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摘要：目前，随着社会的飞速发展，化工项目运行过程中对于管道材料的要求是比较高的，为了促使其相应管道材料运行较为流畅可靠，必须要重点从设计环节进行优化布置，提升其管道应用适宜性，其中管道应力方面的分析和应对就是比较核心的重要环节。本文就重点围绕着化工设计中管道应力的分析和应对措施进行了简要分析
关键词：化工设计；管道应力
引言
随着目前工业产业的快速发展，管道设计技术也愈发被人们所重视，同时也取得了一定的发展与进步，管道应力分析与计算是管道设计的核心基础所在，其所研究的内容主要集中在各类载荷影响下所产生出的力、力矩与应力，进而对管道的安全性做出合理化的评估，确保管道设计尽可能在经济上更加趋向于合理化。当前管道应力分析现已在工业生产、节能降耗、优化设计等方面发挥出了极其重要的作用，对于工业管道设计而言有着无可替代的价值意义。
1化工生产中的管道应力概述
对于化工设计工作中管道应力进行详细分析是极为必要的，其直接关系到后续整个化工生产的流畅性和可靠性，必须要结合管道应力进行合理应对和处理，尤其是对于化工生产环节中比较重要的一些管道材料，更是需要进行严格把关，比如和各类压缩机以及汽轮机相连的管道材料、和高温反应器相连的管道材料、各类大口径粉料运输管道以及夹套管道材料等，都可能在后续实际应用过程中存在着较为明显的应力变化，如此也就需要进行详细分析，促使其能够得到有效把关，避免对于后续管道实际应用产生威胁。结合化工生产中管道应力的具体表现来看，其涉及到的内容可以说是比较复杂的，管道材料很容易在内压或者是外载的影响下出现载荷变化，进而也就必然会在应力方面表现出明显变化，最终影响其稳定性效果，容易发生塑性变形，甚至出现受损威胁。
2化工设计中管道应力的特点
管道应力分析，是化工管道设计过程中尤为关键的一环，而就其中的化工管道设计而言，其又是整个化工工厂设计中一个十分重要的组成部分。由于是受热胀冷缩、内压持续外载及其它位移等的载荷作用，会导致材料屈服极限小于管道最大应力，进而使工作状态下的材料发生塑性变形，而管系应力状态也会随高温管道的蠕变及应力松弛发生变化。应力分类校核遵循的是等安全裕度原则，也就是说，对于危险性小的应力，许用值可以放宽；危险性大的应力，许用值要严格控制。应力分类是根据应力性质不同人为进行的，它并不一定是能够实际测量的应力。
2.1一次应力
一次应力是由压力、重力、和其它外力荷载所产生的应力。它必须满足外部、内部力和力矩的平衡。一次应力的基本特征是非自限性的，它始终随所加荷载的增加而增加，超过屈服极限或持久强度将使管道发生塑性破坏或者总体变形。管道承受内压和持续外载而产生的应力属于一次应力。管道承受风荷载、地震荷载、水击和安全阀泻放荷载产生的应力也属于一次应力，但这些荷载属于偶然荷载。
2.2二次应力
二次应力是由管道变形受约束而产生的应力，它由管道热胀、冷缩、端点位移荷载的作用而引起。它不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必需的应力。二次管道应力分析和计算应力的特点是具有自限性，即局部屈服或小量变形就可以使位移约束条件或自身变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。二次应力引起的是疲劳破坏。二次应力也有二次薄膜应力和二次弯曲应力两部分。一次应力的计算主要是为了防止安装的时候，管道会塌下来。而二次应力的计算是防止管道发生热变形后，管道是不是会出问题，管嘴部分是不是会对设备产生超过允用载荷的问题，还有通过计算来看发生管道的位移，和偏移，防止并排管道相互影响。
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2.3峰值应力
峰值应力是管道或附件由于局部结构不连续或局部热应力效应（包括局部应力集中）附加到一次应力或二次应力的增量。它的特点是不引起显著的变形，而且在短距离内从它的根源衰减，它是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因。管道附件上小半径圆角处、焊缝未焊透处的应力，均属于峰值应力。
3化工设计中的管道应力分析
随着各种工艺装置的不断大型化，以及新工艺和新装置的不断出现，管道的压力、温度不断提高，管径和壁厚不断加大，管道应力分析也受到越来越多的重视。就化工厂的管道而言，其有着不同的类型，而这种类型实际上也需要有着不同的分析方法与其相对应，总的来说，常用的应力分析的方法有目测检验法、简单分析法（图表法、公式法）和计算机辅助应力分析法。管道设计中通常根据介质的危险性、管道操作工况、地震烈度、行业类型等来确定应力分析的方法。
3.1恰当运用管道支吊架
对于管道设备在后续化工生产中的实际运用，为了较好规避其可能形成的各个应力威胁，避免出现应力超标问题，合理借助于支架或者是吊架进行处理是比较重要的一种方式，也是确保其管道运行安全性的基本条件，能够对于管道运行中可能出现的变形问题进行严格控制，减少管道破损威胁。当然，对于这些管道支架或者是吊架的运用，也需要结合整个化工生产系统进行有效处理，促使其能够形成较为理想的整体协调性，在力学平衡方面也能够具备理想的作用效能，避免出现自身运行矛盾缺陷。
3.2增加管网的柔韧性
在管网设计中，多数可以反映管网塑变难易度的就是管网柔韧性，而提高管网的柔韧性能利用改变管网去向、采用弹簧架或波纹管膨胀节来改进。首先，更改管道去向可依照管网长度在两端点间一定时能提高管网柔韧性的原理，能在管网体系的某一方位过硬时提高与其竖直方向管网的长度来提高管网的柔韧性，更改管网的去向具有成本低、运转稳定且操作简便等特征。而采用弹簧架，可利用支吊架处具有竖直位置偏移来实现降低压力，进而完成管网体系柔韧性提高的目标。若口径很大时由于场地原因，则可采用波纹管膨胀节，特别是低压力大口径管网比较合适，但因为成本太高且制作繁杂，还没能被普遍采用。
3.3合理运用冷紧处理方式
为了更好保障化工生产中管道应力的控制应对较为合理，在后续施工操作环节中采取合理的方式进行处理也是比较有效的，这也就需要在前期设计环节中进行优化布置。比如对于冷紧处理方式的合理应用就能够表现出理想的管道应用效能，促使其能够在管道应力的应对方面较为合理，有效解决可能出现管道热膨胀应力威胁，促使其适应性更为突出，在一些温度变化较大的化工生产环节中应该得到较好运用。
4结语
总而言之，在管道设计专业中管道应力分析是最重要的一项基础性工作内容，因此很有必要对管道应力展开相关的分析工作。同时考虑到管道应力分析过程的复杂性，以及所要分析的内容数量众多，基于这一现状情况下要实现对管系受力状况的有效改善，则应采取加强管道柔性、采用冷紧施工方法、合理布设管道支吊架等方式，希望通过本文的研究能够为相关的研究人员提供一些有价值的参考。
参考文献
[1]北京艾思弗软件技术有限公司.管道应力分析理论指南[M].北京：COADE Inc中国技术服务与培训中心，2015：193-202..
[2]]尹伊君.有关石油化工装置的管道设计与工艺探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2015（33）.
[3]国家技术监督局.GB50316-2000 工业金属管道设计规范[S].北京：中国计划出版社，2016.
[4]马中付.高温高压管道的应力分析与设计[J].石油化工设计，2016（3）：10-15
论文作者:蔡永凯,张秀伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/11
标签：应力论文; 管道论文; 管网论文; 化工论文; 荷载论文; 吊架论文; 柔韧性论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;