工業(yè)管道應(yīng)力分析在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

周吳波

摘要：實(shí)際上工業(yè)管道在化工設(shè)計(jì)工作當(dāng)中屬于核心項(xiàng)目，能夠廣泛應(yīng)用到化工、石油等相關(guān)行業(yè)當(dāng)中。為保障工業(yè)管道設(shè)計(jì)工作的經(jīng)濟(jì)與合理性，技術(shù)人員需要提前分析管道應(yīng)力，這也是為化工生產(chǎn)工作穩(wěn)定落實(shí)奠定基礎(chǔ)的關(guān)鍵。本文先闡述了工業(yè)管道應(yīng)力分析的主要目的，又研究了工業(yè)管道應(yīng)力分析細(xì)節(jié)在化工設(shè)計(jì)過程中的實(shí)際應(yīng)用，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作的優(yōu)化提供合理參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)管道;應(yīng)力;化工設(shè)計(jì)

工業(yè)管道屬于一種流程復(fù)雜且生產(chǎn)環(huán)境和種類變化都比較繁多的設(shè)備，當(dāng)下化工行業(yè)發(fā)展需要面臨的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)以及環(huán)境越來越復(fù)雜，行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)也是扥激烈，面對(duì)這樣的情況，技術(shù)人員需要尋找合理方式滿足行業(yè)對(duì)工業(yè)管道以及化工設(shè)計(jì)工作提出的新要求。需要注意的是工業(yè)管道應(yīng)力分析工作不僅在化工設(shè)計(jì)工作當(dāng)中處于核心位置，在電力等其他行業(yè)當(dāng)中也會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)安全以及管道設(shè)計(jì)優(yōu)化，以及工程材料的節(jié)約等產(chǎn)生明顯效果。

一、工業(yè)管道應(yīng)力分析的主要目的

管道應(yīng)力分析工作在表面上是通過軟件設(shè)計(jì)和計(jì)算得到作用的物體當(dāng)中，進(jìn)行應(yīng)力分布以及數(shù)值分析[1]。在一般情況下，工業(yè)管道應(yīng)力扥西工作內(nèi)容主要就是圍繞管道本身展開，重點(diǎn)因在于管道應(yīng)力計(jì)算之后的分析。這方面功罪哦從本質(zhì)上將，對(duì)于工業(yè)管道而言，能夠結(jié)合應(yīng)力計(jì)算分析以及相關(guān)工作的落實(shí)展開相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，不進(jìn)入西還能促使這項(xiàng)工作當(dāng)中的細(xì)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容相互適應(yīng)，為后續(xù)行業(yè)內(nèi)工作的落實(shí)奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。

在通常情況下，工業(yè)管道設(shè)計(jì)工作人員在完成管道配置工作之后，需要繼續(xù)依靠機(jī)械工程師對(duì)管道的柔性分析以及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果解決相應(yīng)問題。即在計(jì)算之后保障工業(yè)管道內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)果能夠控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍當(dāng)中，即在安全數(shù)值范圍內(nèi)即可。同時(shí)與工業(yè)管道相互連接的設(shè)備管口荷載也與制造商和標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的相關(guān)要求相符。簡(jiǎn)而言之就是要將工業(yè)管道和其連接的部分安全性都維持在允許范圍之內(nèi)。此外還要技術(shù)人員計(jì)算工業(yè)管道若處于約束條件下，不同位置的荷載是否還能夠與要求相符。同樣的，不同工況下的工業(yè)管道位移等相關(guān)參數(shù)也需要技術(shù)人員進(jìn)行計(jì)算，為將管道機(jī)械振動(dòng)以及聲頻振動(dòng)等情況解決，主要技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，原則就是保障設(shè)計(jì)方案的合理性。

二、工業(yè)管道應(yīng)力分析在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

眾所周知，工業(yè)管道應(yīng)力分析工作的內(nèi)容主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即正確建模、真實(shí)描述邊界條件，以及正確分析計(jì)算結(jié)果[2]。需要注意的是邊界描述工作落實(shí)難度較大，想要保障結(jié)果準(zhǔn)確性，技術(shù)人員需要長(zhǎng)期積累工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在實(shí)際工作當(dāng)中反復(fù)嘗試，這樣才能得到理想的工作結(jié)果。其中的建模工作就是要將已經(jīng)得到分析結(jié)果的管道力學(xué)模型通過合理形式離散，最終簡(jiǎn)化成為程序要求的數(shù)學(xué)模型[3]，其真實(shí)性會(huì)對(duì)后續(xù)應(yīng)力分析效果產(chǎn)生明顯影響。在應(yīng)力分析的過程中，技術(shù)人員需要注意的根本就是邊界條件相關(guān)的問題，若是體現(xiàn)在化工設(shè)計(jì)當(dāng)中，就是約束、管口相關(guān)具體問題的模擬以及研究，技術(shù)人員通過模擬此類便捷條件才能得到相對(duì)正確的計(jì)算結(jié)果。后續(xù)只需要對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，還需要保障管道支吊架設(shè)計(jì)的正確與否，具體工作細(xì)節(jié)可與工程力學(xué)以及流體力學(xué)等相互結(jié)合，這樣才能保障設(shè)計(jì)人員更加迅速地完成工作任務(wù)。

（一）管道熱應(yīng)力以及柔性調(diào)整

眾所周知，管道柔性數(shù)據(jù)是管道本身在變形、吸收熱膨脹以及冷縮等情況下產(chǎn)生的位移變形能力。行業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)人員需要注意在工業(yè)管道設(shè)計(jì)工作落實(shí)的初期，就要充分地考慮管道柔性應(yīng)力，同時(shí)對(duì)于有可能對(duì)工業(yè)管道質(zhì)量產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素進(jìn)行歸納。這樣做可以在保障工業(yè)管道鋪設(shè)合理程度的同時(shí)，還能夠有效降低相關(guān)問題產(chǎn)生率的概率，同時(shí)避免工業(yè)管道斷裂以及松散等不良情況產(chǎn)生。

除此之外，設(shè)計(jì)人員本身還需要針對(duì)工程成本環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，主要方向就是在保障后續(xù)使用效果的同時(shí)，盡量縮短管道長(zhǎng)度，最終達(dá)到控制成本投入的效果。在針對(duì)工業(yè)管道柔性應(yīng)力相關(guān)工作和影響因素進(jìn)行思考的過程當(dāng)中，行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員有必要注意到環(huán)境的影響，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)工業(yè)管道支撐端點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。若環(huán)境條件允許，則技術(shù)人員可以在工業(yè)管道柔性特點(diǎn)的輔助下，促使其在外管徑正常的情況下進(jìn)行自然轉(zhuǎn)向。

（二）管道振動(dòng)的緩解措施

針對(duì)工業(yè)管道在介質(zhì)運(yùn)輸過程中的震動(dòng)情況，技術(shù)人員可以判斷其是否長(zhǎng)期處于不良狀態(tài)，若是則需要通過合理手段消減管道的振動(dòng)，首先是可以選擇合適的管道材質(zhì)，即選擇抗震性更強(qiáng)、彈性更好的材料。其次是在工業(yè)管道系統(tǒng)的適當(dāng)位置上設(shè)置緩沖器，這樣就能夠降低流體脈動(dòng)強(qiáng)度，這樣就能夠達(dá)到降低管道振動(dòng)的效果。最后是在工業(yè)管道設(shè)計(jì)的階段，技術(shù)人員可以在管道的轉(zhuǎn)彎位置設(shè)置更加圓滑的轉(zhuǎn)角，避免急轉(zhuǎn)彎。若材料本身的強(qiáng)度允許，技術(shù)人員可以選擇直徑更大管壁更薄的管道，一方面能夠降低工程占地面積，另一方面也能夠在保障工業(yè)管道質(zhì)量的同時(shí)，合理控制成本。

（三）支吊架的合理設(shè)置

工業(yè)管道在應(yīng)力分析的過程中，技術(shù)人員需要正確的設(shè)置管道支吊架，這項(xiàng)工作屬于核心內(nèi)容。在落實(shí)過程中應(yīng)注意保障安裝位置的合理性，這樣才能避免后續(xù)工業(yè)管道在運(yùn)行過程中產(chǎn)生破損，導(dǎo)致化工生產(chǎn)無法繼續(xù)落實(shí)。

想要保障支架安裝的合理程度，技術(shù)人員需要保障工作細(xì)節(jié)符合以下幾點(diǎn)要求。首先是要保障將承重架控制在安全距離之內(nèi)，其次是要利用管道本身的自然補(bǔ)償滿足工程在柔性方面的要求，最后是要控制工業(yè)管道位移在管托范圍之內(nèi)，且要根據(jù)成和不同選擇應(yīng)用不同樣式的支吊架。

結(jié)束語：

綜上所述，工業(yè)管道由于其復(fù)雜性和特殊性比較明顯，因此管道設(shè)計(jì)本身對(duì)工業(yè)的發(fā)展來講也會(huì)產(chǎn)生明顯影響。管道應(yīng)力分析本身作為設(shè)計(jì)的一部分，能夠?yàn)楣I(yè)管道設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化和落實(shí)提供比較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，幫助整個(gè)行業(yè)安全發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]謝明.石油化工管道設(shè)計(jì)的應(yīng)力分析與柔性設(shè)計(jì)研究[J].決策探索（中），2019（07）：15-16.

[3]李青燕.基于CAESARII的某醫(yī)藥廠房蒸汽管道應(yīng)力分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（10）：38+40.