如何正確分析化工管道設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力

米拉提汗(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

如何正確分析化工管道設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力

米拉提汗(新疆化工設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

化工管道是化工設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要組成部分，就目前國(guó)內(nèi)化工行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)而言，化工管道的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁雜的作業(yè)，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)整個(gè)化工材質(zhì)，化工試劑，及化工壓力容器等進(jìn)行全方位的了解。在化工管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)化工材料的應(yīng)用以及管道的應(yīng)力進(jìn)行分析，大部分的化工管道的設(shè)計(jì)材質(zhì)質(zhì)量都是固定的，因此，化工管道的設(shè)計(jì)人員就尤其要注意化工管道應(yīng)力的分析。由于化工管道設(shè)計(jì)人員在管道設(shè)計(jì)的時(shí)候都不知道如何正確分析化工管道中的管道應(yīng)力問(wèn)題，因此在下面的時(shí)間里筆者將會(huì)談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

化工管道；化工管道設(shè)計(jì)；化工管道應(yīng)力

由于最近這些年我國(guó)化工行業(yè)化工管道的需求量在不斷的加大，所以化工行業(yè)的管道設(shè)計(jì)水平也有了提高，不少的化工工廠(chǎng)在進(jìn)行化工管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中都會(huì)進(jìn)行管道應(yīng)力分析。可以這么說(shuō)，化工管道的應(yīng)力分析是整個(gè)化工管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)所在，在化工管道設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中只有充分掌握其管道應(yīng)力，才可以確保整個(gè)化工管道設(shè)計(jì)流程的正確實(shí)施?；す艿涝O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的管道應(yīng)力分析，能夠幫助化工企業(yè)節(jié)約項(xiàng)目成本，提高化工項(xiàng)目的效益以及經(jīng)濟(jì)收益，而也就是為什么現(xiàn)如今我國(guó)越來(lái)越重視化工管道應(yīng)力分析的主要原因。

1 化工管道應(yīng)力的分類(lèi)

化工管道的應(yīng)力是面積單位的一種，是物體在介質(zhì)力學(xué)作用下需要承受的最大壓力，簡(jiǎn)而言之就是單位面積上物體需要承受的附加內(nèi)力。需要注意的是，化工管道設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力不能夠在超負(fù)荷作用下進(jìn)行計(jì)算，一旦超負(fù)荷或者是化工管道出現(xiàn)熱脹冷縮，塑性變形，外載過(guò)大，連續(xù)變形等現(xiàn)象的話(huà)，那么必然會(huì)影響管道應(yīng)力分析結(jié)果。在設(shè)計(jì)化工管道的時(shí)候，一定要對(duì)管道應(yīng)力進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算和分析，然后選擇合適的化工管道建筑材料，以此來(lái)確保后期化工工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通常情況下，化工管道的應(yīng)力可以分為以下三種，他們分別是一次應(yīng)力，二次應(yīng)力以及峰值應(yīng)力：

（1）一次應(yīng)力是管道外加載荷的一種，比如在管道設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中經(jīng)常會(huì)遇到的重力和壓力就是比較常見(jiàn)的一次應(yīng)力。由于其不具備制限性，所以一次應(yīng)力是化工管道沒(méi)有辦法自覺(jué)抵抗的外力和壓力，不管化工管道的管道應(yīng)力如何，其都必須要承受這種非自限性的一次應(yīng)力?；す艿涝谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分考慮到一次應(yīng)力的影響，并且管道的設(shè)計(jì)需要能夠滿(mǎn)足一次應(yīng)力外載負(fù)荷的承受力，以此來(lái)確保管道外加荷載以及一次應(yīng)力的平衡。除此之外還有化工管道材料的限制，由于化工管道設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用的材料不同，因此在后期使用的過(guò)程當(dāng)中容易發(fā)生塑性變形，管道破損，地震震動(dòng)，水沖擊等因素的影響，致使管道需要承載不同的負(fù)荷，加大了管道一次應(yīng)力的承受值。

（2）二次應(yīng)力多半是由于管道材料受到溫度影響而形成的，在化工管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果其管道材料超負(fù)荷時(shí)，管道的局部地區(qū)就會(huì)因?yàn)樨?fù)荷超載，而發(fā)生了小區(qū)域的塑性變形。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自我恢復(fù)之后，化工管道可以根據(jù)自身材料的張力，來(lái)平衡自身需要承受的應(yīng)力，然后均勻的分布到整個(gè)化工管道中，將管道已經(jīng)塑性變形區(qū)域的應(yīng)力進(jìn)行分散，以此來(lái)確保整個(gè)管道的使用效果不被破壞。所以，與一次應(yīng)力相比較而言的話(huà)二次應(yīng)力具有自限性。

（3）峰值應(yīng)力這是因?yàn)榛す艿涝O(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的某些零部件松動(dòng)或者是脫落，導(dǎo)致其一次應(yīng)力和二次應(yīng)力迅速增加。雖然峰值應(yīng)力不會(huì)造成管道的束性變形，但是其會(huì)從整體結(jié)構(gòu)上慢慢損壞化工管道，致使化工管道出現(xiàn)裂縫，裂痕，破損，變質(zhì)等現(xiàn)象，從內(nèi)部瓦解整個(gè)化工管道，致使化工管道失去使用的價(jià)值。

2 如何降低化工管道需要承受的管道應(yīng)力

化工管道在化工生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中有著舉足輕重的地位，化工企業(yè)需要根據(jù)化工管道的溫度，壁厚，壓力以及口徑等方面對(duì)其管道應(yīng)力進(jìn)行全方位分析，制定相應(yīng)的降低應(yīng)力的方法，確保管道承受的應(yīng)力能夠符合化工生產(chǎn)的需求。一般來(lái)說(shuō)，降低化工管道應(yīng)力的辦法主要有以下幾種：

（1）在化工管道上設(shè)置支架：由于化工管道在實(shí)際使用的過(guò)程當(dāng)中容易出現(xiàn)破損以及損壞等現(xiàn)象，使降低化工管道應(yīng)力最為有效的方法就是設(shè)置管道支架，管道支架可以幫助減少化工管道承受的應(yīng)力以及重力。在選擇化工管道支架的時(shí)候，一定要優(yōu)先考慮管道支架的承重能力，性能以及材料，優(yōu)先選用高強(qiáng)度，高密度，高硬度，抗壓能力強(qiáng)的管道支架，并且要將支架設(shè)置在管道的彎處。

（2）增加化工管道的柔韌性：在設(shè)置化工管道的時(shí)候，要從化工管道的使用材料上進(jìn)行改革，注意多使用抗壓能力強(qiáng)的柔韌性材料，以此來(lái)完善整個(gè)化工管道的硬件設(shè)施。挑選的柔韌性材料不能夠出現(xiàn)裂痕，哪怕是細(xì)小的縫面也不行，一旦出現(xiàn)裂痕就會(huì)直接導(dǎo)致化工管道承受的峰值應(yīng)力加大，最終影響了整個(gè)管道的使用效果。

（3）做好相應(yīng)的冷緊設(shè)施：化工管道在使用過(guò)程當(dāng)中會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s或者是管道熱應(yīng)力過(guò)大等現(xiàn)象，致使管道局部熱脹應(yīng)力增加，出現(xiàn)管道彎度過(guò)大而引發(fā)泄漏事故的發(fā)生。因此，做好相應(yīng)的冷緊設(shè)施，可以有效的利用管道的熱狀態(tài)，集中對(duì)管道的某一個(gè)區(qū)域進(jìn)行推理以及力矩，減少管道彎處需要承受的應(yīng)力。

簡(jiǎn)而言之，在設(shè)計(jì)化工管道時(shí)，化工管道的設(shè)計(jì)人員一定要將化工管道的應(yīng)力分析放在首位。要知道分析管道應(yīng)力并不是最終的目的，進(jìn)行管道應(yīng)力分析的主要目的就是通過(guò)得出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果，合理的投入到化工管道的設(shè)計(jì)中，確保化工管道設(shè)計(jì)的質(zhì)量，使整個(gè)化工管道得以正常運(yùn)行。

[1]趙麗京.石油化工管道設(shè)計(jì)應(yīng)力分析基礎(chǔ)上的柔性設(shè)計(jì)[J].化工管理,2015,(26):55-56.

[2]許喆.化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力探析[J].化工管理,2015, (24):124.

[3]申云青.有關(guān)化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力的分析[J].山東工業(yè)技術(shù),2014,(19):33.

[4]崔廣東.石油化工管道設(shè)計(jì)的應(yīng)力分析與柔性設(shè)計(jì)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,(16):45-46.