请高手帮忙看一下设计校核管网需不需要算这么多东西

首先说明一下大概就是图上这样一个走向的管网，不大，走向也很简单，就是温度有点高，进气温度400多度，加温器加温后工作温度有700多度，压力2MPa多。
现在领导要求算以下这些内容：
1）管网的一次应力，二次应力，偶然应力（地震导致的）以及支点位移和受力（用CII算）
2）两端受压管道的失稳
3）用有限元软件计算三通处的受力和变形
4）计算管网振动模态，并给出支架刚性限制
另外对于管道的外载荷要求考虑气流与管道之间的摩擦力，还有一个所谓压力推力（没看懂这是什么力，管网内没有设置膨胀节），8级烈度的地震载荷。室内安装，不考虑风载荷。


之前我自己添加的外载荷有支架摩擦力，还有气流流动导致的在弯头处的气动力（流量*流速）和气体排出管道时的排气推力（也是流量*流速，但是由于喷水降温导致流量翻倍，而且是直排大气的，流速也增加很多）。

我有几个疑问：
1）这样的管网是否需要考虑受压失稳的情况？我们用ansys模拟了一段管道，得出来要发生受压失稳的临界压力有1300000N，管网中根本不会受到这么大的力，至少要少一个数量级，而且管网中也不存在单纯受压的管道。
2）使用的直角三通都是标准件，本身就有足够的强度。那种细管斜插到大管上，并直接焊在一起的三通，也可以用GB150算补强。在用CII算应力值过了之后，还需要用有限元来算吗？
3）计算管网振动模态主要就是算一下管网的固有频率吧？但这应该是先有支架才能算模态吧，怎么能根据计算出来的结果反过来给支架刚性限制呢？而且就算计算出来了管网固有频率，又应该怎么判断是否合理呢，我们的气流工况是经常变的，没有什么固定的激振频率，同时离压气机几百米，也影响不到这一小段管网，中间没有其他旋转装置或者柱塞运动的装置。
4）气流与管道之间的摩擦力很小（估算下来大概100N/m），一般不用考虑这个力吧？！要算这个力的话得加载均布载荷，这样的话就没法用静态法算地震载荷了吧（CII里面只能加一组均布载荷吧）？
5）我之前加的弯头处的气动力和排气推力从理论上来看是不是有必要加呢？排气推力挺大的，有几万N，但是弯头处的力只有几千N。

我和同事分析了一下你的问题，觉得有些诧异。
1、不知道你所说的管道受压失稳是指什么情况？我们设计管道时讲究管道的稳定性，但是那个是通过支吊架设置调整管道稳定；
2、CII都计算通过了，还用有限元计算，可能你们领导觉得你们工作量太少了，要多加点；
3、GB 50316有管道频率与管道跨距的关系公式，你算出管道频率的范围，再用公式计算出一个最大跨距就可以了；
4、气流与管道的摩擦力，这个不是沿程阻力吗？
5、不明白你的意思，你是想在弯头做支吊架吗？

everyone2004 发表于 2019-5-27 09:49
我和同事分析了一下你的问题，觉得有些诧异。
1、不知道你所说的管道受压失稳是指什么情况？我们设计管道 ...

感谢回复，我再说明一下，第1项是指那种单纯两端受压的梁在超过临界压力之后会发生弯曲失稳，领导的意思是想要算这个。第4项是领导觉得压损这个力在CII里面是没有考虑的，要加上

第5项也是因为CII里面的模型是封闭的压力管道，没有考虑气体流动的气动力，所以考虑是不是需要自己算出来这个力再作为外载荷加上去。

everyone2004 发表于 2019-5-27 09:49
我和同事分析了一下你的问题，觉得有些诧异。
1、不知道你所说的管道受压失稳是指什么情况？我们设计管道 ...

第5项的目的是想增加这些外载荷之后支架的受力会不会更准确，好给土建提基础要求

第一点，你所说的受压是不是指管道受到到的外部压力？如果是的话那就应该是求解管道偶然集中载荷的大小；
第四点，管道压力降不是用CII计算的，比较简单的管系一般直接手算，复杂管系你需要Aft Impulse之类的软件；
第五点，排放管的计算，我们一般是计算出排放反作用力后，将该力附加到排放口再进行计算。不考虑流体流动对管道的影响。

everyone2004 发表于 2019-5-27 10:33
第一点，你所说的受压是不是指管道受到到的外部压力？如果是的话那就应该是求解管道偶然集中载荷的大小；
...

管道压力降是手算出来了的，我们这个管网也不是很复杂。完了用压损乘以管道面积再除以管道长度双出每米的受力，作为一个持续载荷额外加上去，问题是我觉得这个力很小啊，没啥必要吧？我现在就是要想办法找到说服领导的理由

everyone2004 发表于 2019-5-27 09:49
我和同事分析了一下你的问题，觉得有些诧异。
1、不知道你所说的管道受压失稳是指什么情况？我们设计管道 ...

我看了50316，没有看到固有频率和振动的关系式呢？请问大概在哪个章节啊？地震的话是用静态分析还是动态分析呢？静态分析的话那个加速度是直接按建筑防震规范查出来的当地基本地震加速度来算，还是要按美标那个用公式来算?如果采用动态分析的话，那需要提供哪些输入条件呢?如果知道请告知，谢谢!

压降乘以管道面积除以长度，你这算出来的受力是什么受力？我不记得哪本规范有将支吊架受力和内压联系在一起的。
GB 50316确实没有频率和跨距的关系，我记错了，那是《压力管道应力分析》这本书里面的。
固有频率=SQRT(g/挠度,0.5)/(2π)
GB 50316规定管道不能产生共振，所以支吊架跨距符合不产生共振的要求就行了。
地震载荷我这里不做要求，因此没有计算过，这个帮不了你了。不过DL/T 5054-2016 附录F推荐的是静力法，那里有加速度计算公式。

everyone2004 发表于 2019-5-27 15:59
压降乘以管道面积除以长度，你这算出来的受力是什么受力？我不记得哪本规范有将支吊架受力和内压联系在一起 ...

谢谢回复！
1）根据流体力学动量定理，管道侧表面对流体控制体的作用力等于控制体进出口的冲量差，把一根管道作为控制体，冲量等于（PA+Wv），忽略流速变化和重力的话，等径管道的侧表面力也就是流体与管道之间的摩擦力就等于（P1-P2）*A=ΔP*A，用这个力再除以管道长度就是单位长度上的内摩擦力的大小了，单位是N/m，是个均布载荷。我理解我们LD的意思是因为CII计算是不考虑流体流动的，所以软件应该没有考虑到这个力，而这个力有把管道“冲走”的趋势，所以肯定会造成支架受力。但是这个力太小了，一般都不用考虑的吧？
基于同样的考虑，LD还要求加上气流在弯头处转弯产生的气动力以及排气管出口的排气反力。
2）固有频率那个公式我也查到了，而且了解到50316里面规定了挠度不能超过15mm是考虑到固有频率不能低于4Hz来制定的。那么反过来说其实只要我计算出来挠度就能算出固有频率，且挠度不超过15mm的话，那么固有频率其实都是大于4Hz的，但是这又带来了几个问题：
a）这样只能按管径分段计算挠度，得出来不同的固有频率，那CII里面动态计算modal模块计算出来的结果又是什么样的，也是不同管径不同频率呢还是整个管网就给一个频率（不考虑阶次）？我们单位的软件版本太老，还是D版，我算不了这个，不然就自己试一下看是什么结果。
b）管网的固有频率跟支架刚度有一定的关系，一般固定支架也好滑动支架也好，在软件中算的时候都只是一个+Y的约束，在软件中应该是当做刚度无穷大来计算的，但实际上支架也是有具体刚度值的，那是不是为了实际达到计算出的固定频率，必须对支架的刚度做出限制，确定其最小刚度？（我们LD应该是这么考虑的，但是我想既然支架有设计规范，我只要知道承受的载荷，那么按规范设计出来的支架应该就八九不离十了吧，没必要纠结支架刚度具体是多少吧？）

我们先回到你最初的问题，管道支吊架校核需要什么，也就是说支吊架载荷涉及什么方面，主要包括：
1、管道组成件和保温结构的重力；
2、支吊架零部件重力；
3、管道输送介质的重力；
4、水压试验或管道清洗的介质重力；
5、管道补偿器由于内部压力产生的作用力；
6、热应力计算，支吊节点受到的力和力矩；
7、管道位移时在活动支吊架上引起的摩擦力；
8、室外管道受到的雪载荷；
9、室外管道受到的风载荷；
10、正常运行时，由于种种原因引起的管道振动力；
11、管道内流体动量瞬时突变，如汽锤、水锤引起的瞬态作用力；
12、流体排放产生的排放反力；
13、管道安装在地震区产生的地震力，但不考虑地震与风载荷同时出现的工况。
所以你的第一条计算管道流体将管道“冲走”的力及弯头气动力没有什么意义。
需要考虑的实际上我是列出的第11条，也就是系统初始运行阀门瞬时开启气流对管道产生的冲击，这个需要水击计算软件进行计算。
关于管道的固定频率，你想多了，装置外管道的固定频率大于2.55HZ就行，如果你要谨慎一点，那挠度按小于10mm计算。

everyone2004 发表于 2019-5-27 21:32
我们先回到你最初的问题，管道支吊架校核需要什么，也就是说支吊架载荷涉及什么方面，主要包括：
1、管道 ...

好的，谢谢，我们的管道基本不存在突然开启阀门的情况，都是缓慢开启的，而且初始情况也是先开了阀门才进气，那应该不用考虑气锤了

我对你的出气管比较感兴趣，700+℃的气体管道，是否采用衬耐火砖的做法？

everyone2004 发表于 2019-5-28 00:13
我对你的出气管比较感兴趣，700+℃的气体管道，是否采用衬耐火砖的做法？

呃，前面这里没说清楚，排气段里面是喷水降温了的，降到200多度