如何正确分析化工管道设计中的管道应力

寇征

摘要：化工厂所需的各类原料，通常都是由管线来运输，所以，在化学过程中，管线是必不可少的辅助设备。管线应力的计算与监测是管网设计的重要依据，直接关系到管网的设计与施工的安全性。在化工管线的实际应用中，管线的应力对管线输送的安全性产生了很大的威胁，所以在设计时，必须对管线的应力进行最优分析，以保证化工管线的使用安全。

關键词：化工管道;管道设计;应力设计

1关于对管道应力的概括

对管道应力的分类主要分为三种，一种是一次应力，一种是二次应力，另一种是峰值应力。三种应力各有各的不同，各有各的优点。

1.1一次应力的相关介绍

一次应力是一种因外力超载引起的一种自然的物理现象。由于一次应力的无穷大，使得化工管线在承受一次应力时，往往会出现一定的压力。但是，因为不同的压力，对管道施加的力也有很大的差异。因此，在一次应力作用下，管线自身的特性和设计常常影响到其变形的大小。

1.2次应力的相关介绍

化学管线的二次应力通常是由于在使用过程中温度的影响而造成的。二次压力对一次压力的影响较大，其自我意识较强，自我约束较强。也就是说，在化学管线的荷载超出了其承载量的限制条件下，管线上的一些部分会因外力的作用而产生局部的塑性变形。在化学工程中，管线在经历一段时间的塑性变形后，能够按其本身的受力状况对管线进行平均，从而达到均匀的应力分布，从而把塑性变形区的应力排出，从而确保管线的主要受损区能够缓慢地恢复。因此，在管道设计时，必须充分考虑施工工况对二次应力的影响。

1.3峰值应力

峰值应力是指管线在使用过程中，由于管线局部脱落或松动而引起的应力，这直接反映了化工管线的设计技术上的缺陷。另外，产生峰值应力时，一次应力和二次应力都会增大。尽管在化学管线中，峰值应力并不容易导致管束的变形，但是它也存在着潜在的失效危险。在此应力条件下，管线容易出现裂纹、损坏、老化等问题。这些潜在的危险也会从一定程度上减少化学管线的价值，并且会对以后的管线的使用造成问题。尤其是在峰值应力状态下，管线运行周期较长，且局部设计不当易对管线的正常使用产生不利影响。峰值应力不同于上述两种应力。它是在一次应力和二次应力的基础上的另一种应力，是由于技术人员对管道内某些部位的脱落和松弛，以及对基础的局部热胀冷缩造成的。它是在主应力和次应力基础上的创新。与前两种应力相比，峰值应力不会引起管道的变形，但随着时间的推移也会使管道产生裂纹。

2在化工管道设计中管道应力的分析内容

2.1动力分析

首先，在化工管道输送化工介质的过程中，可以根据输送介质的不同，与化工管道的实际运行有机结合，通过分析有效地获得管道在输送介质中的固有振动频率，避免管道输送过程中的共振现象;其次，一般情况下，复合式压缩机的应用对化工管道的应力影响很大，主要影响方式是通过共振现象施加应力。因此，有必要进行单独的应力分析，包括复合压缩机气柱和压力动脉的频率等。在此基础上，应制定相应的预防措施，有效降低共振的危害。第三，在化工管道输送介质的过程中，应力可能受到各种外力的共同作用，从而导致化工管道的强迫振动。

2.2静态分析

化工管道在输送介质的过程中，会遇到外界环境，同时管道本身也有一定的应力值，通过与其他化工设备的连接形成一定的反作用力。因此，需要根据实际情况准确计算出化工管道的一次应力值，在此基础上将设备的控制能力和管道的应力值控制在合理的范围内，可以有效避免化工管道在静态作用下的塑性变化。其次，化工管道如果出现位移现象，会产生很强的约束力，在外界环境的影响下会产生二次应力值，如热胀冷缩、塑性退化等。因此，在化工管道的设计中，需要更加重视二次应力，应力范围应控制在以下数值公式中，φA=f（1.25φc+0.25φh），其中φA表示第三，当化工管道受到外力时，需要精确计算静荷载作用下的应力值，并在此基础上适当产生一定的反作用力。

3化工管道设计中降低应力的策略

3.1设置管道支架

设置管架降低化工管道应力的原理是用重力分担管道的压力。因此，在设置管道支架的过程中，应去掉一部分承重力，利用支架的支撑力来减轻化工管道所承受的应力标准。根据管道结构的设计，可以在一定程度上评估管道对预应力的承受强度，可以保证管道在实际使用中具有较高的安全性。

3.2增加管网的灵活性

在化工管道设计过程中，为了有效降低管道应力，需要根据实际情况有针对性地选择化工管道材料，同时在满足实际要求的同时，适当增加管道的柔性特性，可以有效反映管道的塑性变化的难易程度。至于化工管道的柔性，与管道的抗压能力密切相关，两者存在正比关系。相应的，提高管道的柔性可以在一定程度上阻碍管道内应力的形成，在抵抗应力的同时，还具有一定的抗压和自限性的特点。增加管道柔性的主要措施包括改变管道走向、波纹管膨胀节、弹簧支吊架等。

3.3采取冷紧固措施减少应力

在化工管道的设计过程中，需要充分考虑在实际的管道使用过程中，由于局部热膨胀应力，管道经常发生塑性变形，进而增加管道的弯曲程度，使管道弯曲过大。主要原因是化工管道材料易发生化工运输物料泄漏事故，对生产安全构成严重威胁。因此，有必要在设计过程中制定冷紧缩措施的预防方案，以有效保证化工生产。

结语

为确保化工企业的管线正常工作，确保企业的安全、高效生产，管线的设计必须对管线进行应力分析。同时，在设计、施工中，应充分考虑管线自身的受力情况，并应充分考虑到企业所处的外部环境因素，对管线进行合理的受力设计，以全面提升管线柔性，防止因受力而造成管线断裂等问题，对企业和职工造成不利影响。同时，在保证职工生命和财产安全的前提下，采取适当的措施，降低管线受力所造成的安全隐患，并采取适当的措施，以延长管线的使用寿命。

参考文献

[1]米拉提汗.如何正确分析化工管道设计中的管道应力[J].化工管理，2017（24）：187.

[2]张南兴.化工管道设计中管道应力的分析方法[J].化工设计通讯，2018（3）：105.