如何正確分析化工管道設計中的管道應力

禾海寶

摘要：化工廠需要的各類原材料一般都要經過管道運輸，因此在化工過程中，管線是必不可少的輔助物品。管線應力的計算與監測是管網規劃設計的重要依據，它直接影響到管網的設計和生產的安全。在化工管線工程中，管線應力的影響直接關系到管線的安全運行，必須對管線的應力進行優化分析，以確保管線的安全運行。

關鍵詞：化工管道;管道設計;應力設計

1化工企業管道的應力分類

1.1一次應力

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。因此，在化工管線的設計中，必須充分考慮到主應力的不可抗拒性，并對實際使用中的管線壓力進行合理的預測，并提出相應的減輕措施。通過對管線的受力分析和計算，將出現具有較高強度的管線，能夠在設計水平上克服一次應力對管線今后的工作產生的影響。

1.2二次應力

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。二次壓力在一次壓力中表現出較強的自覺性和自制力。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。

1.3峰值應力

峰值應力是指管線在使用過程中，由于管線部分的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，管線長期處于運行狀態，局部設計不合理，極易對管線的安全運行產生不利影響。

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管道應力分析的重要性

管道的應力分析是從微觀上進行的，采用靜、動兩方面的方法，精確地計算管線的各部件，確定一次、二次應力的安全值，以減小外力和應力對管線的損傷，防止管路系統和氣體柱自振。在宏觀上，對管線進行應力分析，為管線的設計和安全評估奠定基礎。管線的應力分析對于優化化學工程的設計、安全生產、節省材料、節省投資、實現安全、合理、效益雙贏等方面具有重要意義。

4化工管道設計中降低應力的策略

4.1設置管道支架

通過安裝管架來減少化學管線的應力，可以通過重力來分攤管線的壓力。所以，在安裝管線支座時，應去除部分承重，并借助支座的支承力，以降低化工管線的壓力。通過對鋼管的結構設計，可以從不同角度評價其對預應力的承載能力，從而確保其在工程中的安全運行。

4.2增加加管網的柔韌性

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條件下，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。

4.3采取冷緊措施降低應力

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。

結語

為確保化工企業的管線正常工作，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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