彈簧支座的載荷和位移,確定了彈簧支座型號見表I,從結果文件可以判斷,方案三的管道布置是合理的,既滿足工藝要求,又滿足應力強度條件。中國鋼管信息港內部報道
      
      
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