石油化工管道应力设计

李佳南

摘要：管道设计工作是非常复杂的，主要包括四个部分，分别是管道应力分析、管道布置、管道材料设计和设备布置，其中管道应力分析是管道设计的基础和关键。管道应力分析对管道的安全性、可靠性和经济性具有重要影响。通过应力分析分析，可以为管道做出强度与安全性的评价，为管道的经济分析提供依据。

关键词：石油化工，管道设计，应力分析

引言

石油化工管道是针对石油化工材料运输的最常用的部分，它在工厂内的作用一方面可以进行石油化工类原料的运输，另一方面也可以将相应的设备与系统进行连接。因此，石油化工管道是工厂内部一个非常常见但又非常重要的部分，所以在进行石油化工管道设计的过程中，设计师应当对于石油化工外管设计及应力情况进行分析，从而保证石油化工管道的安全性与稳定性，保证工厂的运转效率的同时，也针对工人的安全进行了保障。

一、石油化工的管道设计

（一）管廊的宽度

在进行石油化工管道设计的过程中，首先要针对管廊进行设计。关于石油化工管廊的宽度，主要由管道的具体数量、管道的具体口径以及仪表槽架的具体大小等多种因素来确定，并且在进行管廊设计的过程中，为了保证后期出现问题可以进行检修会更换原件，因此需要在进行廊道设计的过程中留出一定的宽度。

（二）管廊的高度

在进行管廊设计的过程中，除了要进行宽度的设计以外，还需要针对管廊的高度进行设计。管廊的高度需要以换热器、各种泵类等设备进行检修时所需要的高度空间来确定，当管廊横跨道路时，还需要根据车辆通行所需要的的高度来确定具体的管廊高度。

（三）管廊管道的布置原则

在进行管廊管道布置的过程中，有一些原则需要注意，才能够保证石油化工外管的设计合理，例如，在进行管道布置时，应当将重量较大或口径较大的管道靠近管廊柱子附近布置，重量较小的小口径管道则可以放置在管架的中间，以避免管架垮塌或出现弯折;在布置液化烃类管道以及低温管道时，应当使其远离热管道，为了保证后期检修方便，因此管道的法兰及阀门等应当靠近管廊;再如进行双层管廊的布置过程中，应当将腐蚀性管廊放置在下层，将泄压管道、无聊管道、仪表等防治在上层，且两者应当保持一定距离，从而避免腐蚀性管道出现泄漏，造成危险;在进行管廊布置的过程中，一旦出现管道直径改变的情况，就需要通过使用底平偏心大小头将管底的标高保持一致。通过在进行外观设计的过程中进行这样原则的是同来保证管廊内部管道的安全性与可用性。

二、管道应力简述

（一）管道应力分类

管道往往要受多种外部压力的共同影响，不仅受热负荷的影响，也要受机械载荷的影响，此外还要受压力载荷等的影响。由于管路不同，管道的区域不同，在外部压力作用下，管道会产生不同性质的应力。管道应力主要包括以下几类。一类是一次应力。管道在受到冲击荷载、内压等作用下会产生剪应力和正应力，这就是一次应力。一次应力与外力相平衡，保持管道不变形。如果为了平衡外力，一次外力超过了极限，管道会发生塑性变形，从而遭到破坏。所以要留有足够的宽裕度，以保证材料不发生屈服。一类是二次应力。管道受到外界压力，发生了变形，变形会对材料产生束缚，在这种情况下管道产生的剪应力和正应力就是二次应力。二次应力主要是为协调变形而产生的应力，它不能直接与外力平衡。二次应力具有自限性的特点，只要有发生细小塑性变形就会使二次应力变低。交变的次数会影响二次应力的界定，交变的应力范围会直接决定二次应力的范围。一般情况下，管道重复受二次应力，会产生疲劳破坏。三类是峰值应力。所谓峰值应力就是最高值应力，当荷载发生突变，当管道结构发生的突变，這时候局部应力不会迅速集中，从而产生峰值应力。通常在管道的转弯处、气孔处和焊接处会产生峰值应力。峰值应力不会引起管道的显著变形，但会给管道带来疲劳性裂纹。

（二）管道应力分析目的

管道应力分析主要是通过解决各种问题来保障管道的安全性和可靠性。像管道的强度问题、管道的震动问题等都需要通过用力分析来解决。同时，管道应力分析可以为管道布置提供科学的依据，为管道安装提供科学的参考。具体来说管道应力分析目的主要有以下几点。一是保证管道设计符合安全要求。石油化工管道对安全有更好的要求，根据我国的相关国家规定，主要从三个方面来评判管道的安全性能，分别是密封性、耐腐蚀性和耐压强度。其中耐压强度主要是通过通过管道应力分析来实现的。二是保证装置运行的安全性。石油化工管道通常输送的是一些易燃易爆的物品，管道布置必须科学合理，保证不会有任何安全隐患在装置运行中。在布置管道的时候，如果不够科学，管道就会出现应力问题，带来安全隐患。例如当管道的热应力过大时，会导致管件损坏等问题，影响安全生产。管道布置不合理，在动力设备旁，会发生共振现象，影响整个系统装置的安全运行。应力分析可以为管道布置提供科学依据。

三、石油化工管道的应力分析

（一）承重分析

所谓一次应力，其实就是外界对于石油化工管道所产生的压力、重力等力的统称。在进行管道设计的过程中，想要将应力限度维持在一个合格的范围内而不会超标，一般是通过设置管廊支架的方式进行控制，若出现了一次應力过大的情况，管道的挠度系统通常就会被破坏掉。因此，在进行管道建设的过程中，应当避免针对施工工艺进行随意的修改，但是改后产生的一次应力大小也可以通过使用支吊架的方式来进行合理的调节。当管道建设完成后，一次应力通常会具有一种平衡性，但是随着管道的荷载不断增加，一次应力的量也会不断地进行增加，一旦一次应力超过了管道所能够承受的最大极限，那么管道就会变形，非常容易发生危险。

（二）石油化工管道中的二次应力

二次应力与一次应力最大的不同之处就在于二次应力主要来源于外力，且二次应力具有较一次应力而言更加不平衡的特性。对于石油化工管道而言，一旦管道发生了变形，那么就会收到约束，这一过程中，再产生

在进行管道设计的过程中，如果想要借助支吊架对于管道应力端点相应推力进行控制时，设计师需要针对管道进行除了刚性支架以外的杠杆加以考虑。这是因为石油化工管道本身的特性就在于其是刚性较强的弹性体，可以做到借助支梁以将管道荷载进行合理分配的作用，只要有刚性支架就会伴有杠杆效应。例如，在进行石油化工管道布置的过程中，需要针对压缩机、机泵等设备的支架布置进行较为合理的安排，从而将对管嘴所承受的力矩以及力进行降低，以保证力的大小能够满足接管荷载限值的具体要求。

（三）应用刚性吊架以及限位吊架

针对石油化工管道的震动加以控制，可以通过针对石油化工管道的钢制支架进行合理的设置与设计，使其可以承受震动与荷载。一般情况下，由于刚性吊架的结构非常简单，制作工艺方面没有难度，因此，其价格一般来说都较为低廉，进行安装后，后期进行维护的价格也处于一个较低的水平。在进行垂直管道的设计过程中，如果想要使用刚性管道，就必须进行限位吊架的合理配置，从而减少对拉杆的扭转，以保证石油化工管道的实际安全性能，在进行安装与实际应用的过程中，施工人员需要遵循一些安装的原则与规范，保证安装完成后吊架能够产生相应的效果。

结束语：

针对石油化工管道的外管设计以及其应力进行分析，能够使设计人员更加了解应当如何进行设计工作，提升了石油化工管道的稳定性与安全性，使石油化工管道在进行设计后能够进行长期的稳定运输的同时，也能够针对管道的安全性进行保障。

参考文献：

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