對石油化工管道應力設計要點的思考

梁亞玲

（連云港沃利帕森工程技術有限公司南京分公司，江蘇南京 210000）

對石油化工管道應力設計要點的思考

梁亞玲

（連云港沃利帕森工程技術有限公司南京分公司，江蘇南京 210000）

基于當前石油化工安全事故頻發以及人們對石油化工管道設計的重視，主要介紹了石油化工管道應力的相關問題以及柔性設計問題，并以某工程實例，對石油化工管道設計提供一些參考。

石油化工；管道；應力分析；柔性設計

1 管道應力分析簡述及其引發問題

1.1 管道應力分析簡述

管道應力指管路在實際工作中，由于受到內部介質壓力、溫度以及自重的影響，或是管路受到外界自然條件與管道端點強制性位移等所形成的應力。載荷理性不同，管道所承受的應力也有所不同，而管道本身的損害程度也將發生變化。通常情況下，可將管道承受的應力分為如下3種類型：

（1）因為壓力、重力或是其他類型外力載荷的同時作用導致管道承受應力。管道是外部載荷的主要承擔物質，基于外力的不斷增加，載荷量也將隨之增加。若管道內部的塑性范圍擴展至最大值，縱使外力載荷量停止增加，管道依舊形成無法限定的塑性流動，進而造成管道本身被破壞。

（2）二次應力主要指管道因受到溫度、端點強制移動等位移載荷對本身作用而形成的應力。該應力形成的目的是滿足管路變形協調，彈塑性總變形量可對管路當中的不連續性進行協調，塑性流動便會中斷，變形也不再持續擴大。

（3）峰值應力：因為荷載與結構形狀出現局部區域突變，該現象常出現于管道內焊縫咬邊區域或是氣孔位置，進而導致局部應力集中，從而形成較高的應力值。

1.2 管道應力引發的問題

管道應力較為容易引發的問題以安全問題為主，管道在實際應用過程中，對管道設計的安全性能要求有如下三方面，分別為耐壓強度、耐腐蝕性以及密封程度。針對管道耐壓強度以及耐腐蝕性，設計人員選用達到標準要求的設計材料，便能有效避免管道內石油由于環境問題的影響而導致管道發生問題。若管道布設存在不合理問題，或是管道柔性較低難以承載一定應力，便有可能導致石油化工企業在實際運行過程中存在安全隱患。如外界穩固在變化過程中，熱銷量較大進而令管道的關口出現破損，管架損壞的問題。若本身便為動力設備，便需思考震源所具有的振動頻率與管道本身具備的固體頻率是否一致，以免出現共振問題，進而造成管道本身被破壞。

2 管道柔性強化措施及要求

2.1 管道柔性強化措施

針對上述問題，建議設計人員選用如下3種方法解決：

（1）更改管道集合布置方法。相比傳統管道連接方法，添加管道彎頭數量以及改變彎頭的實際走向，通過增設大量點對點的管道數量以達到提高管道柔性的目的。無論是處于二維平面當中，還是處于三維空間當中，幾何布置在改變的過程中，設計人員需確保管道兩端端點位置不會發生變化。

（2）設計管道支撐環節過程中，建議設計人員選用彈簧支吊架。通過該設備能夠有效降低支撐點對管道垂直位移的限制，但不建議設計人員大范圍應用。若彈簧支吊架應用規模過大或是范圍過廣，較有可能對管道本身穩定性構成一定影響。

（3）添加膨脹節。針對部分相對較為特殊的情況下，設計人員無法通過添加管道的長度以及彎道的總量以達到提高管道柔性的目的。如管道直徑相數值相對較大，或是業主對施工工藝本身的要求較為特殊。此時，建議設計人員使用添加膨脹節的方式以提高管道本身柔性。雖然該方式較為有效，但膨脹節本身價格較為昂貴，制造過程相對復雜，不僅增加了建設成本，同時也延長了施工工期，所以，設計人員在設計過程中應盡量避免應用。

2.2 管道柔性設計過程中的考慮范圍

設計人員在實際設計工作中，還需考慮如下內容：

（1）管道溫度，實際運行過程中，管道的溫度不宜高于-50℃，或是不低于100℃。

（2）設管道溫度的設計工作與布置工作應結合柔性管道直徑的取值范圍以及實際情況決定。

（3）可能受到外力強制位移現象的管道必須增加管道的柔性。

（3）針對同敏感設備如汽輪機、離心泵等設備相連的管道，應予以注意。

3 工程實例

某石油化工企業開展125t/a重油催化裂化項目，針對與煙氣輪機相連的進口管道，企業有如下要求：管道溫度為655℃，壓力值達到0.36MPa，管路規格為Φ1 030×12。管道從三旋出口EL+ 25 000下到達EL+7 000m，后水平前進13米左右之后流入煙氣輪機。該管道直徑相對較大，承受的溫度高且煙氣輪機管咀受力允許值不高，僅僅應用傳統設計對管道進行自然補償難以達到實際需求。針對該現象，建議設計人員將兩個鉸鏈型膨脹節安設于立管之上，同時將教練型膨脹節安設于水平管當中，于同一平面內構成三鉸鏈性膨脹節系統，從上至下設定為A、B、C三個鉸鏈型膨脹節，若數值管段出現熱膨脹現象，則現象由B與C了兩個膨脹節動作進行吸收。若水平管段發生熱膨脹現象，則由A，B兩個膨脹節動作完成吸收。不僅如此，建議設計人員將彈簧吊架安設于管口區域，進而減少管道垂直方向承受的力，以便使煙氣輪機入口管咀的受力值減弱，直至其達到能夠接受的程度。

4 結束語

管道應力強度是否達標直接關系到管道之后使用的安全性與穩定，若管道本身柔性不足，而所受的應力相對較大，則管道必然出現損壞，進而形成安全隱患甚至引發事故。因此，作為設計人員，必須熟悉如何降低管道應力，并提高管道柔性，以保證石油化工企業生產的順利進行。

[1] 張浩.關于化工管道的支吊架設計要點的思考[J].橡塑技術與裝備，2015，（2）.

[2] 劉鏡鋒.關于石油化工裝置支吊架設計在配管設計中的探討與研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013，（12）：75；90.

Consideration on Stress Design of Petrochemical Pipeline

Liang Ya-Ling

Based on the frequent accidents of petrochemical safety and the importance of petrochemical piping design.This paper mainly introduces the stress related problems and the flexible design problems of the petrochemical pipeline，and provides some reference for the design of the petrochemical pipeline with an engineering example.

petrochemical industry；pipeline；stress analysis；f exible design

TQ055.81

A

1003-6490（2016）11-0072-01

2016-10-30

梁亞玲（1981—），女，河北石家莊人，工程師，主要從事化工管道合理化配置工作。