化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力分析與優(yōu)化

宗源

摘要：對(duì)于化工企業(yè)而言，在其生產(chǎn)工作實(shí)際進(jìn)行的過(guò)程當(dāng)中管道是非常重要的一個(gè)部分。管道不僅可以將各類生產(chǎn)設(shè)備有效地連接起來(lái)，而且可以全面保障管道內(nèi)部流體的安全性。為了有效提高化工管道的整體性能，需要采取一定的方法對(duì)管道安裝、運(yùn)行的應(yīng)力進(jìn)行全面分析。通過(guò)分析結(jié)果，可以在設(shè)計(jì)中采取一些針對(duì)性的措施對(duì)其進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，有效提高化工管道的安全性能。本文對(duì)化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力分析進(jìn)行了討論，并且提出了一些優(yōu)化方法。希望通過(guò)本文可以為相關(guān)工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計(jì);管道;應(yīng)力分析;優(yōu)化

引言：

隨著時(shí)代的不斷向前發(fā)展以及工業(yè)的持續(xù)進(jìn)步，當(dāng)前人們對(duì)管道設(shè)計(jì)技術(shù)的重視程度變得越來(lái)越大。經(jīng)過(guò)多年的研究，當(dāng)前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了極大的突破。管道應(yīng)力分析主要是對(duì)管道在各種應(yīng)用場(chǎng)景中的載荷進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用可以使整個(gè)管道設(shè)計(jì)工作進(jìn)行得更加科學(xué)合理。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，當(dāng)前管道應(yīng)力分析工作在材料規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域取得了非常廣泛的應(yīng)用，并且有效促進(jìn)了這些行業(yè)的發(fā)展。

1管道應(yīng)力的概念

所謂的應(yīng)力實(shí)際上指的就是某種特定材料或部件在承受外力的作用下構(gòu)件的形狀所產(chǎn)生的一系列變化。一般而言，當(dāng)構(gòu)件承受外部應(yīng)力時(shí)由于力的作用會(huì)使構(gòu)件材料的內(nèi)部產(chǎn)生一定的形變，原子之間的位置或多或少都會(huì)產(chǎn)生一定的變化。而應(yīng)力實(shí)際上指的就是內(nèi)力順著整體斷面持續(xù)分布的單位面積上的內(nèi)力強(qiáng)度。當(dāng)根據(jù)實(shí)際需求對(duì)化工生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，管道是非常重要的一類運(yùn)輸介質(zhì)。由于石油化工產(chǎn)品本身所具有的一些化學(xué)特性，為了對(duì)其進(jìn)行有效且安全的運(yùn)輸，對(duì)管道的要求也非?？量獭Ｒ虼诵枰獙?duì)管道在使用中承受的應(yīng)力進(jìn)行全面分析。

2應(yīng)力的分類

管道在使用的過(guò)程當(dāng)中，由于外部環(huán)境因素產(chǎn)生的應(yīng)力一旦大于材料本身的最大屈服強(qiáng)度，那么材料將會(huì)在工作中產(chǎn)生塑性變化，從而使產(chǎn)品運(yùn)輸工作的安全受到威脅。此外如果管道在高溫的環(huán)境下，由于高溫作用會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力松弛以及蠕變等情況，從而讓管道內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生變化。不同應(yīng)力對(duì)管道的使用狀態(tài)影響不盡相同，因此需要根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生的實(shí)際情況對(duì)效應(yīng)進(jìn)行有效限定。一般而言，一次應(yīng)力、二次應(yīng)力以及分子應(yīng)力是管道應(yīng)力最為常見(jiàn)的三大類型。

3需要進(jìn)行應(yīng)力分析的管道

并不是所有的管道都需要對(duì)其進(jìn)行全面的應(yīng)力分析。一般而言，一些管道由于本身使用材料及柔性非常優(yōu)異，因此無(wú)需對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算也可以取得十分有效地使用效果。只有在涉及以下幾種類型的管道時(shí)才需要對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析：

第一，一般管道。一般管道在使用中如果遇到以下幾種類型應(yīng)當(dāng)對(duì)其承受的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，分別是內(nèi)部絕熱管道、脆性材料的管道、整體冷裝置的管道。

第二，與空冷器直接連接的管道。這些管道在使用中工作環(huán)境的溫度很可能超過(guò)120度，因此有必要對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析。

第三，與爐子直接相連的管道。這些管道的工作環(huán)境溫度很可能超過(guò)230℃，在這樣的情況下，如果管道的直徑大于150毫米則必須要對(duì)其進(jìn)行管道應(yīng)力分析，以全面保障其使用中的穩(wěn)定性。

4化工管道應(yīng)力分析的主要內(nèi)容

對(duì)于管道分析工作而言，在實(shí)際進(jìn)行中主要分為靜力分析及動(dòng)力分析兩大類型，以下對(duì)其進(jìn)行一一介紹：

4.1動(dòng)力分析

在相關(guān)工作人員根據(jù)自身工作需求對(duì)化工管道進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，主要需要進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作：

第一。對(duì)化工管道應(yīng)力影響較大的往復(fù)式壓縮機(jī)在應(yīng)力分析的過(guò)程當(dāng)中，需要單獨(dú)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行受力分析工作。在分析時(shí)需要重點(diǎn)對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)氣柱頻率與壓力脈動(dòng)給化工管道造成的影響進(jìn)行重點(diǎn)研究，并且對(duì)其產(chǎn)生的影響采取一定的方式方法進(jìn)行合理化控制。從而防止化工管道在后續(xù)使用的過(guò)程當(dāng)中，由于種種因素的影響產(chǎn)生共振現(xiàn)象，最終使管道使用的安全穩(wěn)定性得到有效保障。

第二，當(dāng)化工管道在使用的過(guò)程當(dāng)中，被應(yīng)用于對(duì)各類化工介質(zhì)進(jìn)行輸送的時(shí)候或多或少都會(huì)受到多種外力的聯(lián)合作用。在這樣的情況下，化工管道很可能出現(xiàn)振動(dòng)效應(yīng)。因此為了保障化工管道的安全使用性能，應(yīng)當(dāng)對(duì)化工管道產(chǎn)生振動(dòng)的具體原因進(jìn)行全面分析。只有這樣才能夠?qū)す艿赖谋黄日駝?dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，從而采取針對(duì)性的方式對(duì)化工管道應(yīng)力進(jìn)行研究。

4.2靜力分析

靜力分析工作正在進(jìn)行中主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

第一，當(dāng)化工管道在應(yīng)用中需要承受外界作用力時(shí)，管道以及與其相連接的其他設(shè)備會(huì)形成反作用力對(duì)管道使用造成影響。為此研究人員需要對(duì)化工管道的反作用力進(jìn)行分析之后對(duì)管道的受力情況進(jìn)行全面研究，并且采取一定的方式方法將管道承受的外部應(yīng)力控制在安全的范圍之內(nèi)，保障生產(chǎn)工作的安全進(jìn)行。此外對(duì)管道的支吊架也必須進(jìn)行受力分析，防止化工管道在承受外部用力之后出現(xiàn)管道泄露的情況。

第二，當(dāng)化工管道不具備位移約束的時(shí)候需要對(duì)其變形、熱脹冷縮等造成的二次應(yīng)力進(jìn)行分析，最終形成應(yīng)力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。將二次應(yīng)力控制在安全的范圍之內(nèi)，防止二次應(yīng)力對(duì)管道的正常使用產(chǎn)生影響。

5改善管道應(yīng)力的方法

5.1使用冷緊方法

在化工管道安裝工作進(jìn)行的過(guò)程當(dāng)中，可以采取冷緊技術(shù)對(duì)運(yùn)行初期管道受到的力矩進(jìn)行合理化降低，使化工管道在熱脹情況下形成的應(yīng)力凝聚在冷態(tài)當(dāng)中。此外也可以進(jìn)一步減少連接處承受的應(yīng)力，使管道的安全使用得到有效保障。

5.2提高管道的柔性

管道的柔性足夠的話可以有效保障管道在使用中的形狀。此外通過(guò)一定的方法全面提高管道的柔性，可以防止管道在使用中形成應(yīng)力。具體而言可以通過(guò)波紋管膨脹節(jié)、彈簧支吊架等方式來(lái)有效提高管道的柔性。

6結(jié)束語(yǔ)

隨著化工產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，采取必要方式提高化學(xué)化工設(shè)備在使用中的安全性已然成為當(dāng)前人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。而要想提高管道的安全性，始終離不開(kāi)管道應(yīng)力分析工作。通過(guò)該項(xiàng)工作可以為管道設(shè)計(jì)提供精確的數(shù)據(jù)支持，因此管道應(yīng)力分析對(duì)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著非常重要的意義。

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