化工设计中管道应力分析软件的应用探索

李东伟 楚鹏飞

摘要：在化工企业中，化工管道占有举足轻重的地位。化工管道的受力程度对管道的性能有很大的影响。通过对化工管道应力的分析，可以有效地保障管道的质量，从而提高化工企业的生产效率和质量，确保化工企业的安全生产。

关键词：化工设计;管道应力;分析软件;应用探索

1、管道应力

1.1管道应力分析的目的

工业管道在输送各种介质时，对介质的储存环境有很高的要求，而在完成管道的安装后，必须对管道的安全进行合理有效的检查，以降低对环境的污染和安全隐患。在对管道应力进行分析时，必须满足标准应力范围、管道连接装置的性能要求、管道连接部位的安全标准、管道不同部位的承载力计算、管道在输送介质时可能发生的机械振动、压力脉动等问题。

1.2管道应力分析的主要内容

从正确建立模型、真实描述边界条件、正确分析计算结果等方面，对管道的应力作了详尽的分析。采用管道应力计算软件，运用力学、数学等有关理论，构建了一套完整的管道系统模型，以确保该模型能够进行离散，以达到较好的应力分析结果。边界条件的描述多集中在限制支架、闸门等方面，这些限制支架等对管道的性能有一定的影响。

2、管道应力分析软件的应用

在化学工业中，管道的设计将直接影响到产品的质量。将管道应力分析软件用于化学工程的设计，可以有效地保证管道的设计和施工，确保介质输送的安全性，并为化工企业的安全生产提供可靠的依据。在化学工程设计中，管道应力分析软件的应用，可以从以下几个方面着手。

2.1管内应力状况的改进方法

管道的应力状况受到多种因素的影响，在进行应力分析前，必须对管道的应力状况有一定的认识，并采取相应的改进措施，以便对管道的应力进行分析。

2.1.1管道支架的合理选择与安装

支架是管道工程中的关键支撑与控制，其质量的优劣将直接影响到管道的使用效果。在选择和布置管道支架时，应始终以确保管道的质量和科学合理为首要原则。在管道布设中，悬臂梁的承载能力是由管道本身的质量决定的，如果支架不能满足管道的承载能力，则会增大管道所受的应力，从而增加管道的弯曲、损坏等问题。所以，在选择支架时，除了要注意合理地进行支架的合理设计外，还应根据管道的型号、特性，选择合适的支架。在具体安装支架时，应注意与管道承重支架之间的间隔，使之达到相应的规范;充分发挥管道的天然补偿性能，达到管道的柔性要求，以确保管道的施工质量。

2.1.2机枪管道柔性

软管的柔性是衡量其所能承受的应力的重要指标，适当地加强其柔性，可以使其在面对应力增大时仍能保持良好的性能。在目前的情况下，加强软管的柔性是目前管道设计的首要任务。改变管道走向、选用波纹管扩张节和弹性支架是提高管道柔性的主要途徑。在此基础上，采用变管方向和采用弹性支架，可以满足大部分管道的设计需求，而采用波纹管扩张接头，则是用于大直径管道的场合。在两个固定点的位置上，通过适当的加长来提高管道的柔性，可以使管道的方向发生变化。弹簧悬挂装置的应用，主要是利用悬臂梁的纵向位移，使其钢性下降，从而使其在约束松弛的情况下，增加其弹性。

2.1.3冷紧法施工

采用冷紧法，可以有效地控制管道所受的热应力，从而使其应力与实际应力水平相适应，从而降低其在使用初期对其性能的影响。另外，采用冷拉法可以有效地降低法兰接头处的弯矩引起的泄漏。但是，由于采用了冷拉法并不能改变钢管的热膨胀应力，所以必须充分考虑钢管的实际受力状况。

2.2管道应力软件分析的应用

2.2.1管道的热应力及柔性调节

管道的柔性是由于管道的应力作用所表现出的特性，在管道工程完工后，会受到各种压力的作用，从而使管道发生不同程度的变形。管道的热膨胀、冷缩和变形都会对管道的变形造成很大的影响。所以，在进行管道建设时，必须充分考虑管道的弹性应力。化学产品在化学生产中的应用是非常广泛的。因此，确保化工产品的安全，必须确保管道的质量。

2.2.2减少管道振动的方法

管道运行后，管道振动是一个常见的问题。长期存在的管道振动问题，会造成管道破损、泄漏，严重影响管道的运输和外部生态环境。在化工管道输送过程中，这个问题是最具毁灭性的。在解决管道振动问题时，可以根据管道的受力来控制输送过程中的受力状况，从而减少管道的振动次数和频率。特别是在管道振动控制方面，应先选用具有良好抗震性能的管材，然后在管路系统中可能发生管路振动的部位设置缓冲或孔板，以减小管路的脉动。

2.3管道应力分析软件在工程中的具体应用

2.3.1适用范围

在计算管道的拉力时，一般采用静、动两个方面。静力分析包括管道一次应力、二次应力、管道对各种机械设备的应力、支吊架应力、法兰应力、管道位移等。本文对管道的固有频率、强迫振动响应、替代压缩机气柱频率、压力脉动、管道地震等动力特性进行了研究。通过管道应力分析，可以对管道的塑性、疲劳损伤程度、工况、管道泄漏、管道共振、气柱共振、地震应力过大等进行控制。

2.3.2基础流程

为保证模型的精确性与科学性，在资料输入时，除了要留意管道内的各种管件的替代性资料外，还应充分运用分析软件所提供的资料，对所需的管道进行合理的选择，既能保证管材的材质符合工程的要求，又能保证工程的质量。该软件主要包括约束、位移、支吊架和管口四种情况。管道应力计算软件是管道应力计算的重要组成部分，在进行计算时，还将边界条件考虑在内。在管道应力分析软件给出最后的计算结果后，需要根据计算结果，对管道的现有设计和资料进行相应的调整，使其符合实际的应力需求。

3、结语

管道应力计算软件在化工领域占有举足轻重的地位。目前，我国化工企业正日益重视安全、提高生产效率。管道应力分析软件的运用，可以有效地解决目前化工产品设计中的一些问题和不足，降低安全事故，同时也可以提高企业的综合实力，增强企业的市场竞争力。

参考文献

[1] 杨学松. 化工设计中管道应力分析软件的应用探索[J]. 现代盐化工，2022，49（1）：70-71.