摘要：管道应力强度是否达标直接关系到管道之后使用的安全性与稳定，若管道本身柔性不足，而所受的应力相对较大，则管道必然出现损坏，进而形成安全隐患甚至引发事故。因此，作为设计人员，必须熟悉如何降低管道应力，并提高管道柔性，以保证石油化工企业生产的顺利进行。基于此，本文就针对石油化工管道应力设计要点进行分析。
关键词：石油化工；管道应力；设计要点；思考分析
引言
管道的应力分析是从应力角度进行的理论分析,为管道系统所需研究的每一节点人为设定受力情况提供强有力的理论依据。而管道的柔性设计,则是在管道应力分析计算结果的基础上,结合工程实际情况所做出的更自利于工程实际的管道设计,柔性设计不只满足管道和设备的应力要求,还结合了工艺等更多方面要求的管道系统设计拥有足够的柔性,管道在设计条件下工作时,就不会因热胀冷缩,端点附加位移、支架设置不当等原因产生应力过大、变形、泄露等问题而影响正常运行。管道应力分析和管道柔性设计在整个设计过程中交替进行,进而实现更优化、更符合工程实际的设计。
1 管道应力分析简述
管道应力指管路在实际工作中，由于受到内部介质压力、温度以及自重的影响，或是管路受到外界自然条件与管道端点强制性位移等所形成的应力。载荷理性不同，管道所承受的应力也有所不同，而管道本身的损害程度也将发生变化。通常情况下，可将管道承受的应力分为如下3种类型 ：（1）因为压力、重力或是其他类型外力载荷的同时作用导致管道承受应力。管道是外部载荷的主要承担物质，基于外力的不断增加，载荷量也将随之增加。若管道内部的塑性范围扩展至最大值，纵使外力载荷量停止增加，管道依旧形成无法限定的塑性流动，进而造成管道本身被破坏。（2）二次应力主要指管道因受到温度、端点强制移动等位移载荷对本身作用而形成的应力。该应力形成的目的是满足管路变形协调，弹塑性总变形量可对管路当中的不连续性进行协调，塑性流动便会中断，变形也不再持续扩大。（3）峰值应力 ：因为荷载与结构形状出现局部区域突变，该现象常出现于管道内焊缝咬边区域或是气孔位置，进而导致局部应力集中，从而形成较高的应力值。
2管道分类
管道在压力荷载、机械荷载以及热负荷等作用下,整个管路或某些区域产生不同性质的应力,因此,管道上的应力,一般可分为以下三类
一次应力由于外加荷载的作用而产生的应力如压力和重力等,其本身与外力平衡。
二次应力由于变形受到约束所产生的正应力或剪应力如热膨胀、附加位移、安装误差或振动荷载等,其本身不直接与外力相平衡。
峰值应力由于荷载或结构形状的局部突变如管道中小的转弯半径处、焊缝咬边处或材料本身夹渣、气孔处而引起的局部应力集中的最高应力值。
3管道应力分析目的
管道应力分析的目的主要是解决管道的强度、刚度、振动等问题,为管道的布置、安装、配置提供科学依据。其具体体现以下几个方面。
证管道系统设计安全的要求。管道安全性能的总体要求包括耐压强度、耐腐蚀性和密封性三方面。
保证装置运行的安全性。管道布置如果不合理,整个装置运行过程中就会存在安全隐患,并可能产生各种应力问题。如管道在温度变化时产生的热应力过大,则会导致下列各种现象的发生设备管口就会被拉坏或顶坏,各管件连接处损坏焊缝连接时会被拉裂,法兰连接则出现变形导致泄露,管架被推坏,更有严重者还会发生燃烧或爆炸。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外,如果是动力设备,当震源的激振与管系固有频率相同时,则会导致整个装置系统发生共振,此时损坏的则是设备本身和与其相连的建筑物。
4管道柔性设计
目前，在管道设计中引入了柔性设计的理念，进一步提高了管道设计的水平。管道有一个重要特征，就是它有一定的柔性。柔性是管道的一个重要性能。当温度变化时，管道会通过自身变形来适应温度变化，这是管道柔性的一个表现。当设备基础沉降时，管道会通过自身变形来适应位移的变化，这也是管道柔性的一个表现。当外界发生变化时，管道通过自身变化来保证材料上应力在可控范围内，从而保证管道的性能。由于温度变化、内压变化、荷载变化等，管道会出现不同程度的损坏，主要包括以下几个方面。一是管道由于应力超过的范围而产生了破坏。二是管道支架由于推力过大而遭到了破坏。三是管道发生泄漏。四是与管道相连的设备由于管道变形而不能正常运行。管道柔性设计正是要防止这些问题的产生。下面介绍几种增加管道柔性的措施。一是用弹簧支吊架支撑管道。用弹簧支吊架可以有效的增加管道的柔性。在管道的支撑点，用弹簧支吊架，支撑点就不用受垂直位移的控制。同时弹簧吊架不宜连续使用，会影响管道的稳定性。二是改变管道的几何布置。在增加管道柔性的时候，这是一种最理想的方法。不管是在二维平面内的管道布置，还是在三维空间内的管道布置，改变管道几何布置的方法是相同的，一种方法是增加弯头的数量，一种方法是增加管道的长度。同时在改变管道的几何布置的时候，要保证管道两端点固定不变。三是增设膨胀节。虽然改变管道布置是增加管道柔性比较理想的方法，但在一些条件和特殊情况下是不能采用的，比如管道的直径太大，比如管道的设备工艺有特殊要求，比如受到场地的限制。在这些情况下可以通过增加膨胀节来增加管道的柔性。但是波纹膨胀节一般在管道系统中是比较薄弱的环节，制作工艺非常复杂，而且成本也非常高，所以在管道设计中一般都尽量避免使用。
5 工程实例
某石油化工企业开展125t/a 重油催化裂化项目，针对与烟气轮机相连的进口管道，企业有如下要求：管道温度为655℃，压力值达到0.36MPa，管路规格为 Φ1 030×12。管道从三旋出口 EL+25 000 下到达 EL+7 000m，后水平前进 13 米左右之后流入烟气轮机。该管道直径相对较大，承受的温度高且烟气轮机管咀受力允许值不高，仅仅应用传统设计对管道进行自然补偿难以达到实际需求。针对该现象，建议设计人员将两个铰链型膨胀节安设于立管之上，同时将教练型膨胀节安设于水平管当中，于同一平面内构成三铰链性膨胀节系统，从上至下设定为 A、B、C 三个铰链型膨胀节，若数值管段出现热膨胀现象，则现象由 B 与 C 了两个膨胀节动作进行吸收。若水平管段发生热膨胀现象，则由 A，B两个膨胀节动作完成吸收。不仅如此，建议设计人员将弹簧吊架安设于管口区域，进而减少管道垂直方向承受的力，以便使烟气轮机入口管咀的受力值减弱，直至其达到能够接受的程度。
结束语
我国化工企业发展规模较之于以往更加的大，同时在质量检测方面存在的问题也越来越明显。化工企业的质检部门在职责不明确、只能难以有效发挥方面的问题日渐严重。要解决这些问题只有通过建立完善的质检队伍、明确区分质检职责、优化对质监部门的管理以及树立质监部门的权威来实现。
参考文献
[1]孙健博.石油化工管道设计要点解析[J].化工设计通讯,2017,03:78-79.
[2]陈秋玲.石油化工设计中管道的应力分析[J].化工管理,2016,11:15.
[3]钱胜辉,柯先梅.石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计[J].化工设计通讯,2016,03:24+42.
[4]李永红.石油化工管道设计要点解析[J].化工管理,2016,29:282.
[5].浅谈管道应力计算在石油化工设计中的地位[J].化肥设计,1984,05:59.
论文作者:刘春霞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/10/30
标签：管道论文; 应力论文; 柔性论文; 荷载论文; 载荷论文; 石油化工论文; 管路论文; 《基层建设》2017年第21期论文;