化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力分析軟件的應(yīng)用探索

李東偉 楚鵬飛

摘要：在化工企業(yè)中，化工管道占有舉足輕重的地位。化工管道的受力程度對(duì)管道的性能有很大的影響。通過(guò)對(duì)化工管道應(yīng)力的分析，可以有效地保障管道的質(zhì)量，從而提高化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，確保化工企業(yè)的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計(jì);管道應(yīng)力;分析軟件;應(yīng)用探索

1、管道應(yīng)力

1.1管道應(yīng)力分析的目的

工業(yè)管道在輸送各種介質(zhì)時(shí)，對(duì)介質(zhì)的儲(chǔ)存環(huán)境有很高的要求，而在完成管道的安裝后，必須對(duì)管道的安全進(jìn)行合理有效的檢查，以降低對(duì)環(huán)境的污染和安全隱患。在對(duì)管道應(yīng)力進(jìn)行分析時(shí)，必須滿足標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力范圍、管道連接裝置的性能要求、管道連接部位的安全標(biāo)準(zhǔn)、管道不同部位的承載力計(jì)算、管道在輸送介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)、壓力脈動(dòng)等問(wèn)題。

1.2管道應(yīng)力分析的主要內(nèi)容

從正確建立模型、真實(shí)描述邊界條件、正確分析計(jì)算結(jié)果等方面，對(duì)管道的應(yīng)力作了詳盡的分析。采用管道應(yīng)力計(jì)算軟件，運(yùn)用力學(xué)、數(shù)學(xué)等有關(guān)理論，構(gòu)建了一套完整的管道系統(tǒng)模型，以確保該模型能夠進(jìn)行離散，以達(dá)到較好的應(yīng)力分析結(jié)果。邊界條件的描述多集中在限制支架、閘門等方面，這些限制支架等對(duì)管道的性能有一定的影響。

2、管道應(yīng)力分析軟件的應(yīng)用

在化學(xué)工業(yè)中，管道的設(shè)計(jì)將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。將管道應(yīng)力分析軟件用于化學(xué)工程的設(shè)計(jì)，可以有效地保證管道的設(shè)計(jì)和施工，確保介質(zhì)輸送的安全性，并為化工企業(yè)的安全生產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。在化學(xué)工程設(shè)計(jì)中，管道應(yīng)力分析軟件的應(yīng)用，可以從以下幾個(gè)方面著手。

2.1管內(nèi)應(yīng)力狀況的改進(jìn)方法

管道的應(yīng)力狀況受到多種因素的影響，在進(jìn)行應(yīng)力分析前，必須對(duì)管道的應(yīng)力狀況有一定的認(rèn)識(shí)，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，以便對(duì)管道的應(yīng)力進(jìn)行分析。

2.1.1管道支架的合理選擇與安裝

支架是管道工程中的關(guān)鍵支撐與控制，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到管道的使用效果。在選擇和布置管道支架時(shí)，應(yīng)始終以確保管道的質(zhì)量和科學(xué)合理為首要原則。在管道布設(shè)中，懸臂梁的承載能力是由管道本身的質(zhì)量決定的，如果支架不能滿足管道的承載能力，則會(huì)增大管道所受的應(yīng)力，從而增加管道的彎曲、損壞等問(wèn)題。所以，在選擇支架時(shí)，除了要注意合理地進(jìn)行支架的合理設(shè)計(jì)外，還應(yīng)根據(jù)管道的型號(hào)、特性，選擇合適的支架。在具體安裝支架時(shí)，應(yīng)注意與管道承重支架之間的間隔，使之達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范;充分發(fā)揮管道的天然補(bǔ)償性能，達(dá)到管道的柔性要求，以確保管道的施工質(zhì)量。

2.1.2機(jī)槍管道柔性

軟管的柔性是衡量其所能承受的應(yīng)力的重要指標(biāo)，適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)其柔性，可以使其在面對(duì)應(yīng)力增大時(shí)仍能保持良好的性能。在目前的情況下，加強(qiáng)軟管的柔性是目前管道設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。改變管道走向、選用波紋管擴(kuò)張節(jié)和彈性支架是提高管道柔性的主要途徑。在此基礎(chǔ)上，采用變管方向和采用彈性支架，可以滿足大部分管道的設(shè)計(jì)需求，而采用波紋管擴(kuò)張接頭，則是用于大直徑管道的場(chǎng)合。在兩個(gè)固定點(diǎn)的位置上，通過(guò)適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng)來(lái)提高管道的柔性，可以使管道的方向發(fā)生變化。彈簧懸掛裝置的應(yīng)用，主要是利用懸臂梁的縱向位移，使其鋼性下降，從而使其在約束松弛的情況下，增加其彈性。

2.1.3冷緊法施工

采用冷緊法，可以有效地控制管道所受的熱應(yīng)力，從而使其應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力水平相適應(yīng)，從而降低其在使用初期對(duì)其性能的影響。另外，采用冷拉法可以有效地降低法蘭接頭處的彎矩引起的泄漏。但是，由于采用了冷拉法并不能改變鋼管的熱膨脹應(yīng)力，所以必須充分考慮鋼管的實(shí)際受力狀況。

2.2管道應(yīng)力軟件分析的應(yīng)用

2.2.1管道的熱應(yīng)力及柔性調(diào)節(jié)

管道的柔性是由于管道的應(yīng)力作用所表現(xiàn)出的特性，在管道工程完工后，會(huì)受到各種壓力的作用，從而使管道發(fā)生不同程度的變形。管道的熱膨脹、冷縮和變形都會(huì)對(duì)管道的變形造成很大的影響。所以，在進(jìn)行管道建設(shè)時(shí)，必須充分考慮管道的彈性應(yīng)力。化學(xué)產(chǎn)品在化學(xué)生產(chǎn)中的應(yīng)用是非常廣泛的。因此，確保化工產(chǎn)品的安全，必須確保管道的質(zhì)量。

2.2.2減少管道振動(dòng)的方法

管道運(yùn)行后，管道振動(dòng)是一個(gè)常見的問(wèn)題。長(zhǎng)期存在的管道振動(dòng)問(wèn)題，會(huì)造成管道破損、泄漏，嚴(yán)重影響管道的運(yùn)輸和外部生態(tài)環(huán)境。在化工管道輸送過(guò)程中，這個(gè)問(wèn)題是最具毀滅性的。在解決管道振動(dòng)問(wèn)題時(shí)，可以根據(jù)管道的受力來(lái)控制輸送過(guò)程中的受力狀況，從而減少管道的振動(dòng)次數(shù)和頻率。特別是在管道振動(dòng)控制方面，應(yīng)先選用具有良好抗震性能的管材，然后在管路系統(tǒng)中可能發(fā)生管路振動(dòng)的部位設(shè)置緩沖或孔板，以減小管路的脈動(dòng)。

2.3管道應(yīng)力分析軟件在工程中的具體應(yīng)用

2.3.1適用范圍

在計(jì)算管道的拉力時(shí)，一般采用靜、動(dòng)兩個(gè)方面。靜力分析包括管道一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、管道對(duì)各種機(jī)械設(shè)備的應(yīng)力、支吊架應(yīng)力、法蘭應(yīng)力、管道位移等。本文對(duì)管道的固有頻率、強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)、替代壓縮機(jī)氣柱頻率、壓力脈動(dòng)、管道地震等動(dòng)力特性進(jìn)行了研究。通過(guò)管道應(yīng)力分析，可以對(duì)管道的塑性、疲勞損傷程度、工況、管道泄漏、管道共振、氣柱共振、地震應(yīng)力過(guò)大等進(jìn)行控制。

2.3.2基礎(chǔ)流程

為保證模型的精確性與科學(xué)性，在資料輸入時(shí)，除了要留意管道內(nèi)的各種管件的替代性資料外，還應(yīng)充分運(yùn)用分析軟件所提供的資料，對(duì)所需的管道進(jìn)行合理的選擇，既能保證管材的材質(zhì)符合工程的要求，又能保證工程的質(zhì)量。該軟件主要包括約束、位移、支吊架和管口四種情況。管道應(yīng)力計(jì)算軟件是管道應(yīng)力計(jì)算的重要組成部分，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，還將邊界條件考慮在內(nèi)。在管道應(yīng)力分析軟件給出最后的計(jì)算結(jié)果后，需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)管道的現(xiàn)有設(shè)計(jì)和資料進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使其符合實(shí)際的應(yīng)力需求。

3、結(jié)語(yǔ)

管道應(yīng)力計(jì)算軟件在化工領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。目前，我國(guó)化工企業(yè)正日益重視安全、提高生產(chǎn)效率。管道應(yīng)力分析軟件的運(yùn)用，可以有效地解決目前化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題和不足，降低安全事故，同時(shí)也可以提高企業(yè)的綜合實(shí)力，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊學(xué)松. 化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力分析軟件的應(yīng)用探索[J]. 現(xiàn)代鹽化工，2022，49（1）：70-71.