化工設計中的管道應力分析與優化

宗源

摘要：對于化工企業而言，在其生產工作實際進行的過程當中管道是非常重要的一個部分。管道不僅可以將各類生產設備有效地連接起來，而且可以全面保障管道內部流體的安全性。為了有效提高化工管道的整體性能，需要采取一定的方法對管道安裝、運行的應力進行全面分析。通過分析結果，可以在設計中采取一些針對性的措施對其進行合理化設計，有效提高化工管道的安全性能。本文對化工設計中的管道應力分析進行了討論，并且提出了一些優化方法。希望通過本文可以為相關工作提供一些參考。

關鍵詞：化工設計;管道;應力分析;優化

引言：

隨著時代的不斷向前發展以及工業的持續進步，當前人們對管道設計技術的重視程度變得越來越大。經過多年的研究，當前該項技術已經得到了極大的突破。管道應力分析主要是對管道在各種應用場景中的載荷進行分析，通過對這些數據的有效應用可以使整個管道設計工作進行得更加科學合理。經過多年的發展，當前管道應力分析工作在材料規劃、優化設計等領域取得了非常廣泛的應用，并且有效促進了這些行業的發展。

1管道應力的概念

所謂的應力實際上指的就是某種特定材料或部件在承受外力的作用下構件的形狀所產生的一系列變化。一般而言，當構件承受外部應力時由于力的作用會使構件材料的內部產生一定的形變，原子之間的位置或多或少都會產生一定的變化。而應力實際上指的就是內力順著整體斷面持續分布的單位面積上的內力強度。當根據實際需求對化工生產的產品進行運輸的時候，管道是非常重要的一類運輸介質。由于石油化工產品本身所具有的一些化學特性，為了對其進行有效且安全的運輸，對管道的要求也非常苛刻。因此需要對管道在使用中承受的應力進行全面分析。

2應力的分類

管道在使用的過程當中，由于外部環境因素產生的應力一旦大于材料本身的最大屈服強度，那么材料將會在工作中產生塑性變化，從而使產品運輸工作的安全受到威脅。此外如果管道在高溫的環境下，由于高溫作用會導致管道內部產生應力松弛以及蠕變等情況，從而讓管道內部的應力狀態產生變化。不同應力對管道的使用狀態影響不盡相同，因此需要根據應力產生的實際情況對效應進行有效限定。一般而言，一次應力、二次應力以及分子應力是管道應力最為常見的三大類型。

3需要進行應力分析的管道

并不是所有的管道都需要對其進行全面的應力分析。一般而言，一些管道由于本身使用材料及柔性非常優異，因此無需對其進行分析計算也可以取得十分有效地使用效果。只有在涉及以下幾種類型的管道時才需要對其進行應力分析：

第一，一般管道。一般管道在使用中如果遇到以下幾種類型應當對其承受的應力進行分析計算，分別是內部絕熱管道、脆性材料的管道、整體冷裝置的管道。

第二，與空冷器直接連接的管道。這些管道在使用中工作環境的溫度很可能超過120度，因此有必要對其進行應力分析。

第三，與爐子直接相連的管道。這些管道的工作環境溫度很可能超過230℃，在這樣的情況下，如果管道的直徑大于150毫米則必須要對其進行管道應力分析，以全面保障其使用中的穩定性。

4化工管道應力分析的主要內容

對于管道分析工作而言，在實際進行中主要分為靜力分析及動力分析兩大類型，以下對其進行一一介紹：

4.1動力分析

在相關工作人員根據自身工作需求對化工管道進行動力分析時，主要需要進行以下幾項工作：

第一。對化工管道應力影響較大的往復式壓縮機在應力分析的過程當中，需要單獨對壓縮機進行受力分析工作。在分析時需要重點對往復式壓縮機氣柱頻率與壓力脈動給化工管道造成的影響進行重點研究，并且對其產生的影響采取一定的方式方法進行合理化控制。從而防止化工管道在后續使用的過程當中，由于種種因素的影響產生共振現象，最終使管道使用的安全穩定性得到有效保障。

第二，當化工管道在使用的過程當中，被應用于對各類化工介質進行輸送的時候或多或少都會受到多種外力的聯合作用。在這樣的情況下，化工管道很可能出現振動效應。因此為了保障化工管道的安全使用性能，應當對化工管道產生振動的具體原因進行全面分析。只有這樣才能夠對化工管道的被迫振動規律進行研究，從而采取針對性的方式對化工管道應力進行研究。

4.2靜力分析

靜力分析工作正在進行中主要包括以下幾項內容：

第一，當化工管道在應用中需要承受外界作用力時，管道以及與其相連接的其他設備會形成反作用力對管道使用造成影響。為此研究人員需要對化工管道的反作用力進行分析之后對管道的受力情況進行全面研究，并且采取一定的方式方法將管道承受的外部應力控制在安全的范圍之內，保障生產工作的安全進行。此外對管道的支吊架也必須進行受力分析，防止化工管道在承受外部用力之后出現管道泄露的情況。

第二，當化工管道不具備位移約束的時候需要對其變形、熱脹冷縮等造成的二次應力進行分析，最終形成應力統計數據。將二次應力控制在安全的范圍之內，防止二次應力對管道的正常使用產生影響。

5改善管道應力的方法

5.1使用冷緊方法

在化工管道安裝工作進行的過程當中，可以采取冷緊技術對運行初期管道受到的力矩進行合理化降低，使化工管道在熱脹情況下形成的應力凝聚在冷態當中。此外也可以進一步減少連接處承受的應力，使管道的安全使用得到有效保障。

5.2提高管道的柔性

管道的柔性足夠的話可以有效保障管道在使用中的形狀。此外通過一定的方法全面提高管道的柔性，可以防止管道在使用中形成應力。具體而言可以通過波紋管膨脹節、彈簧支吊架等方式來有效提高管道的柔性。

6結束語

隨著化工產業的不斷向前發展，采取必要方式提高化學化工設備在使用中的安全性已然成為當前人們研究的一個熱點。而要想提高管道的安全性，始終離不開管道應力分析工作。通過該項工作可以為管道設計提供精確的數據支持，因此管道應力分析對化工產業的發展有著非常重要的意義。

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