石油化工壓力管道柔性設(shè)計的淺析

王金寶

摘 要：在石油化工裝置中，壓力管道是重要組成部分之一，管道設(shè)計的合理性直接影響化工裝置能否正常運行，一旦管道柔性不足，就有可能導致位置移動，管道斷裂等現(xiàn)象。所以相關(guān)設(shè)計人員都要非常關(guān)注管道布置與管道柔性設(shè)計問題，要按照工藝要求，提高管道柔性設(shè)計水平。

關(guān)鍵詞：石油化工;壓力管道;柔性設(shè)計

1 化工企業(yè)管道應(yīng)力的分類

管道受到外在的應(yīng)力超過了材料自身所能承受的最大限度時，管道材料就會發(fā)生變形，另外，管道受到持續(xù)的外荷載力或者高溫的影響時，管道材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會被破壞，導致管道應(yīng)力發(fā)生變化。但是，不同的管道應(yīng)力所產(chǎn)生的效應(yīng)也會有所差別，根據(jù)不同應(yīng)力對管道產(chǎn)生的破壞，需要采取的處理方法也不太一樣，一般情況下，把管道應(yīng)力分為三大類，分別是一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力。

1.1 一次應(yīng)力

一次應(yīng)力指外在的重力、壓力或者外在的荷載對管道產(chǎn)生的應(yīng)力。一次應(yīng)力沒有自限性，當外在附加的荷載增加時，一次應(yīng)力也會增加，兩者之間存在一定的平衡關(guān)系，但是壓力所產(chǎn)生的作用效果就不一樣，當壓力超過了管道材料自身的承受力時，管道會發(fā)生塑性形變而被破壞。因此，可以得知一次應(yīng)力主要是由于外在持續(xù)的荷載而產(chǎn)生的，管道所承受的持續(xù)外荷載大多數(shù)是介質(zhì)的質(zhì)量、介質(zhì)的內(nèi)壓以及管道本身的重量等引起的。

1.2 二次應(yīng)力

二次應(yīng)力主要是指管道系統(tǒng)在一些不確定的因素下發(fā)生塑性形變時，用來對抗這種塑性形變所產(chǎn)生的力，比如說，在管道熱脹冷縮或者管道發(fā)生位移時就會產(chǎn)生二次應(yīng)力。與一次應(yīng)力不同的是，二次應(yīng)力具有自限性，而且不能根據(jù)外加的荷載力增加而增大，它可以通過自身的塑性變形來降低管道應(yīng)力，二次應(yīng)力的好處就是可以當外在的荷載超過自身承載能力的時候，管道不會變形，自身的特性有效地減少了荷載的危害。

1.3 峰值應(yīng)力

峰值應(yīng)力就是兩次應(yīng)力之上的增量，峰值應(yīng)力的作用并不顯著，在一些方面基本用不到，但是也不能忽視。峰值應(yīng)力通常會在焊接沒有干透的地方出現(xiàn)，如果處理不好，會在管道上形成一些裂縫，經(jīng)過日積月累之后，會造成脆性地損壞。

2 石油化工管道柔性強化設(shè)計

2.1 增加管道柔性設(shè)計

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)計必須經(jīng)過相關(guān)部門審批合格才能開啟建設(shè)工作。管道設(shè)計的質(zhì)量問題非常關(guān)鍵，要首先進行工業(yè)設(shè)計，在石油化工管道工程立項之前，相關(guān)部門要對其提交的可行性研究報告進行審核，共同審議后才能批準，項目設(shè)計人員要根據(jù)資料數(shù)據(jù)進行初步設(shè)計，并不斷修改，每次修改都要向相關(guān)部門報告，同意后才能進行接下來的具體設(shè)計。為增加管道柔性，可以改變管道走向增大柔性。

2.2 石油化工管道設(shè)計準則

在進行管道設(shè)計時不僅要從局部入手，還要針對管道的設(shè)計，從整個生產(chǎn)系統(tǒng)出發(fā)，做好整體設(shè)計。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，在進行管道使用材料的選擇時，一定要充分考慮材料的強度和柔性，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品，比如石油等易燃易爆品，在設(shè)計管道時，一定要對外界環(huán)境進行綜合考慮，設(shè)計相應(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)計要做好保溫設(shè)計，壓力管道設(shè)計要制定相關(guān)的絕熱保冷設(shè)計規(guī)范，設(shè)計師也要嚴格按照這些規(guī)范進行設(shè)計。在保溫設(shè)計中重點是保溫材料的選擇，設(shè)計師要熟悉并掌握靈活使用導熱技術(shù)圖表以及相關(guān)的工程分流的變化，關(guān)注導熱系數(shù)的變化，要看懂壓縮松散材料在其密度下的圖標和導熱方程，使材料的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況進行設(shè)計，通過應(yīng)用具體的標準，并根據(jù)圖表和方程確定保溫材料。

2.3 管道柔性強化措施

要強化石油管道，可以在設(shè)計階段更改管道集合布置方法，添加管道彎頭數(shù)量，改變彎頭實際走向，增設(shè)大量點對點管道數(shù)量，可以達到提高管道柔性的目的。在設(shè)計的位置改變過程中，要確保管道端點位置不發(fā)生變化。涉及管道支撐環(huán)節(jié)中，設(shè)計人員可以選用彈簧支吊架有效降低支撐點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)用范圍擴大，就會影響管道本身的穩(wěn)定性。在管道設(shè)計中比較特殊的部位，設(shè)計人員無法通過增加管道長度和彎道數(shù)量來達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)價格昂貴，制造過程復雜，成本增加，施工工期延長，所以在設(shè)計過程中要盡量避免使用。

3 結(jié)語

為了實現(xiàn)石油化工壓力管道的正常運行，需要進行管道的應(yīng)力分析。尤其在進行壓力管道設(shè)計與布置時，要考慮到管道自身的用力設(shè)計要求，還要結(jié)合具體情況，考慮到設(shè)備的允許受力要求，全方位地提高管道的柔性，避免管道斷裂問題的發(fā)生。

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