化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力分析

沈秦超

摘要：近年來我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，化工產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型和升級(jí)，但是在化工產(chǎn)業(yè)鏈條中各類管道至關(guān)重要。管道應(yīng)力屬于化工設(shè)計(jì)中管道設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和要素，對(duì)此本文針對(duì)化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力開展有針對(duì)性的分析與研討，希望能夠?qū)Ξ?dāng)前我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的管道設(shè)計(jì)提供必要的參考。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計(jì);管道應(yīng)力;應(yīng)力分析

引言：當(dāng)前我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度越來越快，化工產(chǎn)業(yè)中管道為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，管道設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析，甚至能夠讓整個(gè)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生較強(qiáng)的影響，對(duì)此需要提高對(duì)化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力分析的重視，提高化工設(shè)計(jì)的科學(xué)性和實(shí)效性，在保障化工生產(chǎn)工作效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更多經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

1化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力的分析路徑

我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)水平不斷提高，化工生產(chǎn)領(lǐng)域同樣也實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，眾多化工企業(yè)和工廠不斷擴(kuò)大自身生產(chǎn)規(guī)模，另外在生產(chǎn)效率方面也實(shí)現(xiàn)了巨大的革新和進(jìn)步。與此同時(shí)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開管道的設(shè)計(jì)與相關(guān)要求，為此需要不斷提高化工管道的技術(shù)，改進(jìn)并應(yīng)用新型技術(shù)和設(shè)備，既增加化工管道整體系統(tǒng)的負(fù)載力，也能確保管道的安全性和穩(wěn)定性，因此本文主要從以下三個(gè)方面對(duì)化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力進(jìn)行分析與探討。

1.1目測(cè)檢測(cè)分析

目測(cè)檢測(cè)的方式主要需要在化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域中將兩組或以上條件類似的管道進(jìn)行同步分析。在化工設(shè)計(jì)管道應(yīng)力中對(duì)其特點(diǎn)要求在于柔性，因此可以根據(jù)柔性趨于相近的管道應(yīng)力情況，有效推測(cè)出其他類似或條件相近管道的應(yīng)力狀態(tài)，以此推算管道的受力集中點(diǎn)。但值得注意的是通過目測(cè)的檢測(cè)方式對(duì)化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力開展分析，缺少專業(yè)性的檢測(cè)設(shè)備，往往會(huì)出現(xiàn)誤判問題。在進(jìn)行目測(cè)檢測(cè)時(shí)，也大多屬于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)之談，因此此種檢測(cè)分析方法往往僅適合經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行操作。但是另一方面，因?yàn)椴煌幕ぴO(shè)計(jì)中，管道除了柔性的特點(diǎn)要求以外，同時(shí)兼?zhèn)淞似渌攸c(diǎn)和要素，這也會(huì)導(dǎo)致管道在應(yīng)力方面表現(xiàn)不同，因此應(yīng)用目測(cè)檢測(cè)分析方式進(jìn)行判斷會(huì)出現(xiàn)更大的誤差，因此需要配合其他應(yīng)力分析方式進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，避免因工程師自身經(jīng)驗(yàn)主義操作而影響整體的化工設(shè)計(jì)質(zhì)量水平。

1.2物理方式分析

通過物理方式對(duì)化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力開展分析，需要應(yīng)用專業(yè)性更強(qiáng)的物理方法，例如需要對(duì)化工設(shè)計(jì)的管道圖紙進(jìn)行全面的應(yīng)力分析，并采取必要的物理手段、計(jì)算公式應(yīng)力等等。通過此類物理方式進(jìn)行受力分析，能夠基本了解化工管到的受力，在此基礎(chǔ)上能夠有效實(shí)現(xiàn)化工管道的柔性方面要求。此種物理分析方式雖然僅屬于相對(duì)淺顯初步的分析方法，但是物理方式對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分析精準(zhǔn)度較高且應(yīng)力分析的過程相對(duì)簡(jiǎn)單便捷，因此在很多情況下，能夠應(yīng)用物理方式進(jìn)行應(yīng)力分析和應(yīng)用，這也使得物理方式在化工設(shè)計(jì)管道應(yīng)力分析中能夠?qū)崿F(xiàn)迅速的推廣和應(yīng)用。

1.3計(jì)算機(jī)應(yīng)力分析

現(xiàn)如今各類計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)不斷革新和進(jìn)步，并在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，采取計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件分析的方式能夠有效提高精準(zhǔn)度，應(yīng)對(duì)以往相對(duì)復(fù)雜的工作條件，基于此將計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)管道應(yīng)力分析中意義重大。此類方式能夠直接通過管道應(yīng)力的專業(yè)分析軟件進(jìn)行輔助分析，與此同時(shí)可以直接在計(jì)算機(jī)上形成管道應(yīng)力的模擬環(huán)境和模擬工作狀態(tài)，該方式能夠有效減少化工管道在實(shí)際應(yīng)用過程中產(chǎn)生的問題，也能進(jìn)一步降低化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力以及管道設(shè)計(jì)領(lǐng)域涉及的成本損耗問題。應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用與分析方式能夠?qū)崿F(xiàn)較高水平的精準(zhǔn)度，因此此種分析方法往往被應(yīng)用于精準(zhǔn)度要求較高或化工管道容量較大的設(shè)計(jì)中[1]。

2化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力分析的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

因?yàn)樵诨ぴO(shè)計(jì)中，管道應(yīng)力分析主要可以分為靜力、動(dòng)力分析兩種類型，在不同的分析方式中，同樣也包含多種形式的受力狀態(tài)，確保受力情況發(fā)揮作用，進(jìn)一步滿足化工管道的正常工作。在化工設(shè)計(jì)中，管道應(yīng)力分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，主要可以從以下方面進(jìn)行[2]。一是在壓力荷載和持續(xù)荷載的共同作用下，對(duì)管道一次應(yīng)力開展計(jì)算和分析，此種計(jì)算和分析方式能夠有效減少化工管道出現(xiàn)變形破壞等諸多問題。二是在熱脹冷縮狀態(tài)下以及附加位移荷載作用綜合影響下，進(jìn)行二次應(yīng)力的計(jì)算，以避免化工管道在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作中出現(xiàn)形變問題，產(chǎn)生疲勞破壞。三是深入分析化工管道對(duì)相關(guān)機(jī)械設(shè)備的作應(yīng)力情況，如果作應(yīng)力過大，則難免會(huì)出現(xiàn)影響化工設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。四是嚴(yán)格分析化工管道相關(guān)支架、吊架的受力情況，此種分析方式能夠?yàn)榛す艿赖目茖W(xué)設(shè)計(jì)和有效運(yùn)轉(zhuǎn)提供必要的依據(jù)，合理選擇支吊地點(diǎn)和位置。五是分析化工管道上法蘭受力以及關(guān)系位移情況，避免出現(xiàn)法蘭泄漏或碰撞位移過大等諸多問題[3]。

3化工設(shè)計(jì)中減少管道應(yīng)力影響對(duì)策

3.1以CAESARII軟件計(jì)算管道應(yīng)力范圍

因?yàn)樵诨ぴO(shè)計(jì)中，管道的應(yīng)力情況容易受到多種因素的影響，且應(yīng)力范圍相對(duì)復(fù)雜，因此可以應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)應(yīng)力范圍進(jìn)行計(jì)算，以減少管道應(yīng)力的影響。如表1所示，可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對(duì)化工管道外部管廊位置直管直接與貯罐連接，隨后應(yīng)用管線進(jìn)行具體的連接操作。應(yīng)用CAESARII軟件能夠更加準(zhǔn)確的開展測(cè)算，特別是對(duì)于化工管道的應(yīng)力范圍值情況計(jì)算精度更高，能夠有效提高管道應(yīng)力的針對(duì)性。

3.2合理選擇管道支吊架

在很多化工設(shè)計(jì)中都會(huì)對(duì)管道進(jìn)行支吊架所采用的支吊架，在設(shè)備運(yùn)行和管道運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易發(fā)生受熱位移情況。因此，為了避免對(duì)管道系統(tǒng)造成負(fù)面影響，需要科學(xué)合理的選擇管道支吊架，在架設(shè)方面需要全面考慮管道的應(yīng)力和受力情況，并對(duì)相關(guān)應(yīng)力進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，期間需要考慮支吊架的熱位移要求。因?yàn)楹芏鄰椈芍У跫茉谶M(jìn)行出廠之前已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)整和設(shè)定，因此在進(jìn)行管道安裝時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行螺紋調(diào)整，因?yàn)榇藭r(shí)的彈簧承載狀態(tài)也既是管道設(shè)計(jì)規(guī)定的冷態(tài)荷載。此外應(yīng)用管道支吊架能夠有效緩解應(yīng)力所造成的負(fù)面影響，避免對(duì)管道系統(tǒng)造成更為嚴(yán)重的受力沖擊，但是也要特別注意，如果管道支吊架的位置和架設(shè)方式不科學(xué)不合理，則同樣也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力增加，影響化工管道的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3合理增加化工設(shè)計(jì)管道的抗壓效果

因?yàn)樵诨す艿涝O(shè)計(jì)中，管道的材料強(qiáng)度能夠直接影響管道的柔性特點(diǎn)，如果強(qiáng)度過高，則會(huì)造成柔性變差，這也使得管道容易受到應(yīng)力的影響而發(fā)生破裂等諸多問題，影響化工管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此在化工管道設(shè)計(jì)方面可以增加管道的柔度特點(diǎn)，讓其能夠更好的實(shí)現(xiàn)柔韌性，與此同時(shí)，為了進(jìn)一步達(dá)到管道材料的良好柔性以及合理的抗壓效果，可以應(yīng)用管道走向的變化以及采取波紋管膨脹節(jié)等多種措施搭建化工管道系統(tǒng)。在此類管道系統(tǒng)的作用之下，如果某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)硬度過大的問題，則也可以適當(dāng)增加管道的長(zhǎng)度并進(jìn)一步減小化工管道的應(yīng)力狀態(tài)，增加柔度和柔性。

結(jié)論：總而言之，在化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，對(duì)于管道應(yīng)力進(jìn)行分析至關(guān)重要，能夠直接影響管道的運(yùn)行效果和使用周期問題。因此本文首先分析了化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力的分析路徑，分別在于目測(cè)檢測(cè)、物理方式以及計(jì)算機(jī)分析方法，隨后探索了管道應(yīng)力分析的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)化工設(shè)計(jì)中減少管道應(yīng)力的影響對(duì)策開展論證，希望能夠助力我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]董彥偉.化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力分析[J].化工管理，2021（8）：172-173.

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[3]李建明.化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力分析的必要性[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（2）：87-88.