基于化工設計中的管道應力分析

鄭帥

摘要：針對化工管道進行質量管理分析，才能合理確定最終的產品質量。其中，應力分析具有很重要的戰略地位，而隨著科學技術的提高和產業的發展，應力分析也引起了生產者的廣泛關注和社會各界的重視。該文首次對管線所受到的不同類型應力和應力分析的范圍進行了淺要的探討，并對降低應力值給出了處理辦法。

關鍵詞：化工管道;應力分析;分析范圍;降低措施

引言

化工管道總體設計工作有很大的設計標準和要求，由于這項設計工作本身的特殊性，所以在內部應力的分析方法方面必須得到重視，并且進行深入的研究和討論，由于目前在化工管路總體設計，特別是管路內應力的方案設計上已具有大量的成功經驗，因此通過合理的科學的方案設計，以及采取相應的保護措施，獲得經過優選的化工管路總體設計方法，并且在工作效率上也獲得了令人滿意的成效。

1、化工管道設計概述

化工行業管路建筑設計處于化學工程設計項目管理中的一種，在完成工程項目的運營前期工作，就一定要完成該項建筑設計工作。通過完成化學管路設計方能確保工程項目的成功啟動，而在化學管路建筑設計中，對配水管經過工程設計，選用最優質等級的水管材質是有著嚴格的標準的。石油化工管線在實際工作中，所承受的影響因素很多，其中內壓長期外載，以及溫證冷縮、位移荷載等，均會形成對管子的最大應力，從而使材質形成超極端的現象，也就生成了塑性變形的狀況。同時，因為管線中的環境溫度的改變，導致管子形成松弛、蠕變現象等，也是比較普遍的。

2、化工管道設計中的應力分類

在通常狀態下，物體會遭受外部的受力影響，而在單位體積上物體所承受的外部受力影響，就叫做內部應力作用。所以，在對管網信息進行設計規劃之時，要特別關注在高負載狀況下會發生一些使得內部應力作用增加的情況，也特別要注意在冷熱交替、位置變化等容問題的發生。同時，人們也需要特別關注管線是否會出現塑變。以上，就對管線的精密設計與分析提出了要求。通常，管線的應力計算大致包含了一次應力、二級應力和最大應力三種情形。

2.1一次應力

一次應力產生的原因通常都是源自于外部的受力（比如壓強）載荷。另外，一種內部應力還具備不受限制的特點，也就是說該應力無法將自己的特點進行平衡反抗，必須依靠配合管網承受這種推動力，來實現對抗外部受力的目的。同理，該應力還能夠承擔施加于其上方的一些外部推動力，也是說，它同時具備了平衡應力和外部作用力的特點。不過，當管線中所用的材質質量已超過了規定值，或者壓力即將無法承受時，管線也將承擔超負荷材質所產生的壓力而出現塑變，這對管線的使用壽命也很有影響。根據上面理論，可得知諸如建筑物料和管道的自重或是強風和地震的荷載等來自外部的擾動成分，均可稱為一次應力。

2.2二次應力

通常，當管線受外部各種因素的影響產生熱脹冷縮現象時，也很容易形成這種應力。相反地，這種內應力則往往受到一定限制，因為當管線上所用的材質超過了其承載力范圍時，就會相應地在部分地方產生了管道塑變。在塑變后的很長時間里，正因為管線信息本身就存在著一定的強度，才能將這種壓力進行抵消，進而確保了內應力在管線上分布均衡，當已塑變區域的內應力被分散后，不至于再對管線結構產生二次破壞。

2.3最大應力

在石油化工管網中，當組成部分零件表面發生了松化或剝落的現象，或區域部分受熱過大時，從而影響到有關的另一個局部應力，而這個局部應力就叫做主要局部應力。與上述二種不同，該內部應力并非使管子形成大的塑變，只是使管子從內部形成微小的裂紋，之后逐步增加裂縫，最后產生質變，從而對管子產生破壞。可以發現，這些內部應力大多是由人為擾動或是零部件的破壞引起的。

3、化工管道設計中降低應力的措施

3.1通過增加管道的柔性改變

一般情況下，在管線的設計過程中，管線的柔性能夠反映變形的困難程度，可以通過改變管線的走向、選用彈簧支吊架或波紋管沉降裂縫來提高管線的柔性。首先，改變管線走向可通過管子的長短度來決定，在二個固定的位置上增加管柔性原理下，當管系的任一方面都發生了過硬的狀況時，可增大與其垂直方向管子的直徑，進而提高管線的柔性，從而改善了管線走向有投入較小、工作安全、運行簡便等幾個優點。通過采用彈簧支座和吊掛件，可以利用支座與吊掛件之間的垂直位移來放寬約束，以便于提高管路體系的柔性。而如果直徑很大，受場地影響，也可以采用波紋管道伸縮接頭，特別是低壓大口徑管材更加的合適。然而，由于制作成本高、工藝復雜，尚未被廣泛應用。

3.2合理選用支吊架并正確設置管道支吊架

支吊掛件在整個管路體系當中起著十分關鍵的作用，所以，在選擇和設置支吊掛件的過程當中，不單單是滿足一次應力，與此同時，二次應力在減小管系震動方面也有著舉足輕重的意義，一旦對支吊掛件的選用或設置不合理，將會因為其承受不住管路的重力等因素，而導致一交應力的強度超標。另外，合理設置支架和吊掛件對于減少管路體系的變形也有著重要的效果，能夠有效降低管路的二次應力以及設備所承受的管路推力，為管路和設備的正常工作提供了有力的保證。同時，在往復型機械振動管路中支坐的合理設置也能夠有效地減小管路的機械震動。同時支架和吊掛件的合理設置也應當符合管路所允許的最大跨度規定。宜設置于設備噴嘴周圍。當集中荷載出現時，設備宜盡可能靠近荷載布置。

3.3采用冷緊的方法進行降低

當動作剛開啟時，水冷擰緊方式有助于減小尾部的推動力和轉矩。由于使部分熱應力聚集于管子的冷態，熱膨脹應力就能夠減小在管子熱態端部的推動力和轉矩，從而避免了由于彎矩相等或過大而造成的法蘭連接泄漏。

4、結語

在現代化工研究計算中，管路的內部應力分析方法也是不可或缺的研究內容，其總體規劃設計的可行性和管線的正常工作情況密切相關，在管線信息的相關應用中也起著很重要的作用。因此，通過對管網中存在的問題加以分析，在較大程度上有助于工程設計技術人員對管路進行進一步的完善改造，從而增強了工程設備的合理性、可靠性。

參考文獻：

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