基于化工設(shè)計(jì)中管道應(yīng)力的分析

姚程程 劉朋

山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253000

引言

化工工程設(shè)計(jì)中的配管設(shè)計(jì)將工藝設(shè)計(jì)工程化、具體化，其直接影響最終的裝置建設(shè)。因此，配管設(shè)計(jì)在整個(gè)裝置設(shè)計(jì)中起著十分重要的作用，配管設(shè)計(jì)水平高低直接關(guān)系到裝置投資和建成投產(chǎn)后能否長(zhǎng)期、安全、平穩(wěn)運(yùn)行。配管設(shè)計(jì)中設(shè)備布置是否合理，管道材料選用是否合適，管道布置是否科學(xué)經(jīng)濟(jì)和美觀，都將直接影響到整個(gè)建設(shè)過程。

1 化工工藝設(shè)計(jì)的流程

化工行業(yè)屬于高危行業(yè)，在生產(chǎn)的過程中伴隨著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，這就要求在化工工藝設(shè)計(jì)方面，必須要嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)部門所出臺(tái)和制定的安全設(shè)計(jì)規(guī)律和標(biāo)準(zhǔn)，使得化工工藝安全設(shè)計(jì)更為有效。化工工藝安全設(shè)計(jì)的過程就是將化工原材料經(jīng)由一定化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品的流程設(shè)計(jì)規(guī)程，其主要包含了以下內(nèi)容：①原材料處理，化工工藝安全設(shè)計(jì)中，原材料是關(guān)鍵的生產(chǎn)元素，化工工藝只有在原材料的基礎(chǔ)上才能夠開展，在原材料處理的過程中，需使得各種原材料能夠達(dá)到化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。②工藝條件的控制，化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生需在一定的溫度、壓力條件下進(jìn)行，這就要求在化工工藝安全設(shè)計(jì)的過程中，需要加強(qiáng)對(duì)這些條件的有效設(shè)計(jì)，使得化學(xué)反應(yīng)能夠在此條件下發(fā)生，保障反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。③化工工藝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)后的粗產(chǎn)品需經(jīng)由萃取等手段來進(jìn)一步處理，以滿足化工產(chǎn)品的實(shí)際需求[1]。

2 應(yīng)力分類

管道應(yīng)力是管道自身產(chǎn)生的一種內(nèi)力，是決定管道安全最重要的因素之一，可分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力。其中一次應(yīng)力是由壓力、重力等外加載荷作用于管道而產(chǎn)生的內(nèi)力，其無自限性，隨外部載荷增加而不斷提高。當(dāng)其超過管道材料強(qiáng)度（或屈服）極限時(shí)，管道將產(chǎn)生不可逆的塑性變形而發(fā)生斷裂等破壞。二次應(yīng)力是指管道由于熱脹冷縮或者端點(diǎn)附加位移等作用造成管道變形受阻而產(chǎn)生的一種內(nèi)力，本身不與外力直接平衡。二次應(yīng)力有自限性，當(dāng)管道產(chǎn)生少量塑性變形時(shí)，即可使應(yīng)力顯著降低。峰值應(yīng)力則是由于管道某點(diǎn)所受載荷、結(jié)構(gòu)等發(fā)生局部突變而造成該點(diǎn)應(yīng)力顯著增大，其管道并不會(huì)產(chǎn)生明顯變形，但隨著時(shí)間變化可能會(huì)造成管道疲勞破壞或者脆性斷裂，一般發(fā)生在高溫高壓或者其他劇烈循環(huán)等惡劣工況下。

3 如何降低化工管道的管道應(yīng)力

3.1 加強(qiáng)化工物料管理

化工工藝安全設(shè)計(jì)中，物料是設(shè)計(jì)過程中必須要密切關(guān)注這一要素，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，如果要全面優(yōu)化和提升安全設(shè)計(jì)水平，就需要加強(qiáng)物料管理。在化工工藝安全設(shè)計(jì)上，由于可能會(huì)存在物料方面的危險(xiǎn)因素，就需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員積極根據(jù)化工工藝安全設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)物料風(fēng)險(xiǎn)管理。物料風(fēng)險(xiǎn)管理需要從以下方面來開展：①?gòu)奈锪系倪x擇和采購(gòu)方面著手，專業(yè)人員需嚴(yán)格按照化學(xué)工藝生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)市場(chǎng)上的同類型化工原材料加以性能和質(zhì)量等的對(duì)比，保障各類化工物料的科學(xué)應(yīng)用，使得物料的使用不僅能夠滿足基本的生產(chǎn)需求，也能夠保障生產(chǎn)的安全性，通過物料的選擇和采購(gòu)管理，來從源頭上消除物料使用中的危險(xiǎn)因素。②加強(qiáng)對(duì)物料進(jìn)場(chǎng)的質(zhì)量驗(yàn)收與控制，這一項(xiàng)工作的落實(shí)主要是要在物料進(jìn)場(chǎng)之前，開展嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，通過質(zhì)量檢測(cè)來避免不合格物料的進(jìn)場(chǎng)和使用。③物料進(jìn)場(chǎng)以后，專業(yè)的物料管理人員需結(jié)合實(shí)際的化工工藝要求，來依據(jù)相應(yīng)的物料特點(diǎn)，來對(duì)物料加以分類存放和管理，尤其要加強(qiáng)對(duì)物料存放環(huán)境的管理。

3.2 管道優(yōu)化設(shè)計(jì)

化工工程管道優(yōu)化設(shè)計(jì)如下，一是化工工程管道設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格按照化工工程既定工藝流程進(jìn)行。工作人員在設(shè)計(jì)化工工程管道時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行架空處理，該處理方式可以在保證管道質(zhì)量的前提下節(jié)約空間；二是控制好管道之間的距離是化工工程管道優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要注意的問題。比如有些化工工程管道有部分表面是突出的，這樣的管道彼此之間的距離應(yīng)該在2.5cm以上，至少為2.5cm；三是化工工程管道優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要合理安裝管道位置，管道要盡量避免在吊裝孔區(qū)域和拆卸區(qū)域安裝，一旦安裝在吊裝孔區(qū)域或者拆卸區(qū)域?qū)⑷菀状偈箽怏w進(jìn)入管道上方；四是沿地面安裝的化工工程管道，需要避免出現(xiàn)跨越設(shè)備或者跨越建筑物的情況；五是管道安裝中需要對(duì)其彎曲半徑進(jìn)行重點(diǎn)控制的為固體化工工程管道，通常情況下固體化工工程管道的彎曲半徑與管道直徑兩者之間的比為5∶1。舉例來說，如果化工工程管道直徑為6cm，在5∶1原則下那么化工工程管道彎曲半徑則為6×5=30cm。對(duì)于排放氣管道來說，其優(yōu)化設(shè)備需要嚴(yán)格按照國(guó)家既定標(biāo)準(zhǔn)，確保管道布置的安全性和規(guī)范性。

3.3 資金投入以及監(jiān)督管理力度的提升

對(duì)于化工企業(yè)而言，在保證生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量可以達(dá)到基本目標(biāo)要求的整個(gè)過程中，必須要嚴(yán)格按照規(guī)范化、管理化的操作流程進(jìn)行化工生產(chǎn)作業(yè)，避免由于人為操作失誤等各種問題，引起嚴(yán)重的事故。化工安全生產(chǎn)的主要目的是為了為企業(yè)內(nèi)部員工的人身安全提供保證，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)效益的有效增長(zhǎng)。為了從根本上保安全生產(chǎn)環(huán)境可以在實(shí)踐中得到不斷完善和優(yōu)化，需要促使化工企業(yè)不斷在實(shí)踐中強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)的重要性，同時(shí)還要加大資金投入力度，對(duì)先進(jìn)、合理的生產(chǎn)觀念進(jìn)行引進(jìn)和利用，同時(shí)還要完善化工生產(chǎn)現(xiàn)有的技術(shù)、設(shè)備等。這樣做的根本目的是為了盡可能避免在技術(shù)、設(shè)備等硬件方面出現(xiàn)質(zhì)量問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，化工管道的研究設(shè)計(jì)離不開當(dāng)下社會(huì)中對(duì)化工型人才的培養(yǎng)。我國(guó)對(duì)于化工管道設(shè)計(jì)已經(jīng)有著十分先進(jìn)的水平，并通過不斷的探索與實(shí)踐得出來一定的成果和科學(xué)結(jié)論。在解決管道應(yīng)力這一問題上，今后的化工產(chǎn)業(yè)必然做出更契合實(shí)際、實(shí)踐意義更強(qiáng)的研究與分析。