化工设计中的管道应力分析

何龙

摘要：管道应力分析是化工设计中的一个重要环节，是其非常重要的组成部分。为了让相关从业人员能够更好地了解管道应力分析，本文将围绕着化工设计，详细介绍和解释管道应力分析的主要内容。

关键词：化工设计;管道应力;应力分析

1 管道应力的概念

应力是指一种特定的材料或零件在受到外力的影响时发生的一系列的变形。通常情况下，在受到外力的影响下，材料的内部会发生一些变形，从而导致原子的位置发生变化。所谓的应力，其实就是指每隔一段时间，内力在整个界面上的持续分布的单位面积上的内力强度。在按实际需要进行化工产品的输送时，管道是一种很重要的输送媒介。由于化工产品自身的某些化学性质，在输送过程中需要对管道进行严格的控制。所以，必须全面地分析管道在使用过程中所受到的应力。

2 化工设计中管道应力的分析路径

随着社会的发展，化工行业的发展也越来越快，很多的化工厂都在不断地扩大自己的生产规模，同时也在不断地提升着自己的生产效率。由此对管道的设计及相应的需求也越来越迫切，这就需要不断地完善工艺、更新和采用新的工艺、设备，以增强整个化工管道的承载力，保证管道的安全、稳定。下面对化工设计中的管道应力，从三个方面进行分析与探讨。

2.1 目测检测分析

在化工设计中，主要采用目测检测对两个或更多相似的管道进行同步分析。管道应力对其特性的要求是柔性，从而可以通过计算相似或相近管道的应力状况，计算出管道的应力集中点。但是，在化工设计中，由于缺乏专业的检测仪器，采用目测的方法进行管道应力分析时，常常会产生错误的判断。而在进行目测检查时，一般都是基于技术人员的经验，所以这种检测和分析，一般都是由有经验的人来完成。但另一方面，由于各种化学产品的特殊性，在不同的化学产品中，管道除了柔性特性外，还有其他的特性存在。

2.2 物理方式分析

在化工设计中，采用物理方式来分析管道应力，需要采用专业的物理分析方法。比如对化工设计中管道图纸应做全面的分析，要采用物理手段，应力计算公式等。利用这些物理方法对化工管道进行应力分析，可以对管道的应力进行基本的了解，判断其是否达到化工管道柔性的要求。这种物理分析方法，虽然只是一种比较初级的分析手段，但它的物理分析精度极高，而且应力分析的过程也比较简便。所以在化工设计管道应力分析中，通过物理方法来进行应力分析推广速度很快。

2.3 计算机应力分析

随着计算机技术的发展，各种技术的发展和应用越来越广泛。采用计算机技术和软件技术可以有效地应对目前的工作环境。因此，采用计算机技术和软件技术来进行管道应力分析具有重要的现实意义。这种方法可以通过专业的管道应力分析软件来进行分析，同时还可以建立管道应力的仿真模型，并对管道的工作状况进行仿真，从而大大降低了管道在使用中出现的问题。由于采用了计算机的应用和分析手段，可以达到很高的精度，所以该方法常用于高精度、大容量的化工管道设计。

3 化工管道应力分析的主要内容

3.1 动力分析

在对化工管道的应力分析中，相关工作人员应按自己的工作要求进行，包括：

第一，往复式压缩机对管道应力有很大的影响，必须对其进行单独的受力分析。在分析过程中，必须着重研究往复式压缩机的气柱频率和压力脉动对化工管道的影响，并通过各种途径和手段加以合理地控制。这样可以避免在以后的使用中，因为各种原因引起的共振，从而有效保证管道使用的安全性。

第二，在化工管道的使用以及输送各种化学介质的时候，会受到各种不同的外力的影响。在这种条件下，很有可能发生化工管道的振动。所以要充分地分析化工管道振动的成因，以保证其安全运行。

3.2 静力分析

静力分析的工作主要有：

第一，在使用过程中，如果管道受到外力的作用，管道和其他与之相连的设备会产生反作用力，从而影响管道的正常工作。

第二，在没有位移约束的情况下，必须对化工管道变形、热胀冷缩等二次应力进行分析，最后得出相应的应力统计。将二次应力控制在安全范围内，避免二次应力影响管道的正常使用。

4 管道应力分析在化工设计中的应用

管道应力分析工作内容，包括准确建模、真实描述和正确的计算结果三个方面。要知道，应力分析工作执行起来很困难，为了保证结果的准确性，技术人员必须在工作中不断地积累和实践，才能达到预期的效果。其中，建模工作是将已设计好的管道布置模型，用适当的形式进行模拟，将其简化为符合程序的数学模型，真实性对计算结果的准确性有很大的影响。在进行应力分析的时候，技术人员最关心的就是与边界条件有关的问题，如果是在化学领域，那么就是约束、管口等相关问题的仿真和研究。

4.1 管道热应力以及柔性调整

管道柔性数据是指在变形、热膨胀和冷收缩时，发生位移变形形成的数据。业内的设计者在实施管道设计工作之初，要充分重视管道的柔性应力，并总结出可能会影响到管道质量的主要因素。这样既保证了管道的合理布置，又减少了出现事故的概率，防止管道的断裂和松动等。

4.2 管道振动的缓解措施

对于输送介质时的管道振动，技术人员可以判定它是否长期处于不利的状况。如果长期处于不利的状况，要采取适当的措施来减小管道的振动。首先要选用适当的管材，也就是要选用具有良好的抗震性能和弹性的材料。其次，在管路适当位置安装缓冲器，减少管路中的流体脉动，从而减少管路的振动。在管道设计中，技术人员可以在管道的拐弯处设置更为平滑的转角，避免急弯。

结束语

为保证化工企业管道的正常工作，保證企业安全、高效的生产，对管道进行应力分析是非常必要的。同时，在设计与敷设时，要充分考虑管道本身的应力需求，以及其所处区域外部环境的干扰。对管道的设计进行严格要求，以达到全面提升管道柔性的目的，避免因应力造成管道断裂等问题，给企业和职工造成不利影响。在此基础上，采用相应的对策，减少因应力引起的安全隐患，达到延长管道寿命、保障职工生命和财产安全、改善企业运营效益的目的。

参考文献

[1] 张禹，刘银春，赵会军，周昊，于鹏飞，薛岗.基于CAESAR Ⅱ的集气站放空管道应力优化研究[J].常州大学学报（自然科学版），2021，33（06）：70-78.