近年来，随着我国国民经济的快速发展，石油和化工业发展迅速。大量高温高压管道铺设，设计水平已成为衡量设计单位在激烈市场竞争中获胜的关键。在这里，管道应力分析的核心技术之一相对复杂。为此，设计部门使用计算机进行管道应力分析。CAEARII管道应力分析软件是由美国制成的COADE国际权威的压力管道应力分析专业软件，可进行计算静态分析，也可进行动态分析，CAESARII为用户提供完整的国际通用管道设计规范，软件使用方便快捷。本文将讨论该软件在实际应用中的优点和问题。

一，CaesarⅡ软件与管道柔性分析

我从2004年开始在美国使用COADEINC，公司编制而成CAESARⅡ管道应力分析软件。已有5年的历史，目前我所做的高温高压管道柔性分析都是用这个软件进行的。

所谓高温高压管道的柔韧性，是指反映管道变形难度的物理概念，是指管道通过自身变形吸收热膨胀、冷缩等位移变形的能力。是指在设计高温高压管道时，在保证管道有足够柔韧性吸收位移应变的前提下，使管道长度尽可能短或投资尽可能少。在管道柔性设计中，除了管道本身的热膨胀和冷缩外，还应考虑管道端点的附加位移。

通过管道的灵活计算，可以达到以下目的：使高温高压管道应力在标准范围内；设备管口负荷符合厂家要求或公认标准；计算管道支架上的负荷；辅助设置合理的支吊架；解决高温高压管道的动力学问题；帮助管道优化。

柔性计算应满足以下条件：管道设计温度大于等于100℃;柔性计算的公称直径范围应根据设计温度和管道布置的具体情况确定；受室外环境温度影响的无保温层长距离管道；管道端点附加位移大，不能用经验判断其柔性管道；小支管与大管连接，大管有位移，会影响柔性判断。小管应与大管同时计算。

符合下列条件的高温高压管道不能进行灵活计算：管道与同类型运行良好的管道完全相同；与通过灵活分析的管道相比，管道几乎没有变化。

二，CAESARⅡ应力分析模型的建立及其分析过程

高温高压管道应力分析可分为静态分析和动态分析。目前，我们的管道分析是静态分析。

高温高压管道系统的静态分析需要将计算条件（温度、压力等）、管道材料特性（杨氏弹性模量、线膨胀系数、基本许用应力等）、管道尺寸（直径、壁厚、长度）、空间方向、约束模式等作为基本数据输入计算机。这些数据沿管道而变化，并在变化的地方设置节点。这样，整个管道系统分为几个单元，每个单元由两个节点组成。CAESARII采用单元输入法，单元输入以填表的方式完成。CAESARⅡ软件程序一般按三维考虑x，Y，z在三个方向上，程序通常将第一个节点坐标定为(0、0、0)。

CAESARⅡ程序对输入的管道形状具有图形显示功能。如果输入数据中有错误，可以很快找到。图形显示一般包括以下要点:节点的编号和位置、管道的外径、管道的壁厚、管道的长度、支吊架对管段的约束、支吊架的位置、固定点的位置、保温材料的厚度、管道的集中载荷和均布载荷(珠光砂载荷)、管道材料的类型、刚性元件等。

第一次输入错误检查后，管道模型分析的第一步是定义静态工况。高温高压管道可能承受的荷载包括:重力荷载，包括保温材料重量、管道重量、介质重量等。；压力荷载和位移荷载，包括管道热胀冷缩位移、支撑沉降、端点附加位移等。；地震荷载；风荷载；瞬变流冲击荷载，如安全阀起跳或阀门快速启闭时的压力冲击；压力脉动荷载；两相流脉动荷载；机器振动荷载，如旋转设备的振动。冷箱内管道应力的计算主要考虑前四种荷载。确定荷载后，根据不同要求组合各种荷载，判断管道安全。

判断管道的安全性和可靠性不同于传统的压力容器设计方法。高温高压管道初期运行时，允许局部屈服，或采用冷紧法预加反向应力。根据性质，高温高压管道应力大致分为一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力是指管道内压、自重等外载产生的应力，具有自限性；二次应力是指管道变形阻塞引起的正应力和剪应力；峰值应力是指管件局部结构不连续、应力集中或局部热应力附加到一次应力或二次应力的总和。

高温高压管道的静态计算结果一般包括：管道各点的应力、管道上各约束的应力、管道上各点的位移等。

三，CAESARⅡ使用过程中应注意的问题

CAESARⅡ在使用过程中有几个问题需要注意，现就主要问题进行说明。

第一次输入完成后，CAESARⅡ静态计算前必须检查程序。对于检查过程中的致命错误，工程师必须返回PipingSpreadsheet只有这样才能保证数据的可靠性。

常用的工况组合有三种:一是工作状态(OPE):一般由重力、压力、均布荷载、端点位移、集中荷载和温度组成；二是安装状态(SUS):一般由重力和压力组成，还包括集中荷载和均布荷载；三是纯冷态(EXP):上述工作状态与承载状态的差值。工况组合的设计必须科学。管道应力校核一般包括一次应力校核和二次应力校核。一次应力校核工合如下：(SUS)W+P1+F1。若许用值大于或等于节点应力，则表示一次应力校核通过。否则，不通过。根据屏幕最大应力对应的节点号，可以知道最大应力点的位置。如果高温高压管道的一次应力超出许可应力范围，一般可以通过合理设置支架来解决，常用的有导向支架、管架等。为避免因管架设置而影响管道的自伸缩能力，最好在容器管口处增加贴板，管架支撑在容器上，达到管道与容器同步伸缩的目的。二次应力校核工况组合如下：(EXP)DS3=DSl一DS2。若许用值大于或等于节点应力，则二次应力校核通过。如果许可值小于节点应力，但一次应力验证通过，则可根据合成应力进行验证。如果合成应力小于合成应力的许可应力范围，则二次应力验证通过。如果二次应力超过允许应力范围，可以采用以下方法改变管道的柔性:改变管道方向，选择补偿器或弹性支吊架。

高温高压管道运行时，一般采用荷载产生的应力安全运行判断ANSI/ASMEB31.3-1996规范:(1)内压产生的一次应力中的环向应力Sp，管道运行时材料的许用应力不得超过sh，即:Sp≤Sh。(2)内压、自重与外载产生的一次应力轴向应力之和SL，管道运行时材料的许用应力不得超过Sh，即:SL≤Sh。(3)管道端点位移产生的轴向应力和剪应力的合成二次应力SE，不得超过管道的许可应力范围sa。SE≤Sa=f(1.25Sc+1.25Sh—Sc)，其中f为许用范围降低系数，温度循环次数在7000以下，系数f取1；sh为管道在使用温度下(冷态)的许用应力值，MPa;sc为管道在安装温度下(热态)的许用应力，MPa。