對(duì)石油化工管道應(yīng)力設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考

梁亞玲

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇南京 210000）

對(duì)石油化工管道應(yīng)力設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考

梁亞玲

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇南京 210000）

基于當(dāng)前石油化工安全事故頻發(fā)以及人們對(duì)石油化工管道設(shè)計(jì)的重視，主要介紹了石油化工管道應(yīng)力的相關(guān)問(wèn)題以及柔性設(shè)計(jì)問(wèn)題，并以某工程實(shí)例，對(duì)石油化工管道設(shè)計(jì)提供一些參考。

石油化工；管道；應(yīng)力分析；柔性設(shè)計(jì)

1 管道應(yīng)力分析簡(jiǎn)述及其引發(fā)問(wèn)題

1.1 管道應(yīng)力分析簡(jiǎn)述

管道應(yīng)力指管路在實(shí)際工作中，由于受到內(nèi)部介質(zhì)壓力、溫度以及自重的影響，或是管路受到外界自然條件與管道端點(diǎn)強(qiáng)制性位移等所形成的應(yīng)力。載荷理性不同，管道所承受的應(yīng)力也有所不同，而管道本身的損害程度也將發(fā)生變化。通常情況下，可將管道承受的應(yīng)力分為如下3種類(lèi)型：

（1）因?yàn)閴毫?、重力或是其他?lèi)型外力載荷的同時(shí)作用導(dǎo)致管道承受應(yīng)力。管道是外部載荷的主要承擔(dān)物質(zhì)，基于外力的不斷增加，載荷量也將隨之增加。若管道內(nèi)部的塑性范圍擴(kuò)展至最大值，縱使外力載荷量停止增加，管道依舊形成無(wú)法限定的塑性流動(dòng)，進(jìn)而造成管道本身被破壞。

（2）二次應(yīng)力主要指管道因受到溫度、端點(diǎn)強(qiáng)制移動(dòng)等位移載荷對(duì)本身作用而形成的應(yīng)力。該應(yīng)力形成的目的是滿(mǎn)足管路變形協(xié)調(diào)，彈塑性總變形量可對(duì)管路當(dāng)中的不連續(xù)性進(jìn)行協(xié)調(diào)，塑性流動(dòng)便會(huì)中斷，變形也不再持續(xù)擴(kuò)大。

（3）峰值應(yīng)力：因?yàn)楹奢d與結(jié)構(gòu)形狀出現(xiàn)局部區(qū)域突變，該現(xiàn)象常出現(xiàn)于管道內(nèi)焊縫咬邊區(qū)域或是氣孔位置，進(jìn)而導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，從而形成較高的應(yīng)力值。

1.2 管道應(yīng)力引發(fā)的問(wèn)題

管道應(yīng)力較為容易引發(fā)的問(wèn)題以安全問(wèn)題為主，管道在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)管道設(shè)計(jì)的安全性能要求有如下三方面，分別為耐壓強(qiáng)度、耐腐蝕性以及密封程度。針對(duì)管道耐壓強(qiáng)度以及耐腐蝕性，設(shè)計(jì)人員選用達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)材料，便能有效避免管道內(nèi)石油由于環(huán)境問(wèn)題的影響而導(dǎo)致管道發(fā)生問(wèn)題。若管道布設(shè)存在不合理問(wèn)題，或是管道柔性較低難以承載一定應(yīng)力，便有可能導(dǎo)致石油化工企業(yè)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在安全隱患。如外界穩(wěn)固在變化過(guò)程中，熱銷(xiāo)量較大進(jìn)而令管道的關(guān)口出現(xiàn)破損，管架損壞的問(wèn)題。若本身便為動(dòng)力設(shè)備，便需思考震源所具有的振動(dòng)頻率與管道本身具備的固體頻率是否一致，以免出現(xiàn)共振問(wèn)題，進(jìn)而造成管道本身被破壞。

2 管道柔性強(qiáng)化措施及要求

2.1 管道柔性強(qiáng)化措施

針對(duì)上述問(wèn)題，建議設(shè)計(jì)人員選用如下3種方法解決：

（1）更改管道集合布置方法。相比傳統(tǒng)管道連接方法，添加管道彎頭數(shù)量以及改變彎頭的實(shí)際走向，通過(guò)增設(shè)大量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的管道數(shù)量以達(dá)到提高管道柔性的目的。無(wú)論是處于二維平面當(dāng)中，還是處于三維空間當(dāng)中，幾何布置在改變的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需確保管道兩端端點(diǎn)位置不會(huì)發(fā)生變化。

（2）設(shè)計(jì)管道支撐環(huán)節(jié)過(guò)程中，建議設(shè)計(jì)人員選用彈簧支吊架。通過(guò)該設(shè)備能夠有效降低支撐點(diǎn)對(duì)管道垂直位移的限制，但不建議設(shè)計(jì)人員大范圍應(yīng)用。若彈簧支吊架應(yīng)用規(guī)模過(guò)大或是范圍過(guò)廣，較有可能對(duì)管道本身穩(wěn)定性構(gòu)成一定影響。

（3）添加膨脹節(jié)。針對(duì)部分相對(duì)較為特殊的情況下，設(shè)計(jì)人員無(wú)法通過(guò)添加管道的長(zhǎng)度以及彎道的總量以達(dá)到提高管道柔性的目的。如管道直徑相數(shù)值相對(duì)較大，或是業(yè)主對(duì)施工工藝本身的要求較為特殊。此時(shí)，建議設(shè)計(jì)人員使用添加膨脹節(jié)的方式以提高管道本身柔性。雖然該方式較為有效，但膨脹節(jié)本身價(jià)格較為昂貴，制造過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，不僅增加了建設(shè)成本，同時(shí)也延長(zhǎng)了施工工期，所以，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量避免應(yīng)用。

2.2 管道柔性設(shè)計(jì)過(guò)程中的考慮范圍

設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，還需考慮如下內(nèi)容：

（1）管道溫度，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，管道的溫度不宜高于-50℃，或是不低于100℃。

（2）設(shè)管道溫度的設(shè)計(jì)工作與布置工作應(yīng)結(jié)合柔性管道直徑的取值范圍以及實(shí)際情況決定。

（3）可能受到外力強(qiáng)制位移現(xiàn)象的管道必須增加管道的柔性。

（3）針對(duì)同敏感設(shè)備如汽輪機(jī)、離心泵等設(shè)備相連的管道，應(yīng)予以注意。

3 工程實(shí)例

某石油化工企業(yè)開(kāi)展125t/a重油催化裂化項(xiàng)目，針對(duì)與煙氣輪機(jī)相連的進(jìn)口管道，企業(yè)有如下要求：管道溫度為655℃，壓力值達(dá)到0.36MPa，管路規(guī)格為Φ1 030×12。管道從三旋出口EL+ 25 000下到達(dá)EL+7 000m，后水平前進(jìn)13米左右之后流入煙氣輪機(jī)。該管道直徑相對(duì)較大，承受的溫度高且煙氣輪機(jī)管咀受力允許值不高，僅僅應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)管道進(jìn)行自然補(bǔ)償難以達(dá)到實(shí)際需求。針對(duì)該現(xiàn)象，建議設(shè)計(jì)人員將兩個(gè)鉸鏈型膨脹節(jié)安設(shè)于立管之上，同時(shí)將教練型膨脹節(jié)安設(shè)于水平管當(dāng)中，于同一平面內(nèi)構(gòu)成三鉸鏈性膨脹節(jié)系統(tǒng)，從上至下設(shè)定為A、B、C三個(gè)鉸鏈型膨脹節(jié)，若數(shù)值管段出現(xiàn)熱膨脹現(xiàn)象，則現(xiàn)象由B與C了兩個(gè)膨脹節(jié)動(dòng)作進(jìn)行吸收。若水平管段發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，則由A，B兩個(gè)膨脹節(jié)動(dòng)作完成吸收。不僅如此，建議設(shè)計(jì)人員將彈簧吊架安設(shè)于管口區(qū)域，進(jìn)而減少管道垂直方向承受的力，以便使煙氣輪機(jī)入口管咀的受力值減弱，直至其達(dá)到能夠接受的程度。

4 結(jié)束語(yǔ)

管道應(yīng)力強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)直接關(guān)系到管道之后使用的安全性與穩(wěn)定，若管道本身柔性不足，而所受的應(yīng)力相對(duì)較大，則管道必然出現(xiàn)損壞，進(jìn)而形成安全隱患甚至引發(fā)事故。因此，作為設(shè)計(jì)人員，必須熟悉如何降低管道應(yīng)力，并提高管道柔性，以保證石油化工企業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

[1] 張浩.關(guān)于化工管道的支吊架設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考[J].橡塑技術(shù)與裝備，2015，（2）.

[2] 劉鏡鋒.關(guān)于石油化工裝置支吊架設(shè)計(jì)在配管設(shè)計(jì)中的探討與研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，（12）：75；90.

Consideration on Stress Design of Petrochemical Pipeline

Liang Ya-Ling

Based on the frequent accidents of petrochemical safety and the importance of petrochemical piping design.This paper mainly introduces the stress related problems and the flexible design problems of the petrochemical pipeline，and provides some reference for the design of the petrochemical pipeline with an engineering example.

petrochemical industry；pipeline；stress analysis；f exible design

TQ055.81

A

1003-6490（2016）11-0072-01

2016-10-30

梁亞玲（1981—），女，河北石家莊人，工程師，主要從事化工管道合理化配置工作。