浅析化工管道设计中的自然补偿

潘恒 沈显超

摘 要：随着我国社会经济的发展，科学技术的进步，我国的化工工业也得到了蓬勃的发展。在这一过程中，化工管道的设计尤为重要，特别是化工管道设计中常用的自然补偿方法。随着人们生活水平的提高，人们对于化工管道设计的安全性以及环保性能有了更高的要求。为了更好地满足社会发展的需求，化工管道设计研究人员就要对如何获取更高的热补偿这一问题进行更深入的研究，并制定出科学、高效的方法来解决化工管道设计中的热补偿问题，以此来确保系统运转过程中的稳定性与安全性，并在最大程度上降低管道压力损失、减少材料使用、占地等，避免资源浪费。

关键词：化工;管道;设计;自然补偿

在我国现阶段，随着我国城市化建设的不断加快，我国的工业化水平也在不断的提高。化工产业是工业发展领域中重要的组成部分，也是一个十分关键的环节。在我国工业长期发展的过程中，各行各业的能量供应以及燃料资源等都需要通过管道进行输送，管道输送是当前最为方便、快捷、高效的输送方式。

1 化工管道设计中的自然补偿法概述

化工管道在使用时，如果不对其进行支撑和限制，随着环境温度的升高，化工管道就会发生热胀冷缩的现象，进而发生严重的变形。而当化工管道进行自然收缩时，设备或者是其他的部件造成热应力不受影响。在设计时，对管道施加合理的约束限制，选取合理的支架形式，能够有效的控制管道的自然收缩对管道安全性和稳定性造成的影响。能起到支撑和限制作用的主要为支撑框架、相连接的设施以及其他部件等。因此当环境温度发生较大的变化时，热应力也会随之产生，并影响支撑和限制化工管道的框架以及设备，从而使得化工管道以及相连接的设施发生故障而不能进行正常的运作，甚至还会引发非常严重的安全事故。因此为了避免热应力的出现，就必须将化工管道的柔性进一步增强，从而避免由于环境温度变化使得化工管道形成热应力，进而对化工管道、支撑框架以及相连接的设施造成不良的影响。在化工管道设计的过程中，首先要将其设备的布置流程进行优化，再优化化工管道的布局。只有当布置流程设计完成后才能对化工管道进行安装，然后根据管路的走向来分析应力。补偿设计一般有两种方法，一种是使用补偿设备，一种是自然补偿法。后者由于具有结构简单、补偿效果好、成本低以及使用可靠等优点，因此在进行补偿设计时优先采用这种方法。

2 自然补偿法在化工管道设计中的应用对象

2.1 对于公称管径在100mm以上的化工管道

通常来说物料输送过程中温度超过120℃，或者是温度低于20℃，就应该考虑设置合理的管道柔性补偿。自然补偿法的应用必然也就能够表现出较为理想的作用效果，能够有效规避该类管道运行中可能出现的问题。因为该类化工管道温度应力是比较突出的，进而也就必然容易导致其热胀冷缩问题的发生，由此带来的影响也就需要进行控制。

2.2 对于一些化工管道连接到压力容器的现象

或者是相应管廊公称直径在150mm以上的管道，同样也需要借助于自然补偿法进行处理。尤其是与其他压力容器相连接的管道，如管道柔性不足，支架设置不当，出现热胀冷缩，应力集中而致使其产生管口受力过大，会造成法兰泄露，管道无法进行无应力组对等问题，必然也就需要加强详细分析和控制，在自然补偿法的应用中进行合理设计，降低可能产生的各类危险问题，保证机械、设备的安全。

3 化工管道设计中自然补偿法的应用要点

对于化工管道后续运行中产生的热应力现象，其如果超出了管道材料的承受极限，很可能会出现较为明显的管道变形问题，进而也就必然会对于管道的安全性产生威胁，最终带来较为明显的损失或者是安全事故损害。自然补偿法的应用能够较好借助于管道工程项目中的拐弯处形成Z型或者是L型，进而也就能够促使其在一定程度上表现为较为理想的弯曲或者是扭转现象，最终确保其能够在管道后续热胀冷缩方面进行有效防控，避免其可能受到的损坏问题，并且对于管道体系的位移形成较为明显的控制。在当前化工管道设计中自然补偿法的应用过程中，为了提升其最终落实效果，重点采用加设弯头或者是改变管道走向的方式进行处理是比较重要的手段和方法，在当前应用最为广泛。此外，在一些特殊化工管道设计对象中，还可以通过改变设备布置或者是有效设置相关约束条件来提升其补偿效果，为化工管道体系的有效运行服务。结合现阶段化工管道设计中自然补偿法的实际应用，其需要重点围绕着相应化工管道的具体分布状况以及运行特点进行详细分析，了解具体化工管道设计的自然补偿法应用需求和强度，进而也就能够保障相应化工管道设计中自然补偿法的运行较为可靠。当前自然补偿法在化工管道设计中的应用主要表现在L形直角弯自然补偿以及Z形折角弯自然补偿。

4 提高化工管道自然补偿能力的主要方法

4.1 提高管道柔性

管道柔性同管道在面对温度变化时所产生温度应力的大小有关，柔性大的管道温度应力影响小，柔性大的管道温度应力影响大，因此提高管道柔性是改善管道系统性能的关键工作，而自然补偿法设计的核心就是通过增加管道弯曲度来提高管道的柔性。另外，在平面管道系统中，设计人员也可以通过使用没有热膨胀或热膨胀系数小的管道来增加系统的柔性。

4.2增强管道自身的弹性程度

化工管道壁的弹性大小在一定程度上影响着化学管道的自然补偿能力。要想从根本上提高化工管道的自然补偿能力，其中最为关键一部分就是要确保管道的变形具有一定的弹性，当化工管道在受到外界的作用力时，能够进行变形后的管道进行自我修复。影响化工管道弹性大小的因素有很多，其中最主要的就是管道的形状、长度、尺寸以及弹性模量。因此，在化工管道实际的施工期间，要进行全面的勘测与实验，通过计划管道的走向来提高管道自身的弹性，同时也要对管道的材质实施实验与勘探，构建管道受力模型，以此来避免返工，减少浪费现象的发生。

4.3 強化对施工过程的技术管理

实际施工过程中，施工队应该根据各分项工程的施工质量，形成一定的自检制度，待自检合格后才能向现场负责人员报审，之后现场负责人员需要与质量检查人员一起全面检查施工质量，在此基础上做好记录工作，待检查合格以后才能继续进行施工。工程在施工过程中始终不变的话题便是安全，为此在实际进行施工技术管理当中，需要提高对安全技术管理的重视程度，从实际出发制定一系列切实可行的安全管理措施，完成相关安全教育手册的编写，在施工人员当中定期不定期的开展安全教育，全面检查施工现场的安全，避免出现这样或那样的安全事故，确保能够安全且有序地进行工程施工。另外，在施工始终都秉持着以人为本、安全环保、文明施工以及严守法规的安全方针，避免出现重要的事故，如火灾、机械和设备安全故障等，从而可以有效的保护人员的人身安全，实现安全事故“零”目标。

5 结束语

总的来讲，管道是化工企业主要的基础设施之一，对于保证生产效率以及生产的安全性具有十分重要的意义。为减少管道运行过程中温度应力对系统的不利影响，管道设计中需要引入自然补偿法的思想，借助于简单的结构调整，实现管道柔性的提高，分散温度应力，提高整个系统的稳定性，保护管线和设备安全。

参考文献：

[1]郭晓莹，王庆，翟俊红.化工管道设计中的自然补偿法研究[J].化工管理，2017（17）：144.

[2]吴小琴.化工管道设计中的自然补偿法研究[J].化工管理，2016（21）：88.

[3]王一.化工管道设计中常用的自然补偿法研究[J].化工管理，2016（02）：24.

作者简介：

潘恒（1988- ），男，汉族，湖北省武汉市人，硕士研究生，工程师，研究方向：化学工程（石油与天然气）。

沈显超（1982- ），男，汉族，湖北省武汉市人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：油气管道输送。