探討化工設(shè)計中的管道應(yīng)力分析

楊媛媛

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

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計;管道應(yīng)力分析;分類;改善措施

隨著我國工業(yè)化水平的不斷提高，人們加快了化工設(shè)計的進度，各種化工制藥設(shè)備裝置也逐漸形成系統(tǒng)化，并具備完善的工藝流程，但因為后期現(xiàn)場的施工以及設(shè)備的安裝鋪設(shè)等等，造成在進行化工管道設(shè)計時差別較大，而在進行管道設(shè)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(chǎn)運行，所以說化工管道應(yīng)力分析有著十分關(guān)鍵的作用，是確?；ぎa(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)的必要前提。

1 管道應(yīng)力分類

1.1 一次應(yīng)力

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

1.2 二次應(yīng)力

一次應(yīng)力的作用造成管道發(fā)生變形而進一步受到約束而出現(xiàn)的應(yīng)力被稱作二次應(yīng)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(yīng)力會隨管道出現(xiàn)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(yīng)力值過大會造成管道出現(xiàn)疲勞破壞的現(xiàn)象。

1.3 峰值應(yīng)力

管道或者其零部件局部熱應(yīng)力效應(yīng)到一次應(yīng)力或二次應(yīng)力的附加增量通常被稱作峰值應(yīng)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(yīng)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(shè)計中的管道應(yīng)力分析

由于化工生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，各種新型工藝及設(shè)備的應(yīng)用和推廣，對于化工管道提出了更高的要求和標準，相應(yīng)的其管徑和壁厚也在不斷增加，所以加強其對管道的應(yīng)力分析有著比較關(guān)鍵的作用。因為化工行業(yè)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(jù)目前的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，比較常見的應(yīng)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(yīng)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(yīng)力分析，結(jié)合相鄰管道的分析經(jīng)驗進行對比，通過觀察就能夠發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力集中點，確認其工作的應(yīng)立即中狀況。但這一方法僅僅適用于工作經(jīng)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(yīng)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(yīng)力計算，但這種分析方法相對簡單，具有一定的普及性和應(yīng)用性。

2.3 計算機輔助應(yīng)力分析

通過采取專業(yè)的管道應(yīng)力分析軟件來對具體管道展開盈利數(shù)據(jù)分析。根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)來判斷應(yīng)力集中點。同時計算機相關(guān)軟件還能夠?qū)艿缿?yīng)力分布進行模擬，使得整個管道應(yīng)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(yīng)力分析的主要內(nèi)容

①計算壓力荷載和持續(xù)載荷作用下的管道一次應(yīng)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(yīng)力--防止疲勞破壞;③計算管道對機器、設(shè)備的作用力--防止作用力太大，保證機器、設(shè)備正常運行。計算管道支吊架受力，為支吊架設(shè)計提供依據(jù);④計算管道支吊架的受力--為支吊架設(shè)計提供依據(jù);⑤管道自振頻率分析--防止管道系統(tǒng)共振;⑥管道強迫振動響應(yīng)分析--控制管道振動及應(yīng)力;⑦往復(fù)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(shè)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(jié)來達到。可以結(jié)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(shè)置管道支吊架

支吊架在整個管道排布系統(tǒng)中有著關(guān)鍵作用，其合理應(yīng)用能夠有效降低管道的應(yīng)力集中，但如果其選擇不當則會導(dǎo)致管道由于超載和負重而出現(xiàn)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(yīng)力以及設(shè)備受到的管道推力，從而為管道和設(shè)備的穩(wěn)定工作提供堅實的基礎(chǔ)保障。另外選擇科學合理的支架于往復(fù)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(jié)語

綜上所述，化工管道應(yīng)力分析是化工行業(yè)開展生產(chǎn)運行的重要基礎(chǔ)，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(jù)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(yīng)力分析中進行詳細應(yīng)力分析管道的確定[J].河南化工，2010（09）.