探讨化工设计中的管道应力分析

杨媛媛

摘 要：在化工设计环节中管道设计有着十分重要的作用，而对于管道应力的分析将会直接影响着后期的运行，所以说探究管道应力分析是整个化工设计环节的关键组成部分。在具体应用过程中，人们也越来越重视管道应力的研究。本文对于管道应力的分类进行了简单的介绍，探讨了管道应力分析，并提出相应的改善措施，希望能够为相关化工设计提供一定的参考。

关键词：化工设计;管道应力分析;分类;改善措施

随着我国工业化水平的不断提高，人们加快了化工设计的进度，各种化工制药设备装置也逐渐形成系统化，并具备完善的工艺流程，但因为后期现场的施工以及设备的安装铺设等等，造成在进行化工管道设计时差别较大，而在进行管道设计时由于缺乏对管道的盈利分析，造成其严重影响了后期的生产运行，所以说化工管道应力分析有着十分关键的作用，是确保化工产业安全生产的必要前提。

1 管道应力分类

1.1 一次应力

由于受到外界在核力量的作用而出现的应力被称作一次应力，这主要包含介质内压、介质重量以及自重等长时间外界在和所作用而产生的应力。在一定范围内其能够和外加荷载平衡，另外还会根据外界再和力量大小而进行相应改变，但是如果管道材料屈服极限低于产生的一次应力值，则会造成管道产生塑性变形而发生损坏。

1.2 二次应力

一次应力的作用造成管道发生变形而进一步受到约束而出现的应力被称作二次应力，通常主要是由于端点位移和热胀冷缩引起。因为其自限性特点，所以其应力会随管道出现一定量的变形或局部屈服而降低，同时也无法和外界在和相平衡，二次应力值过大会造成管道出现疲劳破坏的现象。

1.3 峰值应力

管道或者其零部件局部热应力效应到一次应力或二次应力的附加增量通常被称作峰值应力，另外还包含管道连接处的焊缝位置未焊透以及一些小角度所存在的盈利。峰值应力不会造成比较明显的变形，但其会造成一定的脆性锻炼或疲劳裂纹扩展。

2 化工设计中的管道应力分析

由于化工生产规模的不断扩大，各种新型工艺及设备的应用和推广，对于化工管道提出了更高的要求和标准，相应的其管径和壁厚也在不断增加，所以加强其对管道的应力分析有着比较关键的作用。因为化工行业的管道相对特殊，所以其采取的英语分析方法也不相同，根据目前的行业发展现状来看，比较常见的应力分析方法主要有目测检验法、简单分析法和计算机辅助应力分析法。

2.1 目测检验法

一般针对运行状况良好管道的柔性相同或相近的能够采取目测检验的方法来进行管道应力分析，结合相邻管道的分析经验进行对比，通过观察就能够发现其应力集中点，确认其工作的应立即中状况。但这一方法仅仅适用于工作经验丰富的工程师。

2.2 简单分析法

简单分析法是通过简单的图表以及公式计算对管道应力进行分析，可以保证管道具有一定的柔性，虽然无法进行精确的载和应力计算，但这种分析方法相对简单，具有一定的普及性和应用性。

2.3 计算机辅助应力分析

通过采取专业的管道应力分析软件来对具体管道展开盈利数据分析。根据其具体结构来判断应力集中点。同时计算机相关软件还能够对管道应力分布进行模拟，使得整个管道应力分析过程更加直观可靠，这种方法也是针对于要求精度较高且对于其安全性力度较大的管道分析。

3 管道应力分析的主要内容

①计算压力荷载和持续载荷作用下的管道一次应力--防塑性变形破坏;②计算管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移载荷作用下的管道二次应力--防止疲勞破坏;③计算管道对机器、设备的作用力--防止作用力太大，保证机器、设备正常运行。计算管道支吊架受力，为支吊架设计提供依据;④计算管道支吊架的受力--为支吊架设计提供依据;⑤管道自振频率分析--防止管道系统共振;⑥管道强迫振动响应分析--控制管道振动及应力;⑦往复式压缩机气柱频率分析--防止气柱共振。

4 管道受力状况的改善方法

4.1 增加管道柔性

在进行化工管道设计的过程中要充分考虑管道柔性，有效提升管道柔性在一定程度上能够通过修改管道走向、选用弹簧支吊架或是波纹管膨胀节来达到。可以结合管道长度固定点的位置来有效提升管道柔性的原理，遇到管道在某一方向过硬时能够通过延长其长度来提高管道柔性，这也是最简单便捷的方法。弹簧支吊架的基本原理是通过放松其约束力来达到提高管道柔性的目的。

4.2 合理选用并设置管道支吊架

支吊架在整个管道排布系统中有着关键作用，其合理应用能够有效降低管道的应力集中，但如果其选择不当则会导致管道由于超载和负重而出现是盈利超标的问题。同时安装科学合理的支吊架还能够有效减少管道二次应力以及设备受到的管道推力，从而为管道和设备的稳定工作提供坚实的基础保障。另外选择科学合理的支架于往复机械的振动管道来讲，还可以在一定程度上降低管道振动频率。

5 结语

综上所述，化工管道应力分析是化工行业开展生产运行的重要基础，因此工作人员必须引起足够的重视，加强对化工管道的盈利分析，根据具体的管道分布情况来确定管道分析方法，从而进行科学合理的管道分析。

参考文献：

[1]包亚西.管道应力分析中进行详细应力分析管道的确定[J].河南化工，2010（09）.