淺析化工管道設計中的自然補償

潘恒 沈顯超

摘 要：隨著我國社會經濟的發展，科學技術的進步，我國的化工工業也得到了蓬勃的發展。在這一過程中，化工管道的設計尤為重要，特別是化工管道設計中常用的自然補償方法。隨著人們生活水平的提高，人們對于化工管道設計的安全性以及環保性能有了更高的要求。為了更好地滿足社會發展的需求，化工管道設計研究人員就要對如何獲取更高的熱補償這一問題進行更深入的研究，并制定出科學、高效的方法來解決化工管道設計中的熱補償問題，以此來確保系統運轉過程中的穩定性與安全性，并在最大程度上降低管道壓力損失、減少材料使用、占地等，避免資源浪費。

關鍵詞：化工;管道;設計;自然補償

在我國現階段，隨著我國城市化建設的不斷加快，我國的工業化水平也在不斷的提高。化工產業是工業發展領域中重要的組成部分，也是一個十分關鍵的環節。在我國工業長期發展的過程中，各行各業的能量供應以及燃料資源等都需要通過管道進行輸送，管道輸送是當前最為方便、快捷、高效的輸送方式。

1 化工管道設計中的自然補償法概述

化工管道在使用時，如果不對其進行支撐和限制，隨著環境溫度的升高，化工管道就會發生熱脹冷縮的現象，進而發生嚴重的變形。而當化工管道進行自然收縮時，設備或者是其他的部件造成熱應力不受影響。在設計時，對管道施加合理的約束限制，選取合理的支架形式，能夠有效的控制管道的自然收縮對管道安全性和穩定性造成的影響。能起到支撐和限制作用的主要為支撐框架、相連接的設施以及其他部件等。因此當環境溫度發生較大的變化時，熱應力也會隨之產生，并影響支撐和限制化工管道的框架以及設備，從而使得化工管道以及相連接的設施發生故障而不能進行正常的運作，甚至還會引發非常嚴重的安全事故。因此為了避免熱應力的出現，就必須將化工管道的柔性進一步增強，從而避免由于環境溫度變化使得化工管道形成熱應力，進而對化工管道、支撐框架以及相連接的設施造成不良的影響。在化工管道設計的過程中，首先要將其設備的布置流程進行優化，再優化化工管道的布局。只有當布置流程設計完成后才能對化工管道進行安裝，然后根據管路的走向來分析應力。補償設計一般有兩種方法，一種是使用補償設備，一種是自然補償法。后者由于具有結構簡單、補償效果好、成本低以及使用可靠等優點，因此在進行補償設計時優先采用這種方法。

2 自然補償法在化工管道設計中的應用對象

2.1 對于公稱管徑在100mm以上的化工管道

通常來說物料輸送過程中溫度超過120℃，或者是溫度低于20℃，就應該考慮設置合理的管道柔性補償。自然補償法的應用必然也就能夠表現出較為理想的作用效果，能夠有效規避該類管道運行中可能出現的問題。因為該類化工管道溫度應力是比較突出的，進而也就必然容易導致其熱脹冷縮問題的發生，由此帶來的影響也就需要進行控制。

2.2 對于一些化工管道連接到壓力容器的現象

或者是相應管廊公稱直徑在150mm以上的管道，同樣也需要借助于自然補償法進行處理。尤其是與其他壓力容器相連接的管道，如管道柔性不足，支架設置不當，出現熱脹冷縮，應力集中而致使其產生管口受力過大，會造成法蘭泄露，管道無法進行無應力組對等問題，必然也就需要加強詳細分析和控制，在自然補償法的應用中進行合理設計，降低可能產生的各類危險問題，保證機械、設備的安全。

3 化工管道設計中自然補償法的應用要點

對于化工管道后續運行中產生的熱應力現象，其如果超出了管道材料的承受極限，很可能會出現較為明顯的管道變形問題，進而也就必然會對于管道的安全性產生威脅，最終帶來較為明顯的損失或者是安全事故損害。自然補償法的應用能夠較好借助于管道工程項目中的拐彎處形成Z型或者是L型，進而也就能夠促使其在一定程度上表現為較為理想的彎曲或者是扭轉現象，最終確保其能夠在管道后續熱脹冷縮方面進行有效防控，避免其可能受到的損壞問題，并且對于管道體系的位移形成較為明顯的控制。在當前化工管道設計中自然補償法的應用過程中，為了提升其最終落實效果，重點采用加設彎頭或者是改變管道走向的方式進行處理是比較重要的手段和方法，在當前應用最為廣泛。此外，在一些特殊化工管道設計對象中，還可以通過改變設備布置或者是有效設置相關約束條件來提升其補償效果，為化工管道體系的有效運行服務。結合現階段化工管道設計中自然補償法的實際應用，其需要重點圍繞著相應化工管道的具體分布狀況以及運行特點進行詳細分析，了解具體化工管道設計的自然補償法應用需求和強度，進而也就能夠保障相應化工管道設計中自然補償法的運行較為可靠。當前自然補償法在化工管道設計中的應用主要表現在L形直角彎自然補償以及Z形折角彎自然補償。

4 提高化工管道自然補償能力的主要方法

4.1 提高管道柔性

管道柔性同管道在面對溫度變化時所產生溫度應力的大小有關，柔性大的管道溫度應力影響小，柔性大的管道溫度應力影響大，因此提高管道柔性是改善管道系統性能的關鍵工作，而自然補償法設計的核心就是通過增加管道彎曲度來提高管道的柔性。另外，在平面管道系統中，設計人員也可以通過使用沒有熱膨脹或熱膨脹系數小的管道來增加系統的柔性。

4.2增強管道自身的彈性程度

化工管道壁的彈性大小在一定程度上影響著化學管道的自然補償能力。要想從根本上提高化工管道的自然補償能力，其中最為關鍵一部分就是要確保管道的變形具有一定的彈性，當化工管道在受到外界的作用力時，能夠進行變形后的管道進行自我修復。影響化工管道彈性大小的因素有很多，其中最主要的就是管道的形狀、長度、尺寸以及彈性模量。因此，在化工管道實際的施工期間，要進行全面的勘測與實驗，通過計劃管道的走向來提高管道自身的彈性，同時也要對管道的材質實施實驗與勘探，構建管道受力模型，以此來避免返工，減少浪費現象的發生。

4.3 強化對施工過程的技術管理

實際施工過程中，施工隊應該根據各分項工程的施工質量，形成一定的自檢制度，待自檢合格后才能向現場負責人員報審，之后現場負責人員需要與質量檢查人員一起全面檢查施工質量，在此基礎上做好記錄工作，待檢查合格以后才能繼續進行施工。工程在施工過程中始終不變的話題便是安全，為此在實際進行施工技術管理當中，需要提高對安全技術管理的重視程度，從實際出發制定一系列切實可行的安全管理措施，完成相關安全教育手冊的編寫，在施工人員當中定期不定期的開展安全教育，全面檢查施工現場的安全，避免出現這樣或那樣的安全事故，確保能夠安全且有序地進行工程施工。另外，在施工始終都秉持著以人為本、安全環保、文明施工以及嚴守法規的安全方針，避免出現重要的事故，如火災、機械和設備安全故障等，從而可以有效的保護人員的人身安全，實現安全事故“零”目標。

5 結束語

總的來講，管道是化工企業主要的基礎設施之一，對于保證生產效率以及生產的安全性具有十分重要的意義。為減少管道運行過程中溫度應力對系統的不利影響，管道設計中需要引入自然補償法的思想，借助于簡單的結構調整，實現管道柔性的提高，分散溫度應力，提高整個系統的穩定性，保護管線和設備安全。

參考文獻：

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[3]王一.化工管道設計中常用的自然補償法研究[J].化工管理，2016（02）：24.

作者簡介：

潘恒（1988- ），男，漢族，湖北省武漢市人，碩士研究生，工程師，研究方向：化學工程（石油與天然氣）。

沈顯超（1982- ），男，漢族，湖北省武漢市人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：油氣管道輸送。