石油化工管道應(yīng)力設(shè)計(jì)探究

唐建偉 何林杉 姜玲

摘 要：管道是石油化工運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，對石油化工裝置起到連接作用。石油輸送的安全性與管道應(yīng)力設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，在管道設(shè)計(jì)中，重視管道應(yīng)力設(shè)計(jì)，對石油管道的運(yùn)輸安全有重要意義，是維護(hù)石油化工管道的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：石油化工;石油管道;應(yīng)力設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.090

管道應(yīng)力是指管道在工作中由于受到內(nèi)部壓力、外界環(huán)境和自身重量的影響，與管道端點(diǎn)發(fā)生強(qiáng)制位移的形成的應(yīng)力。管道承受的應(yīng)力不同，管道自身所受的損害也不同。管道應(yīng)力容易使管道產(chǎn)生安全問題，在管道設(shè)計(jì)過程中必須予以重視。

1 管道應(yīng)力對石油化工管道產(chǎn)生的影響

在管道應(yīng)用過程中，對管道的安全設(shè)計(jì)性能要求主要包括管道的耐壓強(qiáng)度、耐腐蝕性和密封程度，設(shè)計(jì)人員要選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)材料，有效避免石油和外界環(huán)境對管道的腐蝕。管道布設(shè)不合理，或者管道柔性設(shè)計(jì)難以承載應(yīng)力，就會產(chǎn)生一定的安全隱患。比如熱銷量較大，管道就會出現(xiàn)破損。

（1）管道應(yīng)力分析的意義。管道設(shè)計(jì)過程中的安全性能，要滿足耐壓、耐腐蝕和密封的要求，在設(shè)計(jì)過程中選擇符合性能標(biāo)準(zhǔn)的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，降低外部環(huán)境對管道造成的影響[1]。在實(shí)際工作過程中要保證整體的科學(xué)合理運(yùn)行，管道設(shè)計(jì)一定要符合科學(xué)性和合理性，保證管道不會存在各種硬件問題和安全隱患，在外界環(huán)境發(fā)生變化時，管道的熱效率增大，就會導(dǎo)致管道破損，如果管道設(shè)計(jì)是為了提供動力，還要考慮到共振問題，盡量降低內(nèi)外部因素對于管道的破壞。

（2）管道應(yīng)力設(shè)計(jì)的必要性。管道路線設(shè)計(jì)出來的目的是保證管道不受影響因素的干預(yù)而受到破壞，因?yàn)橥獠恳蛩赜绊懯蛊鋵B接的機(jī)器和設(shè)備等產(chǎn)生一定的作用力，而機(jī)器設(shè)備對管道也會產(chǎn)生反作用力，導(dǎo)致雙方受到應(yīng)力損害，系統(tǒng)的剛度越大，產(chǎn)生的壓力越大，因此對管道進(jìn)行設(shè)計(jì)可以提高管道自身的防御能力。

2 管道應(yīng)力的分類

根據(jù)實(shí)際情況，管道應(yīng)力可以分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力，一次應(yīng)力主要有壓力和動力以及其他外力產(chǎn)生，最終隨著壓力增加而增加，在達(dá)到一定程度范圍的極限，就不會再增加，管道內(nèi)產(chǎn)生無法限制的塑性流動，導(dǎo)致管道被破壞，二次應(yīng)力是由于內(nèi)部熱脹冷縮等產(chǎn)生的引發(fā)管道內(nèi)部彈塑性能協(xié)調(diào)的不連續(xù)性，導(dǎo)致管道變形[2]。

3 石油化工管道柔性強(qiáng)化設(shè)計(jì)

（1）管道設(shè)計(jì)的流程和主要內(nèi)容。管道的安全可靠關(guān)系著石油化工的正常生產(chǎn)和使用安全，因此管道設(shè)計(jì)必須經(jīng)過相關(guān)部門審批審批合格才能開啟建設(shè)工作。管道設(shè)計(jì)的質(zhì)量問題非常關(guān)鍵，要首先進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)，在石油化工管道工程立項(xiàng)之前，相關(guān)部門要對其提交的可行性研究報(bào)告進(jìn)行審核，共同審議后才能批準(zhǔn)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員要根據(jù)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并不斷修改，每次修改都要向相關(guān)部門報(bào)告，同意后才能進(jìn)行接下來的具體設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)主要包括材料、線路系統(tǒng)和管道連接等等，在材料方面要根據(jù)被輸送對象的特質(zhì)，對使用的材料進(jìn)行檢測，根據(jù)壓力管道的長度對材料數(shù)量進(jìn)行估計(jì)，對于壓力管道所涉及的地質(zhì)情況和地下管道分布進(jìn)行研究，使管道能夠盡量避開其它管道，減少對其它管道的影響，在管道連接處進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證在使用時不發(fā)生泄露。

（2）石油化工管道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時不僅要從局部入手，還要針對管道的設(shè)計(jì)，從整個生產(chǎn)系統(tǒng)出發(fā)，做好整體設(shè)計(jì)。由于管道系統(tǒng)一部分埋藏于地下，要輸出大量的石油產(chǎn)品管道，長期承受壓力，在進(jìn)行管道使用材料的選擇時，一定要充分考慮材料的強(qiáng)度和柔性，還要具有抗震性能，使其具備抵御天災(zāi)人禍的能力。

由于壓力管道輸送的物品都是危險(xiǎn)品，比如石油等易燃易爆品，在設(shè)計(jì)管道時，一定要對外界環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全防范設(shè)施，將危害程度降到最低。

管道在長期使用中會發(fā)生故障，要避免出現(xiàn)更大的安全事故，在平時就要做好維修和保養(yǎng)工作，及時發(fā)現(xiàn)故障，并設(shè)置相關(guān)的預(yù)警設(shè)置。

管道設(shè)計(jì)要做好保溫設(shè)計(jì)，壓力管道設(shè)計(jì)要制定相關(guān)的絕熱保冷設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)師也要嚴(yán)格按照這些規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。在保溫設(shè)計(jì)中重點(diǎn)是保溫材料的選擇，設(shè)計(jì)師要熟悉并掌握靈活使用導(dǎo)熱技術(shù)圖表以及相關(guān)的工程分流的變化，關(guān)注導(dǎo)熱系數(shù)的變化，要看懂壓縮松散材料在其密度下的圖標(biāo)和導(dǎo)熱方程，使材料的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過應(yīng)用具體的標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)圖表和方程確定保溫材料。

（3）管道柔性強(qiáng)化措施。要強(qiáng)化石油管道，可以在設(shè)計(jì)階段更改管道集合布置方法，添加管道彎頭數(shù)量，改變彎頭實(shí)際走向，增設(shè)大量點(diǎn)對點(diǎn)管道數(shù)量，可以達(dá)到提高管道柔性的目的。在設(shè)計(jì)的位置改變過程中，要確保管道端點(diǎn)位置不發(fā)生變化。涉及管道支撐環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)人員可以選用彈簧支吊架有效降低支撐點(diǎn)對于管道垂直位移的限制，但是不能大范圍的使用，如果彈簧支吊架的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，就會影響管道本身的穩(wěn)定性。

在管道設(shè)計(jì)中比較特殊的部位，設(shè)計(jì)人員無法通過增加管道長度和彎道數(shù)量來達(dá)到提高管道柔性的目的，管道直徑數(shù)值較大，或者業(yè)主對于施工工藝要求較為特殊，設(shè)計(jì)人員可以使用添加膨脹節(jié)的方式提高管道柔性。膨脹節(jié)價(jià)格昂貴，制造過程復(fù)雜，成本增加，施工工期延長，所以在設(shè)計(jì)過程中要盡量避免使用。

（4）注意事項(xiàng)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，管道的溫度不宜高于零下50℃，或者是不低于100℃。管道溫度的設(shè)計(jì)工作要結(jié)合管道實(shí)際的取值范圍的實(shí)際情況，在受到外力強(qiáng)制位移時使管道柔性增加，針對敏感設(shè)備和管道的連接處要加以重視，在設(shè)計(jì)時要加強(qiáng)對管道連接處的科學(xué)合理設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

管道應(yīng)力設(shè)計(jì)直接關(guān)系到石油化工管道的后續(xù)使用和安全穩(wěn)定，管道設(shè)計(jì)本身存在問題，就會增加所承載的應(yīng)力，使管道損壞，造成安全隱患甚至發(fā)生石油運(yùn)輸事故。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)管道時必須重視管道應(yīng)力，盡量降低管道所承載的應(yīng)力，提升石油管道的安全運(yùn)輸水平，促進(jìn)石油化工產(chǎn)業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]周長江.石油化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力分析[J].山東化工，2017， 46（20）：129-130.

[2]柯先梅，錢勝輝.如何正確分析化工管道設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力[J]. 化工管理，2016（18）：220.