化工設計中管道應力分析軟件的應用探索

李東偉 楚鵬飛

摘要：在化工企業(yè)中，化工管道占有舉足輕重的地位?；す艿赖氖芰Τ潭葘艿赖男阅苡泻艽蟮挠绊?。通過對化工管道應力的分析，可以有效地保障管道的質(zhì)量，從而提高化工企業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，確?；て髽I(yè)的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：化工設計;管道應力;分析軟件;應用探索

1、管道應力

1.1管道應力分析的目的

工業(yè)管道在輸送各種介質(zhì)時，對介質(zhì)的儲存環(huán)境有很高的要求，而在完成管道的安裝后，必須對管道的安全進行合理有效的檢查，以降低對環(huán)境的污染和安全隱患。在對管道應力進行分析時，必須滿足標準應力范圍、管道連接裝置的性能要求、管道連接部位的安全標準、管道不同部位的承載力計算、管道在輸送介質(zhì)時可能發(fā)生的機械振動、壓力脈動等問題。

1.2管道應力分析的主要內(nèi)容

從正確建立模型、真實描述邊界條件、正確分析計算結(jié)果等方面，對管道的應力作了詳盡的分析。采用管道應力計算軟件，運用力學、數(shù)學等有關(guān)理論，構(gòu)建了一套完整的管道系統(tǒng)模型，以確保該模型能夠進行離散，以達到較好的應力分析結(jié)果。邊界條件的描述多集中在限制支架、閘門等方面，這些限制支架等對管道的性能有一定的影響。

2、管道應力分析軟件的應用

在化學工業(yè)中，管道的設計將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。將管道應力分析軟件用于化學工程的設計，可以有效地保證管道的設計和施工，確保介質(zhì)輸送的安全性，并為化工企業(yè)的安全生產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。在化學工程設計中，管道應力分析軟件的應用，可以從以下幾個方面著手。

2.1管內(nèi)應力狀況的改進方法

管道的應力狀況受到多種因素的影響，在進行應力分析前，必須對管道的應力狀況有一定的認識，并采取相應的改進措施，以便對管道的應力進行分析。

2.1.1管道支架的合理選擇與安裝

支架是管道工程中的關(guān)鍵支撐與控制，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到管道的使用效果。在選擇和布置管道支架時，應始終以確保管道的質(zhì)量和科學合理為首要原則。在管道布設中，懸臂梁的承載能力是由管道本身的質(zhì)量決定的，如果支架不能滿足管道的承載能力，則會增大管道所受的應力，從而增加管道的彎曲、損壞等問題。所以，在選擇支架時，除了要注意合理地進行支架的合理設計外，還應根據(jù)管道的型號、特性，選擇合適的支架。在具體安裝支架時，應注意與管道承重支架之間的間隔，使之達到相應的規(guī)范;充分發(fā)揮管道的天然補償性能，達到管道的柔性要求，以確保管道的施工質(zhì)量。

2.1.2機槍管道柔性

軟管的柔性是衡量其所能承受的應力的重要指標，適當?shù)丶訌娖淙嵝?，可以使其在面對應力增大時仍能保持良好的性能。在目前的情況下，加強軟管的柔性是目前管道設計的首要任務。改變管道走向、選用波紋管擴張節(jié)和彈性支架是提高管道柔性的主要途徑。在此基礎(chǔ)上，采用變管方向和采用彈性支架，可以滿足大部分管道的設計需求，而采用波紋管擴張接頭，則是用于大直徑管道的場合。在兩個固定點的位置上，通過適當?shù)募娱L來提高管道的柔性，可以使管道的方向發(fā)生變化。彈簧懸掛裝置的應用，主要是利用懸臂梁的縱向位移，使其鋼性下降，從而使其在約束松弛的情況下，增加其彈性。

2.1.3冷緊法施工

采用冷緊法，可以有效地控制管道所受的熱應力，從而使其應力與實際應力水平相適應，從而降低其在使用初期對其性能的影響。另外，采用冷拉法可以有效地降低法蘭接頭處的彎矩引起的泄漏。但是，由于采用了冷拉法并不能改變鋼管的熱膨脹應力，所以必須充分考慮鋼管的實際受力狀況。

2.2管道應力軟件分析的應用

2.2.1管道的熱應力及柔性調(diào)節(jié)

管道的柔性是由于管道的應力作用所表現(xiàn)出的特性，在管道工程完工后，會受到各種壓力的作用，從而使管道發(fā)生不同程度的變形。管道的熱膨脹、冷縮和變形都會對管道的變形造成很大的影響。所以，在進行管道建設時，必須充分考慮管道的彈性應力?；瘜W產(chǎn)品在化學生產(chǎn)中的應用是非常廣泛的。因此，確保化工產(chǎn)品的安全，必須確保管道的質(zhì)量。

2.2.2減少管道振動的方法

管道運行后，管道振動是一個常見的問題。長期存在的管道振動問題，會造成管道破損、泄漏，嚴重影響管道的運輸和外部生態(tài)環(huán)境。在化工管道輸送過程中，這個問題是最具毀滅性的。在解決管道振動問題時，可以根據(jù)管道的受力來控制輸送過程中的受力狀況，從而減少管道的振動次數(shù)和頻率。特別是在管道振動控制方面，應先選用具有良好抗震性能的管材，然后在管路系統(tǒng)中可能發(fā)生管路振動的部位設置緩沖或孔板，以減小管路的脈動。

2.3管道應力分析軟件在工程中的具體應用

2.3.1適用范圍

在計算管道的拉力時，一般采用靜、動兩個方面。靜力分析包括管道一次應力、二次應力、管道對各種機械設備的應力、支吊架應力、法蘭應力、管道位移等。本文對管道的固有頻率、強迫振動響應、替代壓縮機氣柱頻率、壓力脈動、管道地震等動力特性進行了研究。通過管道應力分析，可以對管道的塑性、疲勞損傷程度、工況、管道泄漏、管道共振、氣柱共振、地震應力過大等進行控制。

2.3.2基礎(chǔ)流程

為保證模型的精確性與科學性，在資料輸入時，除了要留意管道內(nèi)的各種管件的替代性資料外，還應充分運用分析軟件所提供的資料，對所需的管道進行合理的選擇，既能保證管材的材質(zhì)符合工程的要求，又能保證工程的質(zhì)量。該軟件主要包括約束、位移、支吊架和管口四種情況。管道應力計算軟件是管道應力計算的重要組成部分，在進行計算時，還將邊界條件考慮在內(nèi)。在管道應力分析軟件給出最后的計算結(jié)果后，需要根據(jù)計算結(jié)果，對管道的現(xiàn)有設計和資料進行相應的調(diào)整，使其符合實際的應力需求。

3、結(jié)語

管道應力計算軟件在化工領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。目前，我國化工企業(yè)正日益重視安全、提高生產(chǎn)效率。管道應力分析軟件的運用，可以有效地解決目前化工產(chǎn)品設計中的一些問題和不足，降低安全事故，同時也可以提高企業(yè)的綜合實力，增強企業(yè)的市場競爭力。

參考文獻

[1] 楊學松. 化工設計中管道應力分析軟件的應用探索[J]. 現(xiàn)代鹽化工，2022，49（1）：70-71.