随着现代低温贮运设备(以下简称：贮槽)的
发展，贮槽夹层管道(简称：管道)的设计引起了
相关厂家的广泛注意。恰当的夹层管道设计，将使
得管道上应力分布合理，避免应力集中；并且管道
在使用期间，也不会发生异响甚至撕裂，造成事
故。因此，夹层管道设计的好坏，将直接影响到贮
槽的质量和寿命，甚至使用的安全性。
l 贮槽夹层管道的应力分析
为了设计出最好的管道。常需要对管道进行应
力分析。利用分析软件进行应力分析。可以求解出
管道上任一点的应力和位移，也能求出支承的反作
用力和力矩，对管道的设计具有重要作用。管道应
力分析的软件有多种，这里利用CAESAR II管道应
力分析软件，进行计算和分析。
CAESAR I1分析软件是目前从国外引进的在各
领域内应用较为广泛的管道应力分析软件，它是通
过对连续简单管段和管段上各节点的载荷输入来确
定管道模型，再根据各节点的约束条件，分析计算
出管道上各节点的位移、载荷、应力以及管道对各
支承(含容器壁)的夏作用力和力矩。各种分析结
果可以用文字或图形的方式输出。CAESAR I1分析
软件输出结果一般有3种载荷组合状态：操作(工
作)状态、支承(承载)状态及端点位移和温度状
态。分析人员也可根据实际需要，确定自己的载荷
组合。
现利用CAESAR I1分析软件就两条典型的贮槽
夹层管道分析进行说明，供参考。
1．1 槽车进液管的应力分析
1．1．1 危险状况的分析及边界输入
槽车进液管如图1所示，该管道直接从内封头
引至外封头。管径： 45mm x 3mm，操作温度：
一196 oC，操作压力：0．8MPa，材质：A312 TP304
(B31．3，同0Crl8Ni9)。槽车在初步进液时，内容
器、管道都急剧从热状态向冷状态过渡，因此，存
在很大的温差应力， 是最危险的工况。根据
CAESAR I1分析软件的要求，进行边界条件的输
入：两端无端点位移，管道与内外封头连接处按
BS 5500标准建立管嘴模型，不考虑夹层绝热材料
的影响。
图1 循车进液臂
1．1．2 管道应力分析结果
CAESAR I1分析软件按给定的条件对槽车进液
管进行自动分析，分析结果如下：
(1)最大应力位于管道与外封头连接处，其值
为498MPa，远远超过管道的许用应力范围。实际
上，按图1制作的管道曾破裂。
(2)在管道与内外封头连接处均有线位移和角
位移。
(3)在管道与外封头连接处，在Y方向上反力
为13701N，在z方向弯矩为1942N·in，弯矩过大。
从分析结果看，管道与外封头连接处弯矩过
大，最终导致该处应力太大，已达到可能使管道拉
裂的程度。因此，此管道柔性严重不足。设计时，
应参照图2(a)、(b)的结构来确定管道结构。
1．2 大型低温液体贮槽下部排液管的应力分析
1．2．1 危险状况的分析及边界输入
大型低温液体贮槽下部排液管如图3所示，该
管道直接从内容器底板引至外容器筒体处，是一种
常用的排液管道结构。管道管径： 159mm X 5mm，
操作温度： 一196~C，操作压力：0．2MPa，材质：
A312 TP304 (B31．3，同0Crl8Ni9)。管道最危险的
使用状况为贮槽排液时，此时内容器充有液体，并
进行了充分冷缩，收缩量取13．2mm (以1000Ⅱl3贮
(b)
图2 改进后的槽车进液管
根据CAESAR·I1分析软件的要求，进行边界输
入：管道与内容器底板连接处按固支(有端点位
移)建立模型，在与外容器连接处按WRC297标准
建立管嘴模型，不考虑夹层绝热材料的影响。
人
图3 大型低温液体贮槽下部排液管
1．2．2 管道应力分析结果
CAESAR I1分析软件根据输入的条件对贮槽下
部排液管自动进行了分析，分析结果如下：
(1)最大应力位于第三个弯头处，其值为
297MPa，小于管道的许用应力范围，但超过了材
料的屈服极限。
(2)排液管与外容器连接处有很大的线位移，
为一3．6mm，这与实际中出现过的情形相符合。
(3)支点约束反力不太大。方向反力为
20585N。
从上面分析结果看，管道与外容器连接处有的
线位移太大，外容器变形很大，不满足要求。因
此，此管道柔性不足。根据该管道特点， 目前设计
的管道已在与外容器连接处增加了波纹管。
2 贮槽夹层管道的设计原则
上面对贮槽两种典型夹层管道的应力分析做了
说明，限于篇幅原因，不可能对所有贮槽管道进行
的应力分析都作说明。实际上，笔者利用CAESAR
Ⅱ分析软件，对很多贮槽管道都进行了应力分析，
发现现行的有些管道设计明显不合理。这里，总结
出6条贮槽夹层管道设计的原则，供参考。
(1)在贮槽夹层管道设计中，应尽量增加管道
的柔性，改善管道应力分布。如改变管道走向、增
加弯管及波纹补偿器等。
(2)对于槽车，由于结构原因，进液管和安全
放空管从内封头处引出时，需采用图2所示的结
构，以提高管道柔性，降低管道应力。卧式真空贮
槽有类似情况的，也应采用这种结构。
(3)对于立式真空贮槽， 由于内容器的固定点
位于下拉带与外容器的连接处，在内容器充液后，
下拉带将收缩，带动内容器底部上升，从而引起下
部排液管道有较大的二次应力，特别是50m 以上
贮槽的大直径管道(DN≥65mm)，其应力值将会很
大。对于这种管道应想办法增加管道柔性或加波纹
补偿器。
(4)对于大型低温液体贮槽下部排液管， 由于
其直径很大，同时内容器底板(或筒体)有很大初
始(端点)位移，因此，x~~t-容器筒体有很大的拉
力，常将外容器拉变形。该管道很难靠增加管道自
身柔性来改变受力状态，所以，只能在外容器连接
处增加波纹补偿器。
(5)对于大型低温液体贮槽的上部进液管及泵
后回流管，由于管道较长，需要不少支吊架(支
承)。CAESAR Ⅱ分析软件的分析结果显示，管道
上应只安装1个固定支承，其它均应为滑动支承。
这样，管道柔性增大，应力更低。在确定安装滑动
支承处，不应采用包箍形式支承，因为这样的支
承，很难判断是滑动支承还是固定支承。
(6)夹层内管道应尽量少用支承。支承位置非
常重要，支承不当，会大幅提高管子的应力水平。
国内曾有这方面的例子。
3 结束语
贮槽夹层管道的设计，是贮槽设计的重要内容
之一，它的设计不当，会引发安全事故。而且贮槽
都是双层容器，具有隐蔽性，维修也极为不便。因
此，贮槽夹层管道的设计应引起设计者足够的重
视，在进行管道设计时，应尽量进行应力分析。当
确实不能进行应力分析时，应按上述的管道设计原
则进行设计。