化工管道设计中的管道应力设计

化工管道设计中的管道应力设计

袁健

身份证号码： 51138119880427****

摘要：化工厂需要的各种原材料，一般都是通过管道进行输送的，因此，管道是化工生产中不可缺少的辅助对象。管道应力的计算和检测是管网规划的基础，它对管网规划的完善和生产安全具有决定性作用。在实际化工管道应用过程中，由于管道应力影响对管道运输的安全性能造成威胁，因此在设计过程中需要管道应力进行优化分析，对化工管道的使用安全起到一定保障作用。

关键词：化工管道；管道设计；应力设计

引言：随着时代的发展，我国化工企业步入高速发展阶段，为此，化工管道规划是化工企业的重要内容。化工企业由于其产品的特殊性，决定了它属于潜在高风险企业，对其管道的运行设计首要考虑其安全性能。因此，对管道进行应力分析，以满足化工厂的正常运行，保证人员和工厂的财产安全，最大程度提升行业发展的安全性以及效率。

1化工企业管道的应力分类

1.1一次应力

一次应力，即管道由于外载负荷过重而产生的自然物理现象，其主要指的是设计阶段中，管道遇到的重力导致的应力以及管道自身由于输送原料的自身重力产生的应力。由于一次应力具有没有限制的特性，在实践中，化工管道无法通过抗压性来应对一次应力，其呈正比，无法避免。但是，由于承受压力的大小不同，对管道产生的作用力也存在千差万别，因此，管材本身的性质、管道的设计往往可以对其受一次应力后产生的变形程度起决定性因素，为此，在进行化工管道的设计过程中，应充分考虑一次应力的不可抗性，在实际应用中可能产生的管道压力值进行合理的预判，并采取相应的缓解措施。可以进行管道应力分析计算以后存在强度更高一级的管材，在设计层面克服一次应力对管道未来运行产生的变形危害。

1.2二次应力

化学工业管道的二次次应力一般由运行中的温度因素对化工管材材料产生的胀缩引起的。对于一次应力，二次应力具有较高的自觉性和自限性。即当化工管材的荷载超过其承载能力的极限时，管材的某些部位因无法承受外部荷载而发生了小面积的塑性变形。化学工业中的管道，在经过一定时间的塑性变形后，可以根据自己的受力情况进行平均，使管道的应力分布均匀，并抽离塑性变形区的应力，保证管道重要受灾区慢慢恢复。因此在管道设计中，要充分考虑运行工况对管道的二次应力的影响，高温高压等条件对管道的材质和压力等级都有很高的要求，为防止由于工况的改变，造成管道的应力破坏出现影响管道完整性的现象，应将局部易受工况影响的管道进行局部加强或是更换材质。

1.3峰值应力

峰值应力指的是管道在运行中部分零件脱落或松动而造成的应力情况，其直接指向化工管道的设计过程失误。而且，峰值应力的产生往往会增加一次应力和二次应力的风险。峰值应力虽难以对化工管道系统造成束性的变形，但也会对管道系统形成潜在的损坏风险，对此应力情况，管道极易出现裂缝、破损与变质等问题出现，这样的潜在威胁从某一角度上也降低了该化工管道的存在价值，对于后续的管道使用也会造成影响，可能出现问题。特别是由于峰值应力的状况，管道长时间运行，很容易出现局部设计不合理造成管道运行存在潜在的危害。

2在化工管道设计中管道应力的分析内容

2.1动力分析

第一，在化工管道进行化工介质输送过程中，可根据输送介质之间的差异性，与实际化工管道运行情况进行有机结合，通过分析能够有效得出管道在输送介质中所产生的自振频率，避免在管道输送过程中出现共振现象；第二，通常情况下，复式压缩机的应用对化工管道应力的影响较大，主要影响方式也是通过共振现象进行施加应力，因此，需要对其进行单独的受力分析，其中包括复式压缩机气柱频率、压力动脉等，在此基础上制定相应的预防措施，切实达到降低共振危害的目的；第三，在化工管道介质运输过程中，可能会受到多种外力联合作用产生应力影响，导致化工管道出现被迫振动现象，因此，必须根据实际情况，针对化工管道被迫振动的原因进行深入分析，才能有效了解和掌握其振动规律，为优化化工管道设计提供科学高效的信息依据。

2.2静力分析

1. 当化工管道在进行介质运输过程中，会在遇到外界环境作用的同时，管道自身也存在一定应力值，通过与其他化学设备连接从而形成一定的反作用力，因此，需要根据实际情况，先对化工管道一次应力值进行精准计算，以此为依据将设备的控制能力，以及管道应力值控制在合理范围内，能够有效避免化工管道在静力作用下产生塑性变化；第二，如果在化工管道出现位移现象时，其自身会存在较强的约束力，会在外界环境影响下产生二次应力值，比如热胀冷缩、塑性变性等，因此，在化工管道设计时，需要加大对二次应力的注意程度，应将应力范围控制在以下数式计算数值中，φA=f（1.25φc+0.25φh），其中φA则表示应力控制范围，φc和φh分别表示热态和冷态管材的许用应力，f则代表的是管道伸缩的总循环次数确定的应力降低系数；第三，当化工管道受到外在作用力时，需要在静力载荷的作用下对应力值进行精准计算，在此基础上还会适当的产生一定反作用力，因此，可进一步对化工管道的应力值进行科学设定，确保管道受力程度在可控范围内，有效防止化工管道在静力作用下，使管道关键部位产生塑性变形，保证了化工产生生产的安全性和有效性。

3化工管道设计中降低应力的策略

3.1设置管道支架

设置管道支架来降低化工管道的应力原理，是通过分担管道的压力于重力。对此，管道支架在设置的过程中，应去除部分承重力，以支架的撑力来缓和化工管道承担的应力标准。针对管道结构的设计，其能够在一定程度上评价管道对预应力的承受强度，可以确保管道在实际使用中有着更高的安全性。另外，管道的承压能力根强的情况下，其管道自身的密度也会变大，进而还可以提高管道的抗腐蚀能力，可以确保管道在实际使用中有着更加安全的使用效果，进而达到设计标准。

3.2增加管网的柔韧性

在进行化工管道设计过程中，为了切实达到降低管道应力的目的，需要根据实际情况对化工管道制作材料进行针对性选择，同时还要在满足实际要求的情况下，适当的增加管道的柔性特点，能够有效反映出管道塑性变化的难易程度。对于化工管道柔韧性来说，其与管道的抗压能力具有紧密联系，二者存在正比关系，相应的，提高管道柔韧性，能够对管道中应力的形成起到一定的阻碍作用，在抵抗应力的同时，还具有一定的抗压性和自限性特征，增加管道柔性特点的主要措施包括改变管道走向、波纹管膨胀节以及弹簧支吊架等。

3.3采取冷紧措施降低应力

在化工管道设计过程中，需要充分考虑到在实际管道使用过程中，经常会出现由于局部的热胀应力，导致管道出现塑性变形的情况，继而增加了管道的弯曲程度，以至于出现管道弯曲过大的情况，主要是由于化工管道材料出现热胀冷缩的现象，极易造成化工运输材料泄漏事故，对生产安全带来严重威胁，因此，必须要在设计过程中做好冷紧措施预防方案，才能够有效保证化工生产的安全运行。

结语

为了实现化工企业的管道正常运行，保障企业的安全高效生产，管道设计时必须进行管道的应力分析。同时，在设计和敷设的过程中，要考虑到管道自身的应力的需求，以及企业所在区域可能发生的一些外界干扰，严格要求管道的应力设计，从而全方位地提高化工企业的管道柔性，避免承受应力引起管道断裂等不良现象的发生，为企业和员工带来负面影响。同时要采取合理的应对措施，降低由于应力的存在出现的安全问题，通过合理的应对手段延长管道的使用寿命，保证员工的生命财产安全，提高企业的运行效益。

参考文献：

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