摘要：管道设计是化工设计中重要的一环，作为化工运输的载体，管道的安全工作是化工运输安全的基础保障，而管道应力对管道安全的影响是绝对的，因此设计人员只有仔细分析管道应力，并设计出完整科学的设计方案，才能保证化工作业的安全进行。
关键词：化工设计；管道应力；思考
引言
化工管道设计有着极高的设计标准和要求，由于这项设计工作自身的特点，因此在应力的分析上都需要加以注意，经过研究和论证，目前在化工管道设计，尤其是管道应力的设计上拥有了丰富的经验，能够采用合理的科学的设计途径，通过有效的措施，得到经过优化的化工管道设计方案，并在工作实际上收到了满意的效果。
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。结合这种化工生产中管道应力的表现，其主要分为一次应力、二次应力以及峰值应力三个类别。一次应力主要就是指管道设备在应用过程中受到的外加荷载，其具体表现有重力以及压力等，对于管道设备的影响和作用是比较直接的，相关影响机制也是较为明显的；二次应力则主要是指管道材料在受到外界影响出现变形的过程中而出现的应力变化，该方面的应力产生不会直接和外力存在明显联系，具备明显的自限性，并且随着自身形变的程度出现较为匹配的变化表现，如此也就需要在实际管道设备运行中予以高度重视。
2管道应力及分析要求
2.1一元应力
一元应力大多是由于外界作用力的负荷而造成的，例如重力或压强这种外界的作用力。一元应力具有无限制，等同于说，一元应力不可以用化学管网自带的抗压性而反抗外界作用力，让化工管网本身负担重力或者压强等非常大的外界作用力。同样，一元应力可以满足外界作用力所需要的承受力，从而完成应力与外界作用力均衡的目标。而当化工管网的用料达到可承受压力的最大限度时，化工管网非常容易因为用料承载过大的外界作用力而发生塑变，从而造成管网破损。因此，当化工管网遭遇风负荷、水压力、地壳波动等外界因素干扰时而遭受的负载时所出现的应力均属于一元应力。
2.2最大应力
最大应力是指由于化工管网的一些零部件出现松化或脱落和部分区域的过热效应的影响而加强到一元应力和二元应力上的第三应力。最大应力与一元应力与二元应力不一样的是，不会对化工管网造成显著的塑变，但是会让化工管网从里面开始逐渐出现开裂，不断加深裂纹的量变，最终造成本质的变化，进而导致管网的破损。因此，最大应力发生的主要因素是人为的参与和零部件的破损。
3化工管道应力优化措施
3.1合理设置管道支架
管道的设计也是管架的设计，正确的设置管道支架对减轻管道一次应力和管道二次应力有着重要的作用，两个相邻管架的距离应在管道最大跨距内，用固定架限制管道各向线位移及角位移，吸收因管道热膨胀受阻或压力脉动而产生的力及力矩，用导向架限制管道的径向位移，用限位架限制管道的轴向位移等。合理的管架设计可以控制管道形变，降低管道震动。
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3.2采用管道冷紧法缓解管道应力
管道的冷紧是让管道在冷状态下的拉力去抵消热状态下的位移，从而降低热胀应力下管道端点产生的推力和力矩，并不改变应力范围，同时也可以防止法兰连接处发生泄漏。但是与转动设备相连接的管线，不允许使用冷紧的方法。
3.3进行详细应力分析管道的确定办法
在管道系统中确定管道是否需要进行详细的应力分析，并且选择真正需要的管道进行详细的应力分析是非常重要的，如果对全部管道都进行详细的分析，从实用性角度来说没有必要，增加成本的同时还可能会让负荷过重的工作人员在对重要的管道进行应力分析时，由于体力不支精神不佳出现失误，从成本控制的角度来说，这种行为拖慢了工程进度，浪费了人力资源以及时间成本。而如果对过少的管道进行详细的应力分析，则会导致对管道系统的分析不彻底而出现失误造成工程损失。因此，针对这一问题，应该通过温度、管径、以及与管道连接设备的重要性三个指标来选择进行详细应力分析的管道。通常来说，管径越大、温度越高、设备越重要的管道越应该进行管道应力的详细分析。
4管道应力的降低方法
4.1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。
4.2 选用合适的支吊架并准确安装管网支吊架
支吊架在管网体系当中发挥着关键的作用，支吊架的选择和安装的合适性在应对一元应力、降低管道系统震动与二元应力等各方面都具有重要的意义，而如果支吊架的选取或者安装不合适，则会因为负担不起管网的重力等负荷而导致管网的一元应力发生超过标准的情况。并且，支吊架的合理安装对把控管道体系的塑变以减轻管网二元应力与装置承受的管网压力也有明显的效果，给管网与装置的稳定运转提供有力保护。同时，对于给往返式设备的振动管道安装支吊架而言，还可以有效降低管网振动。而安装支吊架时，应满足在管网所能承受的最大范围之内的要求，在装置的管口就近处安装，在有集中负载时应抵近负荷安装，而往返式压缩机应独立安装支吊架并和其他建筑分隔开。
结语
综上所述，管道应力分析对化工企业的生产安全、成本控制极为重要，明确需要进行应力分析的是哪些管道；对这些管道如何进行分析；以及了解不同应力对管道的破坏效果才能根据实际情况准确的进行管道设计从而保障管道系统安全稳定的运行，因此，管道应力分析以及对管道应力的思考对于化工产业的安全来说都极为重要。
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论文作者:陈晔
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：应力论文; 管道论文; 管网论文; 化工论文; 吊架论文; 作用力论文; 外界论文; 《基层建设》2018年第36期论文;