如何正確分析化工管道設(shè)計(jì)中的管道應(yīng)力

禾海寶

摘要：化工廠需要的各類(lèi)原材料一般都要經(jīng)過(guò)管道運(yùn)輸，因此在化工過(guò)程中，管線是必不可少的輔助物品。管線應(yīng)力的計(jì)算與監(jiān)測(cè)是管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，它直接影響到管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的安全。在化工管線工程中，管線應(yīng)力的影響直接關(guān)系到管線的安全運(yùn)行，必須對(duì)管線的應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化分析，以確保管線的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：化工管道;管道設(shè)計(jì);應(yīng)力設(shè)計(jì)

1化工企業(yè)管道的應(yīng)力分類(lèi)

1.1一次應(yīng)力

一次應(yīng)力是一種因外力超載引起的一種自然的物理現(xiàn)象。由于一次應(yīng)力的無(wú)窮大，使得化工管線在承受一次應(yīng)力時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)一定的壓力。但是，因?yàn)椴煌膲毫Γ瑢?duì)管道施加的力也有很大的差異。因此，在一次應(yīng)力作用下，管線自身的特性和設(shè)計(jì)常常影響到其變形的大小。因此，在化工管線的設(shè)計(jì)中，必須充分考慮到主應(yīng)力的不可抗拒性，并對(duì)實(shí)際使用中的管線壓力進(jìn)行合理的預(yù)測(cè)，并提出相應(yīng)的減輕措施。通過(guò)對(duì)管線的受力分析和計(jì)算，將出現(xiàn)具有較高強(qiáng)度的管線，能夠在設(shè)計(jì)水平上克服一次應(yīng)力對(duì)管線今后的工作產(chǎn)生的影響。

1.2二次應(yīng)力

化學(xué)管線的二次應(yīng)力通常是由于在使用過(guò)程中溫度的影響而造成的。二次壓力在一次壓力中表現(xiàn)出較強(qiáng)的自覺(jué)性和自制力。也就是說(shuō)，在化學(xué)管線的荷載超出了其承載量的限制條件下，管線上的一些部分會(huì)因外力的作用而產(chǎn)生局部的塑性變形。在化學(xué)工程中，管線在經(jīng)歷一段時(shí)間的塑性變形后，能夠按其本身的受力狀況對(duì)管線進(jìn)行平均，從而達(dá)到均勻的應(yīng)力分布，從而把塑性變形區(qū)的應(yīng)力排出，從而確保管線的主要受損區(qū)能夠緩慢地恢復(fù)。

1.3峰值應(yīng)力

峰值應(yīng)力是指管線在使用過(guò)程中，由于管線部分的脫落或松動(dòng)而引起的應(yīng)力，這直接反映了化工管線的設(shè)計(jì)技術(shù)上的缺陷。另外，產(chǎn)生峰值應(yīng)力時(shí)，一次應(yīng)力和二次應(yīng)力都會(huì)增大。盡管在化學(xué)管線中，峰值應(yīng)力并不容易導(dǎo)致管束的變形，但是它也存在著潛在的失效危險(xiǎn)。在此應(yīng)力條件下，管線容易出現(xiàn)裂紋、損壞、老化等問(wèn)題。這些潛在的危險(xiǎn)也會(huì)從一定程度上減少化學(xué)管線的價(jià)值，并且會(huì)對(duì)以后的管線的使用造成問(wèn)題。尤其是在峰值應(yīng)力狀態(tài)下，管線長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，局部設(shè)計(jì)不合理，極易對(duì)管線的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

2在化工管道設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力的分析內(nèi)容

2.1動(dòng)力分析

首先，在化工管道輸送化工介質(zhì)的過(guò)程中，可以根據(jù)輸送介質(zhì)的不同，與化工管道的實(shí)際運(yùn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)分析有效地獲得管道在輸送介質(zhì)中的固有振動(dòng)頻率，避免管道輸送過(guò)程中的共振現(xiàn)象;其次，一般情況下，復(fù)合式壓縮機(jī)的應(yīng)用對(duì)化工管道的應(yīng)力影響很大，主要影響方式是通過(guò)共振現(xiàn)象施加應(yīng)力。因此，有必要進(jìn)行單獨(dú)的應(yīng)力分析，包括復(fù)合壓縮機(jī)氣柱和壓力動(dòng)脈的頻率等。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)制定相應(yīng)的預(yù)防措施，有效降低共振的危害。第三，在化工管道輸送介質(zhì)的過(guò)程中，應(yīng)力可能受到各種外力的共同作用，從而導(dǎo)致化工管道的強(qiáng)迫振動(dòng)。

2.2靜態(tài)分析

化工管道在輸送介質(zhì)的過(guò)程中，會(huì)遇到外界環(huán)境，同時(shí)管道本身也有一定的應(yīng)力值，通過(guò)與其他化工設(shè)備的連接形成一定的反作用力。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況準(zhǔn)確計(jì)算出化工管道的一次應(yīng)力值，在此基礎(chǔ)上將設(shè)備的控制能力和管道的應(yīng)力值控制在合理的范圍內(nèi)，可以有效避免化工管道在靜態(tài)作用下的塑性變化。其次，化工管道如果出現(xiàn)位移現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的約束力，在外界環(huán)境的影響下會(huì)產(chǎn)生二次應(yīng)力值，如熱脹冷縮、塑性退化等。因此，在化工管道的設(shè)計(jì)中，需要更加重視二次應(yīng)力，應(yīng)力范圍應(yīng)控制在以下數(shù)值公式中，φA=f（1.25φc+0.25φh），其中φA表示第三，當(dāng)化工管道受到外力時(shí)，需要精確計(jì)算靜荷載作用下的應(yīng)力值，并在此基礎(chǔ)上適當(dāng)產(chǎn)生一定的反作用力。

3管道應(yīng)力分析的重要性

管道的應(yīng)力分析是從微觀上進(jìn)行的，采用靜、動(dòng)兩方面的方法，精確地計(jì)算管線的各部件，確定一次、二次應(yīng)力的安全值，以減小外力和應(yīng)力對(duì)管線的損傷，防止管路系統(tǒng)和氣體柱自振。在宏觀上，對(duì)管線進(jìn)行應(yīng)力分析，為管線的設(shè)計(jì)和安全評(píng)估奠定基礎(chǔ)。管線的應(yīng)力分析對(duì)于優(yōu)化化學(xué)工程的設(shè)計(jì)、安全生產(chǎn)、節(jié)省材料、節(jié)省投資、實(shí)現(xiàn)安全、合理、效益雙贏等方面具有重要意義。

4化工管道設(shè)計(jì)中降低應(yīng)力的策略

4.1設(shè)置管道支架

通過(guò)安裝管架來(lái)減少化學(xué)管線的應(yīng)力，可以通過(guò)重力來(lái)分?jǐn)偣芫€的壓力。所以，在安裝管線支座時(shí)，應(yīng)去除部分承重，并借助支座的支承力，以降低化工管線的壓力。通過(guò)對(duì)鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以從不同角度評(píng)價(jià)其對(duì)預(yù)應(yīng)力的承載能力，從而確保其在工程中的安全運(yùn)行。

4.2增加加管網(wǎng)的柔韌性

在化工管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了有效降低管道應(yīng)力，需要根據(jù)實(shí)際情況有針對(duì)性地選擇化工管道材料，同時(shí)在滿(mǎn)足實(shí)際要求的條件下，適當(dāng)增加管道的柔性特性，可以有效反映管道的塑性變化的難易程度。至于化工管道的柔性，與管道的抗壓能力密切相關(guān)，兩者存在正比關(guān)系。相應(yīng)的，提高管道的柔性可以在一定程度上阻礙管道內(nèi)應(yīng)力的形成，在抵抗應(yīng)力的同時(shí)，還具有一定的抗壓和自限性的特點(diǎn)。增加管道柔性的主要措施包括改變管道走向、波紋管膨脹節(jié)、彈簧支吊架等。

4.3采取冷緊措施降低應(yīng)力

在化工管道的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮在實(shí)際的管道使用過(guò)程中，由于局部熱膨脹應(yīng)力，管道經(jīng)常發(fā)生塑性變形，進(jìn)而增加管道的彎曲程度，使管道彎曲過(guò)大。主要原因是化工管道材料易發(fā)生化工運(yùn)輸物料泄漏事故，對(duì)生產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

結(jié)語(yǔ)

為確保化工企業(yè)的管線正常工作，確保企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)，管線的設(shè)計(jì)必須對(duì)管線進(jìn)行應(yīng)力分析。同時(shí)，在設(shè)計(jì)、施工中，應(yīng)充分考慮管線自身的受力情況，并應(yīng)充分考慮到企業(yè)所處的外部環(huán)境因素，對(duì)管線進(jìn)行合理的受力設(shè)計(jì)，以全面提升管線柔性，防止因受力而造成管線斷裂等問(wèn)題，對(duì)企業(yè)和職工造成不利影響。同時(shí)，在保證職工生命和財(cái)產(chǎn)安全的前提下，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，降低管線受力所造成的安全隱患，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以延長(zhǎng)管線的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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