基于化工設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力分析

鄭帥

摘要：針對(duì)化工管道進(jìn)行質(zhì)量管理分析，才能合理確定最終的產(chǎn)品質(zhì)量。其中，應(yīng)力分析具有很重要的戰(zhàn)略地位，而隨著科學(xué)技術(shù)的提高和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)力分析也引起了生產(chǎn)者的廣泛關(guān)注和社會(huì)各界的重視。該文首次對(duì)管線所受到的不同類型應(yīng)力和應(yīng)力分析的范圍進(jìn)行了淺要的探討，并對(duì)降低應(yīng)力值給出了處理辦法。

關(guān)鍵詞：化工管道;應(yīng)力分析;分析范圍;降低措施

引言

化工管道總體設(shè)計(jì)工作有很大的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，由于這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作本身的特殊性，所以在內(nèi)部應(yīng)力的分析方法方面必須得到重視，并且進(jìn)行深入的研究和討論，由于目前在化工管路總體設(shè)計(jì)，特別是管路內(nèi)應(yīng)力的方案設(shè)計(jì)上已具有大量的成功經(jīng)驗(yàn)，因此通過合理的科學(xué)的方案設(shè)計(jì)，以及采取相應(yīng)的保護(hù)措施，獲得經(jīng)過優(yōu)選的化工管路總體設(shè)計(jì)方法，并且在工作效率上也獲得了令人滿意的成效。

1、化工管道設(shè)計(jì)概述

化工行業(yè)管路建筑設(shè)計(jì)處于化學(xué)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理中的一種，在完成工程項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)前期工作，就一定要完成該項(xiàng)建筑設(shè)計(jì)工作。通過完成化學(xué)管路設(shè)計(jì)方能確保工程項(xiàng)目的成功啟動(dòng)，而在化學(xué)管路建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)配水管經(jīng)過工程設(shè)計(jì)，選用最優(yōu)質(zhì)等級(jí)的水管材質(zhì)是有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)的。石油化工管線在實(shí)際工作中，所承受的影響因素很多，其中內(nèi)壓長(zhǎng)期外載，以及溫證冷縮、位移荷載等，均會(huì)形成對(duì)管子的最大應(yīng)力，從而使材質(zhì)形成超極端的現(xiàn)象，也就生成了塑性變形的狀況。同時(shí)，因?yàn)楣芫€中的環(huán)境溫度的改變，導(dǎo)致管子形成松弛、蠕變現(xiàn)象等，也是比較普遍的。

2、化工管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)力分類

在通常狀態(tài)下，物體會(huì)遭受外部的受力影響，而在單位體積上物體所承受的外部受力影響，就叫做內(nèi)部應(yīng)力作用。所以，在對(duì)管網(wǎng)信息進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃之時(shí)，要特別關(guān)注在高負(fù)載狀況下會(huì)發(fā)生一些使得內(nèi)部應(yīng)力作用增加的情況，也特別要注意在冷熱交替、位置變化等容問題的發(fā)生。同時(shí)，人們也需要特別關(guān)注管線是否會(huì)出現(xiàn)塑變。以上，就對(duì)管線的精密設(shè)計(jì)與分析提出了要求。通常，管線的應(yīng)力計(jì)算大致包含了一次應(yīng)力、二級(jí)應(yīng)力和最大應(yīng)力三種情形。

2.1一次應(yīng)力

一次應(yīng)力產(chǎn)生的原因通常都是源自于外部的受力（比如壓強(qiáng)）載荷。另外，一種內(nèi)部應(yīng)力還具備不受限制的特點(diǎn)，也就是說該應(yīng)力無法將自己的特點(diǎn)進(jìn)行平衡反抗，必須依靠配合管網(wǎng)承受這種推動(dòng)力，來實(shí)現(xiàn)對(duì)抗外部受力的目的。同理，該應(yīng)力還能夠承擔(dān)施加于其上方的一些外部推動(dòng)力，也是說，它同時(shí)具備了平衡應(yīng)力和外部作用力的特點(diǎn)。不過，當(dāng)管線中所用的材質(zhì)質(zhì)量已超過了規(guī)定值，或者壓力即將無法承受時(shí)，管線也將承擔(dān)超負(fù)荷材質(zhì)所產(chǎn)生的壓力而出現(xiàn)塑變，這對(duì)管線的使用壽命也很有影響。根據(jù)上面理論，可得知諸如建筑物料和管道的自重或是強(qiáng)風(fēng)和地震的荷載等來自外部的擾動(dòng)成分，均可稱為一次應(yīng)力。

2.2二次應(yīng)力

通常，當(dāng)管線受外部各種因素的影響產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象時(shí)，也很容易形成這種應(yīng)力。相反地，這種內(nèi)應(yīng)力則往往受到一定限制，因?yàn)楫?dāng)管線上所用的材質(zhì)超過了其承載力范圍時(shí)，就會(huì)相應(yīng)地在部分地方產(chǎn)生了管道塑變。在塑變后的很長(zhǎng)時(shí)間里，正因?yàn)楣芫€信息本身就存在著一定的強(qiáng)度，才能將這種壓力進(jìn)行抵消，進(jìn)而確保了內(nèi)應(yīng)力在管線上分布均衡，當(dāng)已塑變區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力被分散后，不至于再對(duì)管線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次破壞。

2.3最大應(yīng)力

在石油化工管網(wǎng)中，當(dāng)組成部分零件表面發(fā)生了松化或剝落的現(xiàn)象，或區(qū)域部分受熱過大時(shí)，從而影響到有關(guān)的另一個(gè)局部應(yīng)力，而這個(gè)局部應(yīng)力就叫做主要局部應(yīng)力。與上述二種不同，該內(nèi)部應(yīng)力并非使管子形成大的塑變，只是使管子從內(nèi)部形成微小的裂紋，之后逐步增加裂縫，最后產(chǎn)生質(zhì)變，從而對(duì)管子產(chǎn)生破壞?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些內(nèi)部應(yīng)力大多是由人為擾動(dòng)或是零部件的破壞引起的。

3、化工管道設(shè)計(jì)中降低應(yīng)力的措施

3.1通過增加管道的柔性改變

一般情況下，在管線的設(shè)計(jì)過程中，管線的柔性能夠反映變形的困難程度，可以通過改變管線的走向、選用彈簧支吊架或波紋管沉降裂縫來提高管線的柔性。首先，改變管線走向可通過管子的長(zhǎng)短度來決定，在二個(gè)固定的位置上增加管柔性原理下，當(dāng)管系的任一方面都發(fā)生了過硬的狀況時(shí)，可增大與其垂直方向管子的直徑，進(jìn)而提高管線的柔性，從而改善了管線走向有投入較小、工作安全、運(yùn)行簡(jiǎn)便等幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。通過采用彈簧支座和吊掛件，可以利用支座與吊掛件之間的垂直位移來放寬約束，以便于提高管路體系的柔性。而如果直徑很大，受場(chǎng)地影響，也可以采用波紋管道伸縮接頭，特別是低壓大口徑管材更加的合適。然而，由于制作成本高、工藝復(fù)雜，尚未被廣泛應(yīng)用。

3.2合理選用支吊架并正確設(shè)置管道支吊架

支吊掛件在整個(gè)管路體系當(dāng)中起著十分關(guān)鍵的作用，所以，在選擇和設(shè)置支吊掛件的過程當(dāng)中，不單單是滿足一次應(yīng)力，與此同時(shí)，二次應(yīng)力在減小管系震動(dòng)方面也有著舉足輕重的意義，一旦對(duì)支吊掛件的選用或設(shè)置不合理，將會(huì)因?yàn)槠涑惺懿蛔」苈返闹亓Φ纫蛩兀鴮?dǎo)致一交應(yīng)力的強(qiáng)度超標(biāo)。另外，合理設(shè)置支架和吊掛件對(duì)于減少管路體系的變形也有著重要的效果，能夠有效降低管路的二次應(yīng)力以及設(shè)備所承受的管路推力，為管路和設(shè)備的正常工作提供了有力的保證。同時(shí)，在往復(fù)型機(jī)械振動(dòng)管路中支坐的合理設(shè)置也能夠有效地減小管路的機(jī)械震動(dòng)。同時(shí)支架和吊掛件的合理設(shè)置也應(yīng)當(dāng)符合管路所允許的最大跨度規(guī)定。宜設(shè)置于設(shè)備噴嘴周圍。當(dāng)集中荷載出現(xiàn)時(shí)，設(shè)備宜盡可能靠近荷載布置。

3.3采用冷緊的方法進(jìn)行降低

當(dāng)動(dòng)作剛開啟時(shí)，水冷擰緊方式有助于減小尾部的推動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩。由于使部分熱應(yīng)力聚集于管子的冷態(tài)，熱膨脹應(yīng)力就能夠減小在管子熱態(tài)端部的推動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩，從而避免了由于彎矩相等或過大而造成的法蘭連接泄漏。

4、結(jié)語

在現(xiàn)代化工研究計(jì)算中，管路的內(nèi)部應(yīng)力分析方法也是不可或缺的研究?jī)?nèi)容，其總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的可行性和管線的正常工作情況密切相關(guān)，在管線信息的相關(guān)應(yīng)用中也起著很重要的作用。因此，通過對(duì)管網(wǎng)中存在的問題加以分析，在較大程度上有助于工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員對(duì)管路進(jìn)行進(jìn)一步的完善改造，從而增強(qiáng)了工程設(shè)備的合理性、可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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