摘要：着重介绍了工业压力管道设计应注意的几个问题，强调了工业压力管道设计必须同时符合《压力管道安全技术监察规程－工业管道》、《压力管道规范工业管道》及相关专业规范的要求。
关键词：工业；压力管道；设计
前言
管道是工业生产的重要组成部分，管道在正常工作时，会受到各种因素的影响，从而降低了管道的安全性，所以在进行管道设计时，要把安全性放在第一位，严格按照规范标准进行设计，从而有效地避免机械破坏、腐蚀损坏、密封失效等现象。以下就管道设计应注意事项进行探讨分析。
1 工业压力管道设计的特点
1.1 应用领域广
1.2 操作参数范围宽
1.3 工作介质多样
1.4 行业管理部门多
1.5 工业管道设计需要多个专业共同完成
工业压力管道的设计涵盖生产工艺和安全生产的双重责任，包含生产工艺、生产设备、工程材料、自控仪表、土建结构、安全生产等专业方面的内容，是设备与管道的安装布置、管道应力计算、设计调整等不断优化的工作过程，涉及的专业知识范围非常广，所以，工业压力管道的设计是一个非常复杂的系统工程，需要相关专业共同完成。仅就压力管道专业来讲，压力管道的设计还可分为管道布置设计、管道材料设计和管道机械设计三部分，即由三个专业分三道工序去作。管道布置设计包括设备布置和管道布置两项，由工艺工程师去做；管道材料设计涉及管道器材标准体系的选用、材料的选用、管道及其元件型式的选用和压力等级的确定，这项工作应由管道材料工程师去作；管道机械工程师研究的核心是管道的机械强度和刚度问题，包括管道及其元件能否满足要求，通过对管系应力、管道机械振动的力学分析，调整管道的走向和支撑条件，以保证管系的安全可靠。
2.工业管道设计中的应力分析
在管道设计中，其主要是受到压力脉冲、冲击、风等等之类的外力因素与热膨胀方面的影响而产生的一系列应用问题。在对待类型不同的应力问题，要结合其影响因素选择适合的应对方式。通常情况下，根据其所产生的效应与破坏作用这些方面进行分析，大体可以把应力划分为三种类型：一次应力、二次应力和峰值应力。
所谓的一次应力，也就是指其只有在受到外加荷载影响而产生的应力问题。比如人们日常生活中比较熟知的由压力、重力等作用影响而产生的应力。这种应力拥有非自限性的特点。简单来说就是一次应力同外加负荷之间能够达到平衡状态。通常情况下都是随着其外加荷载的提升而提升，直到负载超过了材料承载的最高值时，就会使得管道发生变形或破坏。除此之外，人们平常比较熟知的风载荷与水冲击等因素造成的应力也被划分到一次应力中。
二次应力主要是指因为热胀冷缩及其他位移受约束所产生的应力。其基本特点就是有自限性，简单来说二次应力不会直接和外力平衡，当载荷超过了材料的极限时，因为管道内部的压力和产生的少许塑性变形就能够使应力下降。此时的应力需要重新分布，让材料的应变达到自均衡。
峰值应力，主要是指管道或者附件因为局部结构不能够连续或者局部热应力效应，加到一次应力或者二次应力的增量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其基本特点是不引起明显的变形，在短距离内从它的根源减弱，是一种疲劳性的裂纹或脆性破坏的原因造成的。
3.关于管道组成件的连接与设置
在工业压力管道设计中，管道组成件的连接形式有焊接、法兰和螺纹连接三种。法兰连接和螺纹联接是为了方便管道与设备的安装、维修以及拆换，法兰连接也用于一些钢制非金属衬里管道自身连接。管道的法兰连接处是最容易产生介质泄漏的部位。而螺纹联接的密封更不可靠，因此仅在GC3系列管道设计中偶尔用之。
因此，在工业压力管道设计中，管道连接尽量采用焊接方式，避免采用法兰连接及螺纹联接，不能避免时一定要严格按照相关规范要求进行法兰型式、垫片型式、密封面形势以及螺栓连接件的选择。为了减小法兰连接渗漏风险，设计中应注意降低法兰连接处的外力，或将法兰的压力等级提高1级～2级。
这里重点指出，在GC3管道设计中，当采用螺纹连接时，在每个分支都要在螺纹阀门等维修部位设置活接头，否则，设备与管道的检修和更换都非常困难。
对于氧气、氢气、氨气等特殊介质管道，在设计时，必须留出施工、试验、吹扫以及置换等所需要的临时接口。
氧气等易燃管道，应在用户车间入口处装设切断阀，在阀前后设置阻火管段，并设放散管。
4 工业压力管道设计应注意的问题
4． 1 压力管道工艺设计参数的确定
准确地确定压力管道的设计压力和设计温度是保证压力管道安全运行的基础，因为介质、压力和温度（包括环境温度的影响）直接决定管道材料的选择、管道的壁厚和安装设计。需要注意的是，管道的设计压力和设计温度均应按使得管道具有最大壁厚的操作条件组合来确定。设计压力不得低于管道的最大操作压力，设计温度不得低于管道金属材料的最高操作温度，低温工况时，设计温度不得高于管道材料的最低温度。例如在液氨管道设计时，由于液氨为液化介质，随着温度的变化，饱和压力也不同。当介质温度为20 ℃时，绝对压力为0． 874 MPa；当介质温度升至45 ℃时，绝对压力为1． 817 MPa；当介质温度为－ 20 ℃时，绝对压力降至0． 194 MPa 时。因此，对输送液氨管道设计压力的确定，除了考虑正常的操作压力外，考虑最苛刻操作条件下温度变化对液氨压力的影响是相当关键的。也正因此，GB50072—2010《冷库设计规范》规定液氨管道的设计压力一律采用2． 5 MPa。对于其它液化气体管道，一定要考虑环境温度、阳光辐射、加热或冷却等因素，按介质可能达到的最高的温度来确定其管道的设计压力。
5. 关于管道的布置与柔性设计
管道的柔性设计是指在管道布置设计中合理确定管道走向和合理设置管道支吊架，其目的是为了防止管道应力超限以及保护管道设备。比如，在进行泵和压缩机的管路设计时，必须保证与设备连接的管道要有足够的柔性，减小管道作用于设备出入口处的作用力和力矩。通常可以在与设备连接阀门附近设置支吊架，减少阀门自重造成的对设备出口处的作用力，也可以在设备管道附近设置限位或导向支架，承受远端管道的水平推力。
在热力管道设计中，管道支吊架应采用弹簧吊架的形式，使管道处于热态时，支吊架仍能承受管道荷载而不至于脱空；当管道有可能出现汽水混合介质时，采用缓闭型止回阀，防止“水锤”的发生，同时，在管道阀门前后的适当位置设置固定支架或限位支架，并保证这些支架有足够的强度和刚度，这样可以防止因操作原因水锤发生时，管道因位移和振动过大而破坏。
管道支吊架的布置以及强度和刚度直接关系到管道设备运行的安全性和稳定性，在设计中应高度重视，当设计要求比较特殊，或因荷载过大而超出规范的范围时，必须对支吊架的强度与刚度进行计算校核。
结束语
作为管道设计人员，一定要树立终身学习的理念，不仅要学习精通工业生产工艺专业知识，同时还要加强设备、材料、自控、建筑、给排水等相关专业知识的学习，熟悉与掌握相应的法规和规范，在实际工程设计中按照从严的原则，保证压力管道设计的安全性。
参考文献：
［1］周锡坤． 冷库建设与使用中安全问题与对策［J］． 冷藏技术，2007（1）：51 － 52．
［2］陈闽榕． 冷库工艺管道设计亟待规范［J］． 冷藏技术，2008（3）：19 － 21．
论文作者:王乐
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/6
标签：管道论文; 应力论文; 压力论文; 工业论文; 法兰论文; 吊架论文; 介质论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;