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摘要：工厂的设计过程中,化工管道设计是非常重要的基拙环节,而管道应力设计是化工管道设计的基拙,所以,正确分析化工管道设计中的管道应力是重中之重。在实际的设计建设中,更多的化工管道设计人员也逐渐对管道应力加大了研究,并且取得了一定的研究成果。本文针对化工管道设计中的管道应力应用进行研究,探讨管道应力的种类和重要作用,通过对现有管道应力分析成果提出正具体措施。
关键词：化工管道；管道应力；分析；措施
前言
化工管道应力分析与计算作为管道设计的基础，逐渐为人们所重视，并取得了较大进展。目前管道应力分析在安全生产、优化设计、节约材料等方面起到了很大的作用，并已在石油、化工等化工管道设计中占据了十分重要的位置。
1化工管道应力的分类
管道承受的最大应力，超过材料的承受极限，使得材料在正常的工作状态下产生变形，管道在热胀冷缩、持续外载或经过高温的蠕变以及应力的松弛等情况下，管系上的应力就发生了变化。因为应力的不同会产生不同的效应，对于应力对管系所引起的破坏，应该采取不同的处理方式。在管道应力中分为三类：
一次应力、二次应力和峰值应力。
一次应力：指的是由于外在的压力，重力，外加荷载而产生的应力。其特点是：无自限性，外加荷载在增加时，一次应力也随之增加，满足与外加载荷之间的平衡关系，压力一旦超过了管道材料的承受能力，管道会因为塑性变形被破坏。由此可见，一次应力的产生是由于持续外荷载而产生，管道承受的持续外荷载是自重、介质重量及介质内压等。
二次应力：当管系在一些不确定的因素下发生形变时，用来对抗这种变化而产生的力就叫做二次应力，比如热胀冷缩，或者在管道位移发生变化的情况下。二次应力具有自限性，和一次应力与外加载荷可以保持平衡有所不同，二次应力不能随外加载荷增加而增大，管道自身能产生塑性变形或者是通过自身局部的变化来降低管道应力，在外加载荷超过了自身的承受极限的时候，管道仍然保持完好，并且进行应力的合理再次分布。
峰值应力：指的是前两次应力之上的增量。峰值应力一般出现在焊缝没干透的位置。经常会对管道形成裂纹进而造成脆性损坏，是在日积月累中形成的，其作用并不显著。
2需要做详细应力分析的管道
并非所有的管道都需要进行详细的应力分析，一般管道已具有较好的柔性，不需进行详细的应力分析和计算。管道是否需要进行详细的应力分析,一般与管径、温度、压力以及所连接的设备有关,同时综合考虑管内介质的危害程度、配管标准的完善程度以及设计人员的经验等因素确定。一般来说,下列管道在设计时均应考虑进行严格的应力计算和分析。
2.1与离心压缩机、往复压缩机、往复泵、透平、汽轮机等载荷敏感设备进出口相连的管道；
2.2工艺专业提出的两相流、可能发生严重震动的管道；
2.3进出高温反应器的大口径管道；
2.4大口径浆料、粉料输送管道；
2.5与离心泵相连的3”及以上的进出口管道；
2.6与空冷器连接的4”及以上的进出口管道；
2.7安全泄放系统管道；
2.8夹套管道；
2.9与可能沉降设备相连的3”及以上的管道；
2.10ASMEB31.3中M类流体管道；
2.11直径在3”以上的稀有金属管道。
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3管道应力分析的重要性
管道应力分析主要通过静力分析和动力分析相结合的方式，它对管道系统的构成做了精确的计算，让一次应力、二次应力的安全值处在正常的水平，使得外加载荷与应力不至于产生作用，进而对管道造成破坏，例如，它在避免管道系统的自震和气柱自震方面都具有明显的作用。管道应力分析能够使得化工设计更加的优化，避免设计出现大的纰漏，进而保证化工生产能够顺利的进行，而且，它还能让化工设计的成本降低，体现出了安全、合理、效益等多方面的优越性，因此，管道应力分对化工设计来说是非常重要的。
4管道应力分析的内容
4.1静力分析
4.1.1为了避免管道产生塑性的变形破坏，我们要设定合理的管道应力值，对压力荷载作用进行压力的计算。
4.1.2为了避免管系由于自身的变形而带来损失，控制应力值在可承受范围之内，所以要对在管道其他位移上受到限制或者热胀冷缩时产生的二次应力进行分析和整理。
4.1.3要保障设备的运行安全，要严格按照标准去执行设备的受力，分析其对管道对设备的作用力。
4.2动力分析
4.2.1规避管道系统的共振要通过分析管道自振频率，深入研究管道自振的频率。
4.2.2控制管道的应力掌握管道的振动规律。要分析管道强迫振动的响应情况。
4.2.3避免发生气柱共振，将压力的脉动值控制在合理范围，要对往复式压缩机的压力脉动和气柱频率进行分析。
5改善管道应力的具体措施
在进行化工设计时，管道应力因素非常的重要，要注意使外加载荷的数值小于一次应力的数值，尽量减少诱导产生二次应力的因素，如果在设计时不考虑这些问题，就会使管道出现峰值应力，这样对管道的危害是相当大的。因此，设计人员在化工设计环节不能凭着自己的主观意愿去设计，而要充分的考虑管道应力，使其能够在最佳状态下长期安全运行。
5.1合理设计管道支吊架
支吊架的设计是化工设计中的重要内容，因为，支吊架设计不合理，就会降低管道承受外加荷载的能力，致使一次应力超标。同时，合理的支吊架设计还能控制管道的变形，减小管道的二次应力以及管道对设备的作用力，确保管道正常运行。
5.2增加管道的柔韧性
在化工管道设计中，增加管道的柔韧性是非常有必要的，主要的方法就是：适当的更改管道的走向，以及使用波纹管膨胀节和弹簧支吊架，这样就能有效的增加管道的柔韧性。一般情况下，管道的长度越长，它的柔韧性也越强，但是，不能无限的增加管道的长度，要在合理的范围之内。管道在某一方向太过刚硬时，增加与其垂直方向的管道长度，就能减小管道的刚度，进而增强管道的柔韧性。如果管道德直径较大，场地很难满足它的要求，就可以使用波纹管膨胀节来增加管道的柔韧性，但这种方法也存在一定的弊端，因为波纹管膨胀节的制作复杂、价格高，使得它的性价比不高。
5.3施工时采用冷紧方法
施工时采用冷紧方法减少运行初期管道对端点的推力和力矩。冷紧是将管道的热应力一部分集中在冷态，从而降低管道的热态下的热胀应力和对端点的推力和力矩，也可防止法兰连接处弯矩过大而发生泄露。但冷紧不改变热胀应力范围。
6结语
化工行业的重要性不言而喻，人们的生活、社会的进步都离不开化工，最近几年，我国的化工行业也取得了显著的进步，化工工业的产值逐年增加。其中，管道应力就是设计环节必须要考虑的问题，只有在充分考虑管道应力的基础上，才能使设计更加完善，进而延长管道的使用年限。在设计专业中，对于管系的应力分析是管道设计的基础内容，良好的管系设计可以提高工业生产的效益并且优化工业设备。在管道管系的设计过程中，设计人员要不断的进行管道优化的实验，在实验中得到真理，深化化工设计的理论分析，把理论和实际相结合。在此过程中，充分展现出管道应力分析的优势，最大程度的推动化工产业向效益共存的多赢局面发展。
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论文作者:孟现燕1,赵长林2,刘强3
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/21
标签：管道论文; 应力论文; 化工论文; 载荷论文; 荷载论文; 吊架论文; 柔韧性论文; 《基层建设》2017年第11期论文;