如何正確分析化工管道設計中的管道應力

寇征

摘要：化工廠所需的各類原料，通常都是由管線來運輸，所以，在化學過程中，管線是必不可少的輔助設備。管線應力的計算與監測是管網設計的重要依據，直接關系到管網的設計與施工的安全性。在化工管線的實際應用中，管線的應力對管線輸送的安全性產生了很大的威脅，所以在設計時，必須對管線的應力進行最優分析，以保證化工管線的使用安全。

關鍵詞：化工管道;管道設計;應力設計

1關于對管道應力的概括

對管道應力的分類主要分為三種，一種是一次應力，一種是二次應力，另一種是峰值應力。三種應力各有各的不同，各有各的優點。

1.1一次應力的相關介紹

一次應力是一種因外力超載引起的一種自然的物理現象。由于一次應力的無窮大，使得化工管線在承受一次應力時，往往會出現一定的壓力。但是，因為不同的壓力，對管道施加的力也有很大的差異。因此，在一次應力作用下，管線自身的特性和設計常常影響到其變形的大小。

1.2次應力的相關介紹

化學管線的二次應力通常是由于在使用過程中溫度的影響而造成的。二次壓力對一次壓力的影響較大，其自我意識較強，自我約束較強。也就是說，在化學管線的荷載超出了其承載量的限制條件下，管線上的一些部分會因外力的作用而產生局部的塑性變形。在化學工程中，管線在經歷一段時間的塑性變形后，能夠按其本身的受力狀況對管線進行平均，從而達到均勻的應力分布，從而把塑性變形區的應力排出，從而確保管線的主要受損區能夠緩慢地恢復。因此，在管道設計時，必須充分考慮施工工況對二次應力的影響。

1.3峰值應力

峰值應力是指管線在使用過程中，由于管線局部脫落或松動而引起的應力，這直接反映了化工管線的設計技術上的缺陷。另外，產生峰值應力時，一次應力和二次應力都會增大。盡管在化學管線中，峰值應力并不容易導致管束的變形，但是它也存在著潛在的失效危險。在此應力條件下，管線容易出現裂紋、損壞、老化等問題。這些潛在的危險也會從一定程度上減少化學管線的價值，并且會對以后的管線的使用造成問題。尤其是在峰值應力狀態下，管線運行周期較長，且局部設計不當易對管線的正常使用產生不利影響。峰值應力不同于上述兩種應力。它是在一次應力和二次應力的基礎上的另一種應力，是由于技術人員對管道內某些部位的脫落和松弛，以及對基礎的局部熱脹冷縮造成的。它是在主應力和次應力基礎上的創新。與前兩種應力相比，峰值應力不會引起管道的變形，但隨著時間的推移也會使管道產生裂紋。

2在化工管道設計中管道應力的分析內容

2.1動力分析

首先，在化工管道輸送化工介質的過程中，可以根據輸送介質的不同，與化工管道的實際運行有機結合，通過分析有效地獲得管道在輸送介質中的固有振動頻率，避免管道輸送過程中的共振現象;其次，一般情況下，復合式壓縮機的應用對化工管道的應力影響很大，主要影響方式是通過共振現象施加應力。因此，有必要進行單獨的應力分析，包括復合壓縮機氣柱和壓力動脈的頻率等。在此基礎上，應制定相應的預防措施，有效降低共振的危害。第三，在化工管道輸送介質的過程中，應力可能受到各種外力的共同作用，從而導致化工管道的強迫振動。

2.2靜態分析

化工管道在輸送介質的過程中，會遇到外界環境，同時管道本身也有一定的應力值，通過與其他化工設備的連接形成一定的反作用力。因此，需要根據實際情況準確計算出化工管道的一次應力值，在此基礎上將設備的控制能力和管道的應力值控制在合理的范圍內，可以有效避免化工管道在靜態作用下的塑性變化。其次，化工管道如果出現位移現象，會產生很強的約束力，在外界環境的影響下會產生二次應力值，如熱脹冷縮、塑性退化等。因此，在化工管道的設計中，需要更加重視二次應力，應力范圍應控制在以下數值公式中，φA=f（1.25φc+0.25φh），其中φA表示第三，當化工管道受到外力時，需要精確計算靜荷載作用下的應力值，并在此基礎上適當產生一定的反作用力。

3化工管道設計中降低應力的策略

3.1設置管道支架

設置管架降低化工管道應力的原理是用重力分擔管道的壓力。因此，在設置管道支架的過程中，應去掉一部分承重力，利用支架的支撐力來減輕化工管道所承受的應力標準。根據管道結構的設計，可以在一定程度上評估管道對預應力的承受強度，可以保證管道在實際使用中具有較高的安全性。

3.2增加管網的靈活性

在化工管道設計過程中，為了有效降低管道應力，需要根據實際情況有針對性地選擇化工管道材料，同時在滿足實際要求的同時，適當增加管道的柔性特性，可以有效反映管道的塑性變化的難易程度。至于化工管道的柔性，與管道的抗壓能力密切相關，兩者存在正比關系。相應的，提高管道的柔性可以在一定程度上阻礙管道內應力的形成，在抵抗應力的同時，還具有一定的抗壓和自限性的特點。增加管道柔性的主要措施包括改變管道走向、波紋管膨脹節、彈簧支吊架等。

3.3采取冷緊固措施減少應力

在化工管道的設計過程中，需要充分考慮在實際的管道使用過程中，由于局部熱膨脹應力，管道經常發生塑性變形，進而增加管道的彎曲程度，使管道彎曲過大。主要原因是化工管道材料易發生化工運輸物料泄漏事故，對生產安全構成嚴重威脅。因此，有必要在設計過程中制定冷緊縮措施的預防方案，以有效保證化工生產。

結語

為確?；て髽I的管線正常工作，確保企業的安全、高效生產，管線的設計必須對管線進行應力分析。同時，在設計、施工中，應充分考慮管線自身的受力情況，并應充分考慮到企業所處的外部環境因素，對管線進行合理的受力設計，以全面提升管線柔性，防止因受力而造成管線斷裂等問題，對企業和職工造成不利影響。同時，在保證職工生命和財產安全的前提下，采取適當的措施，降低管線受力所造成的安全隱患，并采取適當的措施，以延長管線的使用壽命。

參考文獻

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