表面铺设管道的应力分析

表面铺设了管道,顾名思义,是管道上铺设在松散的沙漠沙的表面上而没有任何约束。与其他无拘无束的管道不同,这些无拘无束的管道不具有管道支持来抑制位移,因此在分析这种线路时实现了不同的方法和技术。

本文的目的是说明使用CAESAR II模拟和分析表面铺设管道的方法,以及在应力分析期间进行的考虑因素。

管道的表面铺设由客户选择以进行成本效益。它节省了施工成本,维护成本和运营成本在很大程度上。

表面铺设管道的网站

表面铺设的管道基本上选择了沙漠场地,管道从井口铺设在走廊上,从而达到聚集设施。

在地面上方铺设管道

上表面铺设管道(图1)应以一种方式布线,使得由于热膨胀和/或收缩,内部压力和其他设计内部或外部载荷的影响而不会发生在管道上的过度运动。地上管道的轴向和横向膨胀应尽可能限制。膨胀环旨在适应基于地下管道的凯撒II应力分析建议的轴向运动。

上面的管道应在CAESAR II软件中为“无拘无束”,应使用ASME B31.4 / B31.8代码计算进行分析。

不受支持的表面铺设管道应以无限制的管道安装&应遵循自然高度

图。参照图1和图2.图2示出了典型的站点图像,解释了表面铺设的管道看起来的样子。

沙漠地区的典型表面铺设管道
图1:沙漠地区的典型表面铺设管道

相当点 对于表面铺设的管道

在设计表面铺设的管道时,必须考虑下面提到的积分。

  1. 热弯的墙壁变薄
  2. 道路交叉口的墙壁厚度
  3. 弹性和冷场弯曲的最小半径
  4. 纵向应力,锚固力和自由端膨胀计算
  5. 等效/纵向应力计算
  6. 臀部屈曲
  7. 稳定
表面铺设的网站照片
图2:表面铺设管道的网站照片
  1. 热弯的墙壁变薄:

用于弯曲热弯的过程导致管壁厚度的一些变薄。作为壁厚百分比的这种变薄的指示可以通过BS 8010-2.8帕拉2.8.3.9中所述的经验公式来确定

n=内部弯曲半径除以管径

2.道路交叉处的墙壁厚度:

该计算确定了道路交叉处所需的最小壁厚,以承受正常车载载荷。该计算将基于API RP 1102中使用的方法。

3.弹性和冷场弯曲的最小半径:

对于液体线,根据ASME B31.4条款404.2.2的要求确定冷场弯曲的最小曲率半径,以确保弯曲不会过度回收。对于气体管线,根据ASME B31.8表841.2.3-1的要求确定冷场弯曲的最小曲率半径,以确保弯曲不会过度回收。

4.纵向应力,锚固力和自由端膨胀计算

该计算的目的是根据安装温度和操作压力之间的差异,确定在受限制/无拘束管道中引起的纵向应力,并且还可以计算潜在的锚固力;自由端扩展和虚拟锚长。

ASME B31.8表示膨胀应力,纵向压力和施加弯曲应力的总和不得超过材料的90%指定的最小屈服强度。此外,纵向压力和施加的弯曲应力不得超过气体管道的75%。

5.等效/纵向应力计算:

ASME B31.4使用称为等效拉伸应力的术语,以控制液体管道中的组合应力。等效拉伸应力等于箍应力的总和和施加在管道上的纵向应力。等效拉伸应力的极限设定为90%的Smiss。

6.膨胀屈曲:

可以进行动荡屈曲计算以确保纵向力不足以迫使管道从地面推出。将使用OTC 6335中描述的方法计算所需的下班 - 潜艇管道的设计抵抗膨胀屈曲,1990。所需的下班依赖于轴向力,该力在热膨胀计算片中计算。

7.稳定性:

用于通过水道测定管道垂直稳定性的方法是计算管道的总重量,并将其与外部流体(水)的重量进行比较它。为了使管道被认为是稳定的,管道重量必须大于流离失所的水重量的10%

压力分析过程中的主要观点

  1. 在应力分析期间,分析师应检查系统中的最大横向偏转,以确保相邻的流线在考虑规范中提到的流线之间的间距时,相邻的流线不会相互交叉。

2.应采用设计来增加灵活性,通过在路线上引入偏移/扩展环,而线路的横向偏转应在限制范围内,以便线条组不会干扰相邻线。

凯撒二 建模程序

用于建模表面铺设的方法是棘手棘手且乏味的,因此必须在凯撒II中建模的同时进行适当的小心。由于整个系统没有约束,因此略有错误可能会产生不当的结果。

以下是 基本方法论 用于建模表面铺设流线。

由于管道表面铺设(道路/轨道/轨道/其他管道交叉除外),由于连续支撑,CAESAR II(或任何其他此类软件)在CAESAR II(或任何其他此类软件)中不可用的直接方法(相当于通过管道路线的天然土壤说出无限数量的支持。因此,通过离散的土壤弹簧照顾连续的土壤支撑件,并且还通过在不超过5d的距离处选择这种紧密的弹簧(即5 * 219.1 = 1095.5mm,作为8“)。支撑间距应采用最近的圆形图(例如每1000毫米的例子),使用垂直方向上的近似刚度,并且使用0.5的摩擦值(而且与这种建模的位置变化)。

通过COADE(CAESAR II的显影剂)推荐了这种建模方法。

图3:表面铺设管道建模

寻找土壤支撑刚度的凯撒II程序如下所示:

应使用实际设计数据创建管道的小压力模型。小型模型可以是25个节点,每个节点在线的5D距离间隔开。该型号应使用CaESARII®的埋设建模仪埋入,假设土壤深度为管道直径的一半,并使用典型的土壤设计参数。埋地转换后,该程序将土壤弹簧插入样品模型的转换模型中。应阅读Y2刚度,如对应于中间节点数量的转换后的样本模型中所见(从最终条件中制造)。这是在实际管道模型中使用的刚度作为正常休息支持。

如果具有5D支撑间距的应力模型由于大量的土壤限制而产生会聚问题,则在几种非收敛支撑件下去除摩擦的选择将导致结果不准确。为了克服这个问题,压力模型具有更大的支撑间距(<可以使用典型的50d。在这种情况下,应使用上述步骤确定要使用的垂直支撑刚度,用于以增加的支撑间距找到土壤支撑刚度。在交替方法中,根据岩土报告的代表性垂直刚度值,在咨询民用之后,可以用于模拟表面布局线的土壤弹簧。

为了获得近乎逼真的结果,建议使用流线的实际轮廓模型,以获得适当的轴向和横向位移。

上述制品提供了更广泛的视角,对待照顾的一般考虑因素。

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Jimmy Mathew.

管道和管道压力工程师,具有丰富的油经验&气体和动力以及管道支撑工程中的大量经验。主要在越野陆上碳氢化合物和电力项目工作。

6 thoughts on “表面铺设管道的应力分析

  1. 很好地解释了。您能否提供更多地面管道的样本计算,涉及地震和风偶尔的负荷?

    提前感谢你。

  2. 对地面管道的广泛解释。如果在地震上造成一些焦点,那就更好了&风偶尔负荷。虽然阅读文章很好。
    谢谢

  3. 你好工程师,
    我想了解B 31.3 31.4和31.8压力计算的应力分析的理论解释,以及我们如何选择支持的方法..我们如何计算如何计算runnion keloggs方法?请解释..

  4. 嗨吉米,
    很高兴在这里见到你。关于表面布局的UHB的问题。由于管道可以自由移动,因此起动屈曲现象并不实际上是可能的。相反,应适用横向屈曲。

    期待您的更多文章。

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