探討化工設計中的管道應力分析

楊媛媛

摘 要：在化工設計環節中管道設計有著十分重要的作用，而對于管道應力的分析將會直接影響著后期的運行，所以說探究管道應力分析是整個化工設計環節的關鍵組成部分。在具體應用過程中，人們也越來越重視管道應力的研究。本文對于管道應力的分類進行了簡單的介紹，探討了管道應力分析，并提出相應的改善措施，希望能夠為相關化工設計提供一定的參考。

關鍵詞：化工設計;管道應力分析;分類;改善措施

隨著我國工業化水平的不斷提高，人們加快了化工設計的進度，各種化工制藥設備裝置也逐漸形成系統化，并具備完善的工藝流程，但因為后期現場的施工以及設備的安裝鋪設等等，造成在進行化工管道設計時差別較大，而在進行管道設計時由于缺乏對管道的盈利分析，造成其嚴重影響了后期的生產運行，所以說化工管道應力分析有著十分關鍵的作用，是確保化工產業安全生產的必要前提。

1 管道應力分類

1.1 一次應力

由于受到外界在核力量的作用而出現的應力被稱作一次應力，這主要包含介質內壓、介質重量以及自重等長時間外界在和所作用而產生的應力。在一定范圍內其能夠和外加荷載平衡，另外還會根據外界再和力量大小而進行相應改變，但是如果管道材料屈服極限低于產生的一次應力值，則會造成管道產生塑性變形而發生損壞。

1.2 二次應力

一次應力的作用造成管道發生變形而進一步受到約束而出現的應力被稱作二次應力，通常主要是由于端點位移和熱脹冷縮引起。因為其自限性特點，所以其應力會隨管道出現一定量的變形或局部屈服而降低，同時也無法和外界在和相平衡，二次應力值過大會造成管道出現疲勞破壞的現象。

1.3 峰值應力

管道或者其零部件局部熱應力效應到一次應力或二次應力的附加增量通常被稱作峰值應力，另外還包含管道連接處的焊縫位置未焊透以及一些小角度所存在的盈利。峰值應力不會造成比較明顯的變形，但其會造成一定的脆性鍛煉或疲勞裂紋擴展。

2 化工設計中的管道應力分析

由于化工生產規模的不斷擴大，各種新型工藝及設備的應用和推廣，對于化工管道提出了更高的要求和標準，相應的其管徑和壁厚也在不斷增加，所以加強其對管道的應力分析有著比較關鍵的作用。因為化工行業的管道相對特殊，所以其采取的英語分析方法也不相同，根據目前的行業發展現狀來看，比較常見的應力分析方法主要有目測檢驗法、簡單分析法和計算機輔助應力分析法。

2.1 目測檢驗法

一般針對運行狀況良好管道的柔性相同或相近的能夠采取目測檢驗的方法來進行管道應力分析，結合相鄰管道的分析經驗進行對比，通過觀察就能夠發現其應力集中點，確認其工作的應立即中狀況。但這一方法僅僅適用于工作經驗豐富的工程師。

2.2 簡單分析法

簡單分析法是通過簡單的圖表以及公式計算對管道應力進行分析，可以保證管道具有一定的柔性，雖然無法進行精確的載和應力計算，但這種分析方法相對簡單，具有一定的普及性和應用性。

2.3 計算機輔助應力分析

通過采取專業的管道應力分析軟件來對具體管道展開盈利數據分析。根據其具體結構來判斷應力集中點。同時計算機相關軟件還能夠對管道應力分布進行模擬，使得整個管道應力分析過程更加直觀可靠，這種方法也是針對于要求精度較高且對于其安全性力度較大的管道分析。

3 管道應力分析的主要內容

①計算壓力荷載和持續載荷作用下的管道一次應力--防塑性變形破壞;②計算管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移載荷作用下的管道二次應力--防止疲勞破壞;③計算管道對機器、設備的作用力--防止作用力太大，保證機器、設備正常運行。計算管道支吊架受力，為支吊架設計提供依據;④計算管道支吊架的受力--為支吊架設計提供依據;⑤管道自振頻率分析--防止管道系統共振;⑥管道強迫振動響應分析--控制管道振動及應力;⑦往復式壓縮機氣柱頻率分析--防止氣柱共振。

4 管道受力狀況的改善方法

4.1 增加管道柔性

在進行化工管道設計的過程中要充分考慮管道柔性，有效提升管道柔性在一定程度上能夠通過修改管道走向、選用彈簧支吊架或是波紋管膨脹節來達到。可以結合管道長度固定點的位置來有效提升管道柔性的原理，遇到管道在某一方向過硬時能夠通過延長其長度來提高管道柔性，這也是最簡單便捷的方法。彈簧支吊架的基本原理是通過放松其約束力來達到提高管道柔性的目的。

4.2 合理選用并設置管道支吊架

支吊架在整個管道排布系統中有著關鍵作用，其合理應用能夠有效降低管道的應力集中，但如果其選擇不當則會導致管道由于超載和負重而出現是盈利超標的問題。同時安裝科學合理的支吊架還能夠有效減少管道二次應力以及設備受到的管道推力，從而為管道和設備的穩定工作提供堅實的基礎保障。另外選擇科學合理的支架于往復機械的振動管道來講，還可以在一定程度上降低管道振動頻率。

5 結語

綜上所述，化工管道應力分析是化工行業開展生產運行的重要基礎，因此工作人員必須引起足夠的重視，加強對化工管道的盈利分析，根據具體的管道分布情況來確定管道分析方法，從而進行科學合理的管道分析。

參考文獻：

[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）.