工業(yè)管道應力分析在化工設計中的應用

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摘要：工業(yè)管道是工程項目的重要組成部分，廣泛應用到化工、石油、焦化等行業(yè)中。為了保障工業(yè)管道設計的經(jīng)濟性、合理性以及工程生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，對管道進行應力分析是一個非常重要的關鍵點。文章結(jié)合管道應力分析的基礎知識和設計工作中的經(jīng)驗，對化工設計中工業(yè)管道的應力分析進行闡述。

關鍵詞：工業(yè)管道；應力分析；應用探討

0引言

工業(yè)管道是工藝流程種類最多、生產(chǎn)環(huán)境狀態(tài)變化最為復雜、輸送介質(zhì)種類較多、條件比較苛刻的設備。為了保證工業(yè)企業(yè)良好的運行環(huán)境以及行業(yè)之間的激烈競爭，企業(yè)對工業(yè)管道的設計提出了更高的要求。工業(yè)管道應力分析在化工、石油焦化、電力等工業(yè)管道設計中占有舉足輕重的位置，工業(yè)管道應力分析對工業(yè)生產(chǎn)安全、管道的設計優(yōu)化、工程的材料節(jié)約等方面起到了重要的作用。

1管道應力分析

管道應力分析的表面理解應該是通過軟件計算得到作用物體內(nèi)的應力分布和數(shù)值。其實，通常所說的管道應力分析工作并非是對管道簡單的進行應力計算，重點是管道應力計算后的分析任務，實質(zhì)上是對管道進行包括應力計算在內(nèi)的力學分析，并保障計算分析結(jié)果能夠滿足標準規(guī)范的要求，從而保證工業(yè)管道自身以及與其相關聯(lián)的設備、土建、裝置結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運行。

2工業(yè)管道應力分析的主要目的

一般情況下，管道設計工程師在管道配管完成后，需要將臨界管系提給管道機械工程師對管道進行柔性分析與應力計算，對管道進行應力分析主要解決以下幾項問題：(1)計算后需要保證管道各點的應力結(jié)果控制在規(guī)范標準允許的安全數(shù)值內(nèi)；(2)保證與管道相連接的設備管口載荷符合制造商或者標準規(guī)范的要求；(3)使設計管道及其連接部分的安全性保持在規(guī)范允許的范圍內(nèi)；(4)計算管道在約束條件下的不同位置處的載荷；(5)分析不同工況條件下的管道位移從而保證管架選擇的合理性；(6)為了解決管道機械振動、聲頻振動、壓力脈動等問題；(7)使管道設計更加合理化。

3工業(yè)管道應力的分析內(nèi)容

管道應力分析主要包括三方面內(nèi)容：正確建立模型、真實地描述邊界條件、正確地分析計算結(jié)果。所謂建立模型就是將所分析管系的力學模型按一定形式的離散化，簡化為程序所要求的數(shù)學模型，模型的真實與否是做好應力分析的前提條件。應力分析的根本問題就是邊界條件問題，體現(xiàn)在工程問題就是約束(支架)、管口等具體問題的模擬，真實的模擬這些邊界條件，才能得到正確的計算結(jié)果。正確的分析結(jié)果，需要正確的設計管道支吊架，結(jié)合工程力學、流體力學、化工機械等理論知識并結(jié)合工作經(jīng)驗才能更好的完成分析任務。

4工業(yè)管道應力分析的應用

4.1管道熱應力和柔性調(diào)整

管道柔性是管道通過自身變形吸收熱膨脹、冷縮和其他位移變形的能力。作為設計人員，應在管道圖紙設計初期，充分考慮工業(yè)管道柔性應力，對影響工業(yè)管道質(zhì)量因素逐一歸納。對管道鋪設進行合理設計，降低相關問題發(fā)生幾率，杜絕管道斷裂、支撐松散等不良事故的發(fā)生。此外，設計管理人員還應從成本因素環(huán)節(jié)，考慮如何縮短管道長度，降低成本。在考慮管道柔性應力的因素中，除考慮外界環(huán)境問題對管道影響外，還可根據(jù)實際情況對管道支撐端點進行調(diào)整。例如，如外界環(huán)境允許，可利用管道柔性的特點，在不加外界管徑的情況下，對管道進行自然轉(zhuǎn)向，或采用各類補償器增強管道柔性，以此降低管道施工難易程度。

4.2管道振動的緩解措施

在工業(yè)管道介質(zhì)的輸送過程中，往往會發(fā)生管道振動的現(xiàn)象。若是管道長期處于振動狀態(tài)會造成管道疲勞發(fā)生破環(huán)，由此引發(fā)管道斷裂介質(zhì)泄漏的情況，有毒可燃的介質(zhì)可能會引發(fā)生產(chǎn)事故。消減管道振動的措施：(1)管道材質(zhì)的選擇。為了減輕振動，首先要選擇抗震性能較強、彈性較好的材料。(2)在管道系統(tǒng)適當?shù)奈恢迷O置緩沖器或孔板，降低流體脈動強度，可在一定程度上減弱管道振動。(3)在管道設計過程中，管道彎頭處避免急轉(zhuǎn)彎。因此在管道安裝中盡量減少使用彎頭或者減小彎頭的角度。(4)在材料強度允許的條件下，選擇直徑較大、管壁較薄的管道。

4.3支吊架的合理設置

管道應力分析過程中正確的設置管道支吊架也是至關重要的。如果安裝位置不合理會使得管道在運行中破壞管道的組成件，使生產(chǎn)無法穩(wěn)定運行。對于保證支架的合理設置應符合以下幾點要求：(1)承重架需要控制一定間距保證管道撓度；(2)充分利用管道的自然補償滿足管道的柔性要求；(3)管道位移不允許超出管托的寬度；(4)不同場合選擇不同型式的支吊架。

5結(jié)語

由于工業(yè)管道的復雜性、特殊性，管道設計對工業(yè)的發(fā)展有很大的影響，因此管道設計也已經(jīng)受到了社會的關注。管道應力分析作為管道設計的一部分能夠為管道設計提供精準的分析數(shù)據(jù)，在工業(yè)安全發(fā)展的道路上保駕護航。

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作者：張峰燕 單位：旭陽工程有限公司