基于化工設計中管道應力的分析

姚程程 劉朋

山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253000

引言

化工工程設計中的配管設計將工藝設計工程化、具體化，其直接影響最終的裝置建設。因此，配管設計在整個裝置設計中起著十分重要的作用，配管設計水平高低直接關系到裝置投資和建成投產后能否長期、安全、平穩(wěn)運行。配管設計中設備布置是否合理，管道材料選用是否合適，管道布置是否科學經濟和美觀，都將直接影響到整個建設過程。

1 化工工藝設計的流程

化工行業(yè)屬于高危行業(yè)，在生產的過程中伴隨著很大的安全風險，這就要求在化工工藝設計方面，必須要嚴格遵守國家有關部門所出臺和制定的安全設計規(guī)律和標準，使得化工工藝安全設計更為有效。化工工藝安全設計的過程就是將化工原材料經由一定化學反應轉化為化工產品的流程設計規(guī)程，其主要包含了以下內容：①原材料處理，化工工藝安全設計中，原材料是關鍵的生產元素，化工工藝只有在原材料的基礎上才能夠開展，在原材料處理的過程中，需使得各種原材料能夠達到化學反應的標準。②工藝條件的控制，化學反應的發(fā)生需在一定的溫度、壓力條件下進行，這就要求在化工工藝安全設計的過程中，需要加強對這些條件的有效設計，使得化學反應能夠在此條件下發(fā)生，保障反應轉化率。③化工工藝的設計與應用，化學反應后的粗產品需經由萃取等手段來進一步處理，以滿足化工產品的實際需求[1]。

2 應力分類

管道應力是管道自身產生的一種內力，是決定管道安全最重要的因素之一，可分為一次應力、二次應力、峰值應力。其中一次應力是由壓力、重力等外加載荷作用于管道而產生的內力，其無自限性，隨外部載荷增加而不斷提高。當其超過管道材料強度（或屈服）極限時，管道將產生不可逆的塑性變形而發(fā)生斷裂等破壞。二次應力是指管道由于熱脹冷縮或者端點附加位移等作用造成管道變形受阻而產生的一種內力，本身不與外力直接平衡。二次應力有自限性，當管道產生少量塑性變形時，即可使應力顯著降低。峰值應力則是由于管道某點所受載荷、結構等發(fā)生局部突變而造成該點應力顯著增大，其管道并不會產生明顯變形，但隨著時間變化可能會造成管道疲勞破壞或者脆性斷裂，一般發(fā)生在高溫高壓或者其他劇烈循環(huán)等惡劣工況下。

3 如何降低化工管道的管道應力

3.1 加強化工物料管理

化工工藝安全設計中，物料是設計過程中必須要密切關注這一要素，設計人員在設計時，如果要全面優(yōu)化和提升安全設計水平，就需要加強物料管理。在化工工藝安全設計上，由于可能會存在物料方面的危險因素，就需要相關設計人員積極根據化工工藝安全設計的相關標準，加強物料風險管理。物料風險管理需要從以下方面來開展：①從物料的選擇和采購方面著手，專業(yè)人員需嚴格按照化學工藝生產的標準，對市場上的同類型化工原材料加以性能和質量等的對比，保障各類化工物料的科學應用，使得物料的使用不僅能夠滿足基本的生產需求，也能夠保障生產的安全性，通過物料的選擇和采購管理，來從源頭上消除物料使用中的危險因素。②加強對物料進場的質量驗收與控制，這一項工作的落實主要是要在物料進場之前，開展嚴格的質量檢測，通過質量檢測來避免不合格物料的進場和使用。③物料進場以后，專業(yè)的物料管理人員需結合實際的化工工藝要求，來依據相應的物料特點，來對物料加以分類存放和管理，尤其要加強對物料存放環(huán)境的管理。

3.2 管道優(yōu)化設計

化工工程管道優(yōu)化設計如下，一是化工工程管道設計需要嚴格按照化工工程既定工藝流程進行。工作人員在設計化工工程管道時需要對其進行架空處理，該處理方式可以在保證管道質量的前提下節(jié)約空間；二是控制好管道之間的距離是化工工程管道優(yōu)化設計中需要注意的問題。比如有些化工工程管道有部分表面是突出的，這樣的管道彼此之間的距離應該在2.5cm以上，至少為2.5cm；三是化工工程管道優(yōu)化設計時需要合理安裝管道位置，管道要盡量避免在吊裝孔區(qū)域和拆卸區(qū)域安裝，一旦安裝在吊裝孔區(qū)域或者拆卸區(qū)域將容易促使氣體進入管道上方；四是沿地面安裝的化工工程管道，需要避免出現跨越設備或者跨越建筑物的情況；五是管道安裝中需要對其彎曲半徑進行重點控制的為固體化工工程管道，通常情況下固體化工工程管道的彎曲半徑與管道直徑兩者之間的比為5∶1。舉例來說，如果化工工程管道直徑為6cm，在5∶1原則下那么化工工程管道彎曲半徑則為6×5=30cm。對于排放氣管道來說，其優(yōu)化設備需要嚴格按照國家既定標準，確保管道布置的安全性和規(guī)范性。

3.3 資金投入以及監(jiān)督管理力度的提升

對于化工企業(yè)而言，在保證生產效率、生產質量可以達到基本目標要求的整個過程中，必須要嚴格按照規(guī)范化、管理化的操作流程進行化工生產作業(yè)，避免由于人為操作失誤等各種問題，引起嚴重的事故。化工安全生產的主要目的是為了為企業(yè)內部員工的人身安全提供保證，同時還可以實現企業(yè)自身經濟效益的有效增長。為了從根本上保安全生產環(huán)境可以在實踐中得到不斷完善和優(yōu)化，需要促使化工企業(yè)不斷在實踐中強調安全生產的重要性，同時還要加大資金投入力度，對先進、合理的生產觀念進行引進和利用，同時還要完善化工生產現有的技術、設備等。這樣做的根本目的是為了盡可能避免在技術、設備等硬件方面出現質量問題。

4 結束語

綜上所述，化工管道的研究設計離不開當下社會中對化工型人才的培養(yǎng)。我國對于化工管道設計已經有著十分先進的水平，并通過不斷的探索與實踐得出來一定的成果和科學結論。在解決管道應力這一問題上，今后的化工產業(yè)必然做出更契合實際、實踐意義更強的研究與分析。