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高温泵的配管及应力计算

时间:2021-06-07 11:02:20 作者:三昌泵业 点击:0

       在管道设计中我们还经常遇到高温、高压机泵的管道布置,较高的温度使管道产生了较大的二次应力,同时对设备管嘴也产生了较大的力和力矩,在管道布置时要着重考虑管道及管嘴的应力计算。而针对多种工况下运行的多台机泵组又要分别进行应力计算,再统—考虑管系的补偿及支撑。
高温泵

     1、项目概况

       本次秦皇岛沥青公司属于试验性扩能改造项目。其沥青装置原有的一组减压塔塔底泵(P-110A/B),一开一备共两台机泵,现需增加一台减底泵(P-110C)与原有两台泵组成两开一备的工况(其中新增的P-110C常开)。原有泵管道拆除与新增泵统—规划,并全部重新配管。
       由于操作介质为减压塔塔底渣油,设计温度300℃以上,为了保证管道和泵设备的安全运行,需采用CASEARII软件对这条管系进行应力计算。
高温泵的配管及应力计算

     2、水泵管道布置及应力计算

       由该水泵布置在沥青泵房内,受到了场地空间限制,又是水泵改造项目,有涉及到与原有管道衔接等问题,在综合考虑操作、检维修等因素后,选定了三台水泵入口先汇成一支主线后,再与原主线管道相连,如下图所示。
水泵管道布置示意图
       通过CASEARII软件对以上水泵管道进行应力计算,一次应力(重力及其他外部持续荷载)小于管材需用应力值,核算通过,但二次应力(热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载)超过了管材许用应力,二次应力计算结果如表2所示。
水泵管道二次应力计算结果
       由此可知,三台水泵汇成一支主线导致最右侧弯头二次应力过大,所以需要调整配管方式,将P-110A/B两台泵出口汇成一支线,再与P-110C出口汇成一支主线,并在关键节点处设置支吊架进行约束,如图2所示。
管道布置示意图
       再次计算出,水泵管道一次应力、二次应力都小于该介质温度下的许用应力值,因此水泵管道变形是可逆的,不会发生塑性变形,所以满足应力要求,如表3所示:
水泵管道应力计算结果

     3、水泵管嘴约束力分析

       泵管嘴所受力和力矩都是有严格要求的,因此在充分考虑管道柔性和一次、二次应力的情况下,保证水泵管嘴力和力矩都在合格的范围内,所以对以上管道布置方案中P-110C的管嘴进行约束力计算分析(表4-5)。
厂家提供的泵管嘴负荷
       由于泵管嘴负荷值较严苛,因此一般采用的是厂家提供管嘴负荷2倍值来校核泵管嘴负荷,由计算结果得知方案四中管道对泵嘴力矩超出了设备厂家要求的2倍,最后影响了水泵不能正常运行,主要原因是增设的支吊架对管道热涨进行了约束,满足了整个管道系统的一次、二次应力要求,最后却把大部分分推力和力矩传到了泵管嘴上,导致管嘴受力超标。
       由于以上计算值是考虑最严荷的运行工况,而实际大多数情况下却为一开一备,因此在无法取消管系关键部位支吊架却要设法降低泵管嘴处受力的情况下,按正常工况运行时需要考虑并模拟计算。于是将P-110A管道温度改为100℃,重新对泵嘴受力进行核算,结果如(表6)表所示:
泵管嘴受力结果
       通过计算,大多数情况下泵嘴受力是可以满足要求的,即使极端工况下,知时间内也不会对水泵有影响。
       以上就是三台水泵入口管线应力计算及管嘴受力计算及分析过程,泵出口管线计算方法同理。

     4、弹簧支吊架选型

       水泵管道系统在一次、二次应力及管嘴的受力符合要求后,可通过位移分析核算管道是否会对其吊架产生较大的偏转角,或使某些承重支架脱空,并最终通过载荷及位移量确定弹簧支吊架的具体型号,通过位移计算得到的结果如表7所示。
弹簧支吊架规格表

     5、结论

       1)介质温度较高的管道系统中,管道需要考虑足够的柔性,通守自然补偿吸收高温度的热膨胀力来降低二次应力值;
       2)高温水泵管道应力计算需要充分了解工艺流程,考虑各种可能分出现的工况,选择最合理的应力计算方式;
       3)弹簧支吊架不能单一根据软件计算结果而定,应参考计算出的载荷及位移,结合实际工况而进行选取。

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