基于化工设计中管道应力的分析

2021-12-29姚程程刘朋

科学与信息化 2021年9期

姚程程刘朋

山东华鲁恒升化工股份有限公司山东德州 253000

引言

化工工程设计中的配管设计将工艺设计工程化、具体化，其直接影响最终的装置建设。因此，配管设计在整个装置设计中起着十分重要的作用，配管设计水平高低直接关系到装置投资和建成投产后能否长期、安全、平稳运行。配管设计中设备布置是否合理，管道材料选用是否合适，管道布置是否科学经济和美观，都将直接影响到整个建设过程。

1 化工工艺设计的流程

化工行业属于高危行业，在生产的过程中伴随着很大的安全风险，这就要求在化工工艺设计方面，必须要严格遵守国家有关部门所出台和制定的安全设计规律和标准，使得化工工艺安全设计更为有效。化工工艺安全设计的过程就是将化工原材料经由一定化学反应转化为化工产品的流程设计规程，其主要包含了以下内容：①原材料处理，化工工艺安全设计中，原材料是关键的生产元素，化工工艺只有在原材料的基础上才能够开展，在原材料处理的过程中，需使得各种原材料能够达到化学反应的标准。②工艺条件的控制，化学反应的发生需在一定的温度、压力条件下进行，这就要求在化工工艺安全设计的过程中，需要加强对这些条件的有效设计，使得化学反应能够在此条件下发生，保障反应转化率。③化工工艺的设计与应用，化学反应后的粗产品需经由萃取等手段来进一步处理，以满足化工产品的实际需求[1]。

2 应力分类

管道应力是管道自身产生的一种内力，是决定管道安全最重要的因素之一，可分为一次应力、二次应力、峰值应力。其中一次应力是由压力、重力等外加载荷作用于管道而产生的内力，其无自限性，随外部载荷增加而不断提高。当其超过管道材料强度（或屈服）极限时，管道将产生不可逆的塑性变形而发生断裂等破坏。二次应力是指管道由于热胀冷缩或者端点附加位移等作用造成管道变形受阻而产生的一种内力，本身不与外力直接平衡。二次应力有自限性，当管道产生少量塑性变形时，即可使应力显著降低。峰值应力则是由于管道某点所受载荷、结构等发生局部突变而造成该点应力显著增大，其管道并不会产生明显变形，但随着时间变化可能会造成管道疲劳破坏或者脆性断裂，一般发生在高温高压或者其他剧烈循环等恶劣工况下。

3 如何降低化工管道的管道应力

3.1 加强化工物料管理

化工工艺安全设计中，物料是设计过程中必须要密切关注这一要素，设计人员在设计时，如果要全面优化和提升安全设计水平，就需要加强物料管理。在化工工艺安全设计上，由于可能会存在物料方面的危险因素，就需要相关设计人员积极根据化工工艺安全设计的相关标准，加强物料风险管理。物料风险管理需要从以下方面来开展：①从物料的选择和采购方面着手，专业人员需严格按照化学工艺生产的标准，对市场上的同类型化工原材料加以性能和质量等的对比，保障各类化工物料的科学应用，使得物料的使用不仅能够满足基本的生产需求，也能够保障生产的安全性，通过物料的选择和采购管理，来从源头上消除物料使用中的危险因素。②加强对物料进场的质量验收与控制，这一项工作的落实主要是要在物料进场之前，开展严格的质量检测，通过质量检测来避免不合格物料的进场和使用。③物料进场以后，专业的物料管理人员需结合实际的化工工艺要求，来依据相应的物料特点，来对物料加以分类存放和管理，尤其要加强对物料存放环境的管理。

3.2 管道优化设计

化工工程管道优化设计如下，一是化工工程管道设计需要严格按照化工工程既定工艺流程进行。工作人员在设计化工工程管道时需要对其进行架空处理，该处理方式可以在保证管道质量的前提下节约空间；二是控制好管道之间的距离是化工工程管道优化设计中需要注意的问题。比如有些化工工程管道有部分表面是突出的，这样的管道彼此之间的距离应该在2.5cm以上，至少为2.5cm；三是化工工程管道优化设计时需要合理安装管道位置，管道要尽量避免在吊装孔区域和拆卸区域安装，一旦安装在吊装孔区域或者拆卸区域将容易促使气体进入管道上方；四是沿地面安装的化工工程管道，需要避免出现跨越设备或者跨越建筑物的情况；五是管道安装中需要对其弯曲半径进行重点控制的为固体化工工程管道，通常情况下固体化工工程管道的弯曲半径与管道直径两者之间的比为5∶1。举例来说，如果化工工程管道直径为6cm，在5∶1原则下那么化工工程管道弯曲半径则为6×5=30cm。对于排放气管道来说，其优化设备需要严格按照国家既定标准，确保管道布置的安全性和规范性。

3.3 资金投入以及监督管理力度的提升

对于化工企业而言，在保证生产效率、生产质量可以达到基本目标要求的整个过程中，必须要严格按照规范化、管理化的操作流程进行化工生产作业，避免由于人为操作失误等各种问题，引起严重的事故。化工安全生产的主要目的是为了为企业内部员工的人身安全提供保证，同时还可以实现企业自身经济效益的有效增长。为了从根本上保安全生产环境可以在实践中得到不断完善和优化，需要促使化工企业不断在实践中强调安全生产的重要性，同时还要加大资金投入力度，对先进、合理的生产观念进行引进和利用，同时还要完善化工生产现有的技术、设备等。这样做的根本目的是为了尽可能避免在技术、设备等硬件方面出现质量问题。