工业管道应力分析在化工设计中的应用

摘要：工业管道是工程项目的重要组成部分，广泛应用到化工、石油、焦化等行业中。为了保障工业管道设计的经济性、合理性以及工程生产的稳定性和安全性，对管道进行应力分析是一个非常重要的关键点。文章结合管道应力分析的基础知识和设计工作中的经验，对化工设计中工业管道的应力分析进行阐述。

关键词：工业管道；应力分析；应用探讨

0引言

工业管道是工艺流程种类最多、生产环境状态变化最为复杂、输送介质种类较多、条件比较苛刻的设备。为了保证工业企业良好的运行环境以及行业之间的激烈竞争，企业对工业管道的设计提出了更高的要求。工业管道应力分析在化工、石油焦化、电力等工业管道设计中占有举足轻重的位置，工业管道应力分析对工业生产安全、管道的设计优化、工程的材料节约等方面起到了重要的作用。

1管道应力分析

管道应力分析的表面理解应该是通过软件计算得到作用物体内的应力分布和数值。其实，通常所说的管道应力分析工作并非是对管道简单的进行应力计算，重点是管道应力计算后的分析任务，实质上是对管道进行包括应力计算在内的力学分析，并保障计算分析结果能够满足标准规范的要求，从而保证工业管道自身以及与其相关联的设备、土建、装置结构的安全稳定运行。

2工业管道应力分析的主要目的

一般情况下，管道设计工程师在管道配管完成后，需要将临界管系提给管道机械工程师对管道进行柔性分析与应力计算，对管道进行应力分析主要解决以下几项问题：(1)计算后需要保证管道各点的应力结果控制在规范标准允许的安全数值内；(2)保证与管道相连接的设备管口载荷符合制造商或者标准规范的要求；(3)使设计管道及其连接部分的安全性保持在规范允许的范围内；(4)计算管道在约束条件下的不同位置处的载荷；(5)分析不同工况条件下的管道位移从而保证管架选择的合理性；(6)为了解决管道机械振动、声频振动、压力脉动等问题；(7)使管道设计更加合理化。

3工业管道应力的分析内容

管道应力分析主要包括三方面内容：正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式的离散化，简化为程序所要求的数学模型，模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。应力分析的根本问题就是边界条件问题，体现在工程问题就是约束(支架)、管口等具体问题的模拟，真实的模拟这些边界条件，才能得到正确的计算结果。正确的分析结果，需要正确的设计管道支吊架，结合工程力学、流体力学、化工机械等理论知识并结合工作经验才能更好的完成分析任务。

4工业管道应力分析的应用

4.1管道热应力和柔性调整

管道柔性是管道通过自身变形吸收热膨胀、冷缩和其他位移变形的能力。作为设计人员，应在管道图纸设计初期，充分考虑工业管道柔性应力，对影响工业管道质量因素逐一归纳。对管道铺设进行合理设计，降低相关问题发生几率，杜绝管道断裂、支撑松散等不良事故的发生。此外，设计管理人员还应从成本因素环节，考虑如何缩短管道长度，降低成本。在考虑管道柔性应力的因素中，除考虑外界环境问题对管道影响外，还可根据实际情况对管道支撑端点进行调整。例如，如外界环境允许，可利用管道柔性的特点，在不加外界管径的情况下，对管道进行自然转向，或采用各类补偿器增强管道柔性，以此降低管道施工难易程度。

4.2管道振动的缓解措施

在工业管道介质的输送过程中，往往会发生管道振动的现象。若是管道长期处于振动状态会造成管道疲劳发生破环，由此引发管道断裂介质泄漏的情况，有毒可燃的介质可能会引发生产事故。消减管道振动的措施：(1)管道材质的选择。为了减轻振动，首先要选择抗震性能较强、弹性较好的材料。(2)在管道系统适当的位置设置缓冲器或孔板，降低流体脉动强度，可在一定程度上减弱管道振动。(3)在管道设计过程中，管道弯头处避免急转弯。因此在管道安装中尽量减少使用弯头或者减小弯头的角度。(4)在材料强度允许的条件下，选择直径较大、管壁较薄的管道。

4.3支吊架的合理设置

管道应力分析过程中正确的设置管道支吊架也是至关重要的。如果安装位置不合理会使得管道在运行中破坏管道的组成件，使生产无法稳定运行。对于保证支架的合理设置应符合以下几点要求：(1)承重架需要控制一定间距保证管道挠度；(2)充分利用管道的自然补偿满足管道的柔性要求；(3)管道位移不允许超出管托的宽度；(4)不同场合选择不同型式的支吊架。

5结语

由于工业管道的复杂性、特殊性，管道设计对工业的发展有很大的影响，因此管道设计也已经受到了社会的关注。管道应力分析作为管道设计的一部分能够为管道设计提供精准的分析数据，在工业安全发展的道路上保驾护航。

参考文献：

[1]徐宝东，齐福海.化工管路设计手册[M].北京:化学工业出版社，2011(01):800-802.

[2]夏肖勇.浅谈管道应力分析软件在化工设计中的应用[J].山西化工，2004(04).

[3]肖玉山.探讨管道应力分析软件在化工设计中的应用[J].城市建设理论研究，2011(25):76-78.

[4]石油化工装置工艺管道安装设计手册[M].北京:中国石化出版社，2015.

作者：张峰燕 单位：旭阳工程有限公司