化工設計中的管道應力探析

許喆 (河北華飛科技咨詢有限責任公司,河北 石家莊 050091)

化工設計是化工行業發展的基礎，能夠有效地促進化工工業的進步，并且，也逐漸受到了社會的廣泛關注。化工設計中的管道應力分析能夠為化工設計提供非常有價值的數據，這些數據是化工設計的基礎，設計人員以此設計出合理的管道方案，因此，在進行化工設計之前，要結合生產需要和實際環境，對管道應力進行深入細致的分析，使得設計更加符合企業的需要。

1 管道應力分析的重要性

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

2 化工設計中管道應力的分類

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

首先介紹的是一次應力，一次應力是由重力和外部壓力等外加載荷作用而產生的內力，內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，內力就有多大，管道應力就有多大。如果外加載荷增加，那么內力也就隨之增加，兩者是等量平衡的關系，但是，內力是有其極限的，極限的數值就是材料的屈服極限，如果外加載荷超過了這個數值，管道就會發生形變，進而出現管道破損的情況。具體的外加載荷形式主要有以下幾個方面，分別是風力載荷、地震載荷以及水沖擊載荷等。

然后介紹的是二次應力，二次應力的產生是由熱漲、冷縮以及其他位移的影響導致的，管道為了對抗這些約束，通過自身產生應力的方式來實現，這種應力就叫做二次應力，二次應力與一次應力是存在區別的，主要的區別就是二次應力有自限性，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，管道也不會出現破損的情況，管道能夠在局部地區屈服或者產生較小的塑性變形，這樣就降低了應力，使得應力能夠再次進行分布，管道可以繼續運行[2]。

最后介紹的是峰值應力，峰值應力是在前兩種應力基礎上的增量，如果管道在出現局部結構不連續、局部熱應力效應時，就會在管道兩次應力的基礎上產生一種新的應力增量，此時的增量就是峰值應力。這種應力并不明顯，增量也是有限的，但是，它會隨著時間的延長，對管道產生負面影響，導致管道出現破損等。

3 改善管道應力的具體措施

在進行化工設計時，管道應力因素非常的重要，要注意使外加載荷的數值小于一次應力的數值，盡量減少誘導產生二次應力的因素，如果在設計時不考慮這些問題，就會使管道出現峰值應力，這樣對管道的危害是相當大的。因此，設計人員在化工設計環節不能憑著自己的主觀意愿去設計，而要充分的考慮管道應力，使其能夠在最佳狀態下長期安全運行。

3.1 合理設計管道支吊架

支吊架的設計是化工設計中的重要內容，因為，支吊架設計不合理，就會降低管道承受外加荷載的能力，致使一次應力超標。同時，合理的支吊架設計還能控制管道的變形，減小管道的二次應力以及管道對設備的作用力，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：適當的更改管道的走向，以及使用波紋管膨脹節和彈簧支吊架，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，但是，不能無限的增加管道的長度，要在合理的范圍之內。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，進而增強管道的柔韌性。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，因為波紋管膨脹節的制作復雜、價格高，使得它的性價比不高[3]。

4 結語

化工行業的重要性不言而喻，人們的生活、社會的進步都離不開化工，最近幾年，我國的化工行業也取得了顯著的進步，化工工業的產值逐年增加。其中，管道應力就是設計環節必須要考慮的問題，只有在充分考慮管道應力的基礎上，才能使設計更加完善，進而延長管道的使用年限。

[1]包亞西.管道應力分析中進行詳細應力分析管道的確定[J].河南化工,2010（09）.

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

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