化工設計中的管道應力分析

何龍

摘要：管道應力分析是化工設計中的一個重要環節，是其非常重要的組成部分。為了讓相關從業人員能夠更好地了解管道應力分析，本文將圍繞著化工設計，詳細介紹和解釋管道應力分析的主要內容。

關鍵詞：化工設計;管道應力;應力分析

1 管道應力的概念

應力是指一種特定的材料或零件在受到外力的影響時發生的一系列的變形。通常情況下，在受到外力的影響下，材料的內部會發生一些變形，從而導致原子的位置發生變化。所謂的應力，其實就是指每隔一段時間，內力在整個界面上的持續分布的單位面積上的內力強度。在按實際需要進行化工產品的輸送時，管道是一種很重要的輸送媒介。由于化工產品自身的某些化學性質，在輸送過程中需要對管道進行嚴格的控制。所以，必須全面地分析管道在使用過程中所受到的應力。

2 化工設計中管道應力的分析路徑

隨著社會的發展，化工行業的發展也越來越快，很多的化工廠都在不斷地擴大自己的生產規模，同時也在不斷地提升著自己的生產效率。由此對管道的設計及相應的需求也越來越迫切，這就需要不斷地完善工藝、更新和采用新的工藝、設備，以增強整個化工管道的承載力，保證管道的安全、穩定。下面對化工設計中的管道應力，從三個方面進行分析與探討。

2.1 目測檢測分析

在化工設計中，主要采用目測檢測對兩個或更多相似的管道進行同步分析。管道應力對其特性的要求是柔性，從而可以通過計算相似或相近管道的應力狀況，計算出管道的應力集中點。但是，在化工設計中，由于缺乏專業的檢測儀器，采用目測的方法進行管道應力分析時，常常會產生錯誤的判斷。而在進行目測檢查時，一般都是基于技術人員的經驗，所以這種檢測和分析，一般都是由有經驗的人來完成。但另一方面，由于各種化學產品的特殊性，在不同的化學產品中，管道除了柔性特性外，還有其他的特性存在。

2.2 物理方式分析

在化工設計中，采用物理方式來分析管道應力，需要采用專業的物理分析方法。比如對化工設計中管道圖紙應做全面的分析，要采用物理手段，應力計算公式等。利用這些物理方法對化工管道進行應力分析，可以對管道的應力進行基本的了解，判斷其是否達到化工管道柔性的要求。這種物理分析方法，雖然只是一種比較初級的分析手段，但它的物理分析精度極高，而且應力分析的過程也比較簡便。所以在化工設計管道應力分析中，通過物理方法來進行應力分析推廣速度很快。

2.3 計算機應力分析

隨著計算機技術的發展，各種技術的發展和應用越來越廣泛。采用計算機技術和軟件技術可以有效地應對目前的工作環境。因此，采用計算機技術和軟件技術來進行管道應力分析具有重要的現實意義。這種方法可以通過專業的管道應力分析軟件來進行分析，同時還可以建立管道應力的仿真模型，并對管道的工作狀況進行仿真，從而大大降低了管道在使用中出現的問題。由于采用了計算機的應用和分析手段，可以達到很高的精度，所以該方法常用于高精度、大容量的化工管道設計。

3 化工管道應力分析的主要內容

3.1 動力分析

在對化工管道的應力分析中，相關工作人員應按自己的工作要求進行，包括：

第一，往復式壓縮機對管道應力有很大的影響，必須對其進行單獨的受力分析。在分析過程中，必須著重研究往復式壓縮機的氣柱頻率和壓力脈動對化工管道的影響，并通過各種途徑和手段加以合理地控制。這樣可以避免在以后的使用中，因為各種原因引起的共振，從而有效保證管道使用的安全性。

第二，在化工管道的使用以及輸送各種化學介質的時候，會受到各種不同的外力的影響。在這種條件下，很有可能發生化工管道的振動。所以要充分地分析化工管道振動的成因，以保證其安全運行。

3.2 靜力分析

靜力分析的工作主要有：

第一，在使用過程中，如果管道受到外力的作用，管道和其他與之相連的設備會產生反作用力，從而影響管道的正常工作。

第二，在沒有位移約束的情況下，必須對化工管道變形、熱脹冷縮等二次應力進行分析，最后得出相應的應力統計。將二次應力控制在安全范圍內，避免二次應力影響管道的正常使用。

4 管道應力分析在化工設計中的應用

管道應力分析工作內容，包括準確建模、真實描述和正確的計算結果三個方面。要知道，應力分析工作執行起來很困難，為了保證結果的準確性，技術人員必須在工作中不斷地積累和實踐，才能達到預期的效果。其中，建模工作是將已設計好的管道布置模型，用適當的形式進行模擬，將其簡化為符合程序的數學模型，真實性對計算結果的準確性有很大的影響。在進行應力分析的時候，技術人員最關心的就是與邊界條件有關的問題，如果是在化學領域，那么就是約束、管口等相關問題的仿真和研究。

4.1 管道熱應力以及柔性調整

管道柔性數據是指在變形、熱膨脹和冷收縮時，發生位移變形形成的數據。業內的設計者在實施管道設計工作之初，要充分重視管道的柔性應力，并總結出可能會影響到管道質量的主要因素。這樣既保證了管道的合理布置，又減少了出現事故的概率，防止管道的斷裂和松動等。

4.2 管道振動的緩解措施

對于輸送介質時的管道振動，技術人員可以判定它是否長期處于不利的狀況。如果長期處于不利的狀況，要采取適當的措施來減小管道的振動。首先要選用適當的管材，也就是要選用具有良好的抗震性能和彈性的材料。其次，在管路適當位置安裝緩沖器，減少管路中的流體脈動，從而減少管路的振動。在管道設計中，技術人員可以在管道的拐彎處設置更為平滑的轉角，避免急彎。

結束語

為保證化工企業管道的正常工作，保證企業安全、高效的生產，對管道進行應力分析是非常必要的。同時，在設計與敷設時，要充分考慮管道本身的應力需求，以及其所處區域外部環境的干擾。對管道的設計進行嚴格要求，以達到全面提升管道柔性的目的，避免因應力造成管道斷裂等問題，給企業和職工造成不利影響。在此基礎上，采用相應的對策，減少因應力引起的安全隱患，達到延長管道壽命、保障職工生命和財產安全、改善企業運營效益的目的。

參考文獻

[1] 張禹，劉銀春，趙會軍，周昊，于鵬飛，薛崗.基于CAESAR Ⅱ的集氣站放空管道應力優化研究[J].常州大學學報（自然科學版），2021，33（06）：70-78.