化工設(shè)計中的管道應(yīng)力探析

許喆 (河北華飛科技咨詢有限責(zé)任公司,河北 石家莊 050091)

化工設(shè)計是化工行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，能夠有效地促進(jìn)化工工業(yè)的進(jìn)步，并且，也逐漸受到了社會的廣泛關(guān)注。化工設(shè)計中的管道應(yīng)力分析能夠為化工設(shè)計提供非常有價值的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是化工設(shè)計的基礎(chǔ)，設(shè)計人員以此設(shè)計出合理的管道方案，因此，在進(jìn)行化工設(shè)計之前，要結(jié)合生產(chǎn)需要和實際環(huán)境，對管道應(yīng)力進(jìn)行深入細(xì)致的分析，使得設(shè)計更加符合企業(yè)的需要。

1 管道應(yīng)力分析的重要性

管道應(yīng)力分析主要通過靜力分析和動力分析相結(jié)合的方式，它對管道系統(tǒng)的構(gòu)成做了精確的計算，讓一次應(yīng)力、二次應(yīng)力的安全值處在正常的水平，使得外加載荷與應(yīng)力不至于產(chǎn)生作用，進(jìn)而對管道造成破壞，例如，它在避免管道系統(tǒng)的自震和氣柱自震方面都具有明顯的作用。管道應(yīng)力分析能夠使得化工設(shè)計更加的優(yōu)化，避免設(shè)計出現(xiàn)大的紕漏，進(jìn)而保證化工生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，而且，它還能讓化工設(shè)計的成本降低，體現(xiàn)出了安全、合理、效益等多方面的優(yōu)越性，因此，管道應(yīng)力分對化工設(shè)計來說是非常重要的[1]。

2 化工設(shè)計中管道應(yīng)力的分類

要想做出好的化工設(shè)計，就要對管道應(yīng)力有一個比較清楚的了解。管道應(yīng)力的種類并不完全相同，它有許多的表現(xiàn)形式，在進(jìn)行分析時，要視具體情況而定。管道應(yīng)力的產(chǎn)生是由外部作用力導(dǎo)致的，由于作用力的不同，應(yīng)力也就有所不同，要想對應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，就要先采取具體問題具體分析的方法，進(jìn)行區(qū)別對待。

首先介紹的是一次應(yīng)力，一次應(yīng)力是由重力和外部壓力等外加載荷作用而產(chǎn)生的內(nèi)力，內(nèi)力的大小是由外加載荷決定的，也就是說外部的作用力有多大，內(nèi)力就有多大，管道應(yīng)力就有多大。如果外加載荷增加，那么內(nèi)力也就隨之增加，兩者是等量平衡的關(guān)系，但是，內(nèi)力是有其極限的，極限的數(shù)值就是材料的屈服極限，如果外加載荷超過了這個數(shù)值，管道就會發(fā)生形變，進(jìn)而出現(xiàn)管道破損的情況。具體的外加載荷形式主要有以下幾個方面，分別是風(fēng)力載荷、地震載荷以及水沖擊載荷等。

然后介紹的是二次應(yīng)力，二次應(yīng)力的產(chǎn)生是由熱漲、冷縮以及其他位移的影響導(dǎo)致的，管道為了對抗這些約束，通過自身產(chǎn)生應(yīng)力的方式來實現(xiàn)，這種應(yīng)力就叫做二次應(yīng)力，二次應(yīng)力與一次應(yīng)力是存在區(qū)別的，主要的區(qū)別就是二次應(yīng)力有自限性，它的大小不會與外加載荷相同，不會隨著外加載荷的增加而增加，即使是外加載荷的大小超過了管道的屈服極限，管道也不會出現(xiàn)破損的情況，管道能夠在局部地區(qū)屈服或者產(chǎn)生較小的塑性變形，這樣就降低了應(yīng)力，使得應(yīng)力能夠再次進(jìn)行分布，管道可以繼續(xù)運行[2]。

最后介紹的是峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)力是在前兩種應(yīng)力基礎(chǔ)上的增量，如果管道在出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)、局部熱應(yīng)力效應(yīng)時，就會在管道兩次應(yīng)力的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一種新的應(yīng)力增量，此時的增量就是峰值應(yīng)力。這種應(yīng)力并不明顯，增量也是有限的，但是，它會隨著時間的延長，對管道產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致管道出現(xiàn)破損等。

3 改善管道應(yīng)力的具體措施

在進(jìn)行化工設(shè)計時，管道應(yīng)力因素非常的重要，要注意使外加載荷的數(shù)值小于一次應(yīng)力的數(shù)值，盡量減少誘導(dǎo)產(chǎn)生二次應(yīng)力的因素，如果在設(shè)計時不考慮這些問題，就會使管道出現(xiàn)峰值應(yīng)力，這樣對管道的危害是相當(dāng)大的。因此，設(shè)計人員在化工設(shè)計環(huán)節(jié)不能憑著自己的主觀意愿去設(shè)計，而要充分的考慮管道應(yīng)力，使其能夠在最佳狀態(tài)下長期安全運行。

3.1 合理設(shè)計管道支吊架

支吊架的設(shè)計是化工設(shè)計中的重要內(nèi)容，因為，支吊架設(shè)計不合理，就會降低管道承受外加荷載的能力，致使一次應(yīng)力超標(biāo)。同時，合理的支吊架設(shè)計還能控制管道的變形，減小管道的二次應(yīng)力以及管道對設(shè)備的作用力，確保管道正常運行。

3.2 增加管道的柔韌性

在化工管道設(shè)計中，增加管道的柔韌性是非常有必要的，主要的方法就是：適當(dāng)?shù)母墓艿赖淖呦颍约笆褂貌y管膨脹節(jié)和彈簧支吊架，這樣就能有效的增加管道的柔韌性。一般情況下，管道的長度越長，它的柔韌性也越強(qiáng)，但是，不能無限的增加管道的長度，要在合理的范圍之內(nèi)。管道在某一方向太過剛硬時，增加與其垂直方向的管道長度，就能減小管道的剛度，進(jìn)而增強(qiáng)管道的柔韌性。如果管道德直徑較大，場地很難滿足它的要求，就可以使用波紋管膨脹節(jié)來增加管道的柔韌性，但這種方法也存在一定的弊端，因為波紋管膨脹節(jié)的制作復(fù)雜、價格高，使得它的性價比不高[3]。

4 結(jié)語

化工行業(yè)的重要性不言而喻，人們的生活、社會的進(jìn)步都離不開化工，最近幾年，我國的化工行業(yè)也取得了顯著的進(jìn)步，化工工業(yè)的產(chǎn)值逐年增加。其中，管道應(yīng)力就是設(shè)計環(huán)節(jié)必須要考慮的問題，只有在充分考慮管道應(yīng)力的基礎(chǔ)上，才能使設(shè)計更加完善，進(jìn)而延長管道的使用年限。

[1]包亞西.管道應(yīng)力分析中進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力分析管道的確定[J].河南化工,2010（09）.

[2]杜志勇.管道應(yīng)力分析在工程上的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2011（08）.

[3]姜崴.管道應(yīng)力分析軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用[J].山西化工,2004（07）.