天燃气输气管道受力分析

时间：2021-02-08 20:04:39　来源：雅意学习网本文已影响人

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　　摘要：液化天然气架空管道的设计工作是液化天燃气供应站总体设计中不可或缺的一个组成部分，而相当一部分城市燃气行业的设计人员对这种架空低温介质管道的设计工作比较陌生。在此种管道的设计工作中，管道的受力分析是设计工作能否成功的一个重要因素。本文就是采用有限元分析管道的受力机理和应注意的问题。
　　关键词：天燃气管道；受力分析
　　1 引言
　　对于液化天然气供气方案的城市，液化天燃气供应站是城市燃气管网系统的源头，地位十分重要。液化天然气供应站的核心组成部分是工艺装置区。在此一区域，经卸车自增压器输入储罐进行储存的液化天然气，将通过气化器，调压器等装置气化，调压。成为普通的天然气，输送给城市地下管网。为方便检修起见，连接这些装置的工艺管道一般均为地上低位架空管道。由于液化天然气是-168℃的低温液体，造成架空管道内的介质温度与管道安装温度存在较大差异，温度应力对管道的影响十分明显。如果不对这种影响进行合理的解决，有可能造成管道与设备连接处发生泄漏，损坏。或者是设备在推力的作用下产生过量变形，无法正常工作，乃至报废。
　　本文主要讨论由内压引起的管道环向应力和正应力。下面将从架空管道一次应力的计算来对问题进行阐述。
　　2 输气管道受力分析
　　2.1 温度应力的计算理论
　　当管道成为带拐点的平面管系后，计算将趋于复杂。我们以一个采用L行管为类说明，如图1，两端固定点或是固定支架分段点，或是装置连接点，其他受力和稳定问题暂不考虑。如果我们将一段的约束去掉，用等效力和力矩，在这些力和力矩作用下，此段变形量仍为零。然后利用变形协调方程，再加上力法或位移法，就可求的弹性推力，然后可求出各点的应力。这就是计算温度应力的基本方法。
　　图1 约束示意图
　　3 输气管道有限元分析：
　　3.1问题描述
　　管道几何参数：外径 R1=O.6m；内径 R2=0.4mm；壁厚 t=0.2m。
　　管道材料参数：弹性模量E=200GP；泊松比v=0.26.载荷：P=1MPa
　　3.2问题分析
　　管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为其长度的方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。
　　3.3 管道内部受力分析，变形分析：
　　经过ANSYS有限元计算后处理，将管道的应力图，变形图汇总如下：
　　图2位移场等值线
　　图3 等效应力等值线图
　　有图2位移场等值线图可以看出管道应力由内向外逐渐减小，内部最大，等效应力为5.5MPa，最大应力出现在内部，最小应力出现在外部。由图3等效应力等值线图管道应力由内向外逐渐减小，最大应力为3.13MPa，最大的应力出现在内部。
　　结论：
　　天然气输气管道的受力分析是一个很复杂的课题，本文通过运用ANSYS建立了输气管的模型，并利用ANSYS静态分析法对输气管道进行加压分析，并得出了应力分布和变形规律，本文只是在国内外现有研究的基础上，做了一些尝试性的研究。与电力，热力等行业相比，该行业涉及这个问题比较晚，经验太少，所以我们必须多学习，多实践，摸索出一套适合我们自己的行业经验，为社会贡献自己的一份力量。
　　【参考文献】
　　[1]王助成.有限元法.北京：清华大学出版社.2003.536—537
　　[2]张朝晖.ANSYS12.0 结构分析工程应用实例解析机械工业出版社
　　[3]城镇燃气设计规范 GB50028—2006
　　[4]工业金属管道设计规范 GB500316—2000.

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