化工设计中的管道应力分析与优化

宗源

摘要：对于化工企业而言，在其生产工作实际进行的过程当中管道是非常重要的一个部分。管道不仅可以将各类生产设备有效地连接起来，而且可以全面保障管道内部流体的安全性。为了有效提高化工管道的整体性能，需要采取一定的方法对管道安装、运行的应力进行全面分析。通过分析结果，可以在设计中采取一些针对性的措施对其进行合理化设计，有效提高化工管道的安全性能。本文对化工设计中的管道应力分析进行了讨论，并且提出了一些优化方法。希望通过本文可以为相关工作提供一些参考。

关键词：化工设计;管道;应力分析;优化

引言：

随着时代的不断向前发展以及工业的持续进步，当前人们对管道设计技术的重视程度变得越来越大。经过多年的研究，当前该项技术已经得到了极大的突破。管道应力分析主要是对管道在各种应用场景中的载荷进行分析，通过对这些数据的有效应用可以使整个管道设计工作进行得更加科学合理。经过多年的发展，当前管道应力分析工作在材料规划、优化设计等领域取得了非常广泛的应用，并且有效促进了这些行业的发展。

1管道应力的概念

所谓的应力实际上指的就是某种特定材料或部件在承受外力的作用下构件的形状所产生的一系列变化。一般而言，当构件承受外部应力时由于力的作用会使构件材料的内部产生一定的形变，原子之间的位置或多或少都会产生一定的变化。而应力实际上指的就是内力顺着整体断面持续分布的单位面积上的内力强度。当根据实际需求对化工生产的产品进行运输的时候，管道是非常重要的一类运输介质。由于石油化工产品本身所具有的一些化学特性，为了对其进行有效且安全的运输，对管道的要求也非常苛刻。因此需要对管道在使用中承受的应力进行全面分析。

2应力的分类

管道在使用的过程当中，由于外部环境因素产生的应力一旦大于材料本身的最大屈服强度，那么材料将会在工作中产生塑性变化，从而使产品运输工作的安全受到威胁。此外如果管道在高温的环境下，由于高温作用会导致管道内部产生应力松弛以及蠕变等情况，从而让管道内部的应力状态产生變化。不同应力对管道的使用状态影响不尽相同，因此需要根据应力产生的实际情况对效应进行有效限定。一般而言，一次应力、二次应力以及分子应力是管道应力最为常见的三大类型。

3需要进行应力分析的管道

并不是所有的管道都需要对其进行全面的应力分析。一般而言，一些管道由于本身使用材料及柔性非常优异，因此无需对其进行分析计算也可以取得十分有效地使用效果。只有在涉及以下几种类型的管道时才需要对其进行应力分析：

第一，一般管道。一般管道在使用中如果遇到以下几种类型应当对其承受的应力进行分析计算，分别是内部绝热管道、脆性材料的管道、整体冷装置的管道。

第二，与空冷器直接连接的管道。这些管道在使用中工作环境的温度很可能超过120度，因此有必要对其进行应力分析。

第三，与炉子直接相连的管道。这些管道的工作环境温度很可能超过230℃，在这样的情况下，如果管道的直径大于150毫米则必须要对其进行管道应力分析，以全面保障其使用中的稳定性。

4化工管道应力分析的主要内容

对于管道分析工作而言，在实际进行中主要分为静力分析及动力分析两大类型，以下对其进行一一介绍：

4.1动力分析

在相关工作人员根据自身工作需求对化工管道进行动力分析时，主要需要进行以下几项工作：

第一。对化工管道应力影响较大的往复式压缩机在应力分析的过程当中，需要单独对压缩机进行受力分析工作。在分析时需要重点对往复式压缩机气柱频率与压力脉动给化工管道造成的影响进行重点研究，并且对其产生的影响采取一定的方式方法进行合理化控制。从而防止化工管道在后续使用的过程当中，由于种种因素的影响产生共振现象，最终使管道使用的安全稳定性得到有效保障。

第二，当化工管道在使用的过程当中，被应用于对各类化工介质进行输送的时候或多或少都会受到多种外力的联合作用。在这样的情况下，化工管道很可能出现振动效应。因此为了保障化工管道的安全使用性能，应当对化工管道产生振动的具体原因进行全面分析。只有这样才能够对化工管道的被迫振动规律进行研究，从而采取针对性的方式对化工管道应力进行研究。

4.2静力分析

静力分析工作正在进行中主要包括以下几项内容：

第一，当化工管道在应用中需要承受外界作用力时，管道以及与其相连接的其他设备会形成反作用力对管道使用造成影响。为此研究人员需要对化工管道的反作用力进行分析之后对管道的受力情况进行全面研究，并且采取一定的方式方法将管道承受的外部应力控制在安全的范围之内，保障生产工作的安全进行。此外对管道的支吊架也必须进行受力分析，防止化工管道在承受外部用力之后出现管道泄露的情况。

第二，当化工管道不具备位移约束的时候需要对其变形、热胀冷缩等造成的二次应力进行分析，最终形成应力统计数据。将二次应力控制在安全的范围之内，防止二次应力对管道的正常使用产生影响。

5改善管道应力的方法

5.1使用冷紧方法

在化工管道安装工作进行的过程当中，可以采取冷紧技术对运行初期管道受到的力矩进行合理化降低，使化工管道在热胀情况下形成的应力凝聚在冷态当中。此外也可以进一步减少连接处承受的应力，使管道的安全使用得到有效保障。

5.2提高管道的柔性

管道的柔性足够的话可以有效保障管道在使用中的形状。此外通过一定的方法全面提高管道的柔性，可以防止管道在使用中形成应力。具体而言可以通过波纹管膨胀节、弹簧支吊架等方式来有效提高管道的柔性。

6结束语

随着化工产业的不断向前发展，采取必要方式提高化学化工设备在使用中的安全性已然成为当前人们研究的一个热点。而要想提高管道的安全性，始终离不开管道应力分析工作。通过该项工作可以为管道设计提供精确的数据支持，因此管道应力分析对化工产业的发展有着非常重要的意义。

参考文献：

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