工業(yè)管道應(yīng)力分析在化工設(shè)計中的應(yīng)用

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摘要：工業(yè)管道是工程項目的重要組成部分，廣泛應(yīng)用到化工、石油、焦化等行業(yè)中。為了保障工業(yè)管道設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性、合理性以及工程生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，對管道進(jìn)行應(yīng)力分析是一個非常重要的關(guān)鍵點。文章結(jié)合管道應(yīng)力分析的基礎(chǔ)知識和設(shè)計工作中的經(jīng)驗，對化工設(shè)計中工業(yè)管道的應(yīng)力分析進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)管道；應(yīng)力分析；應(yīng)用探討

0引言

工業(yè)管道是工藝流程種類最多、生產(chǎn)環(huán)境狀態(tài)變化最為復(fù)雜、輸送介質(zhì)種類較多、條件比較苛刻的設(shè)備。為了保證工業(yè)企業(yè)良好的運行環(huán)境以及行業(yè)之間的激烈競爭，企業(yè)對工業(yè)管道的設(shè)計提出了更高的要求。工業(yè)管道應(yīng)力分析在化工、石油焦化、電力等工業(yè)管道設(shè)計中占有舉足輕重的位置，工業(yè)管道應(yīng)力分析對工業(yè)生產(chǎn)安全、管道的設(shè)計優(yōu)化、工程的材料節(jié)約等方面起到了重要的作用。

1管道應(yīng)力分析

管道應(yīng)力分析的表面理解應(yīng)該是通過軟件計算得到作用物體內(nèi)的應(yīng)力分布和數(shù)值。其實，通常所說的管道應(yīng)力分析工作并非是對管道簡單的進(jìn)行應(yīng)力計算，重點是管道應(yīng)力計算后的分析任務(wù)，實質(zhì)上是對管道進(jìn)行包括應(yīng)力計算在內(nèi)的力學(xué)分析，并保障計算分析結(jié)果能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，從而保證工業(yè)管道自身以及與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、土建、裝置結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運行。

2工業(yè)管道應(yīng)力分析的主要目的

一般情況下，管道設(shè)計工程師在管道配管完成后，需要將臨界管系提給管道機(jī)械工程師對管道進(jìn)行柔性分析與應(yīng)力計算，對管道進(jìn)行應(yīng)力分析主要解決以下幾項問題：(1)計算后需要保證管道各點的應(yīng)力結(jié)果控制在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)允許的安全數(shù)值內(nèi)；(2)保證與管道相連接的設(shè)備管口載荷符合制造商或者標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求；(3)使設(shè)計管道及其連接部分的安全性保持在規(guī)范允許的范圍內(nèi)；(4)計算管道在約束條件下的不同位置處的載荷；(5)分析不同工況條件下的管道位移從而保證管架選擇的合理性；(6)為了解決管道機(jī)械振動、聲頻振動、壓力脈動等問題；(7)使管道設(shè)計更加合理化。

3工業(yè)管道應(yīng)力的分析內(nèi)容

管道應(yīng)力分析主要包括三方面內(nèi)容：正確建立模型、真實地描述邊界條件、正確地分析計算結(jié)果。所謂建立模型就是將所分析管系的力學(xué)模型按一定形式的離散化，簡化為程序所要求的數(shù)學(xué)模型，模型的真實與否是做好應(yīng)力分析的前提條件。應(yīng)力分析的根本問題就是邊界條件問題，體現(xiàn)在工程問題就是約束(支架)、管口等具體問題的模擬，真實的模擬這些邊界條件，才能得到正確的計算結(jié)果。正確的分析結(jié)果，需要正確的設(shè)計管道支吊架，結(jié)合工程力學(xué)、流體力學(xué)、化工機(jī)械等理論知識并結(jié)合工作經(jīng)驗才能更好的完成分析任務(wù)。

4工業(yè)管道應(yīng)力分析的應(yīng)用

4.1管道熱應(yīng)力和柔性調(diào)整

管道柔性是管道通過自身變形吸收熱膨脹、冷縮和其他位移變形的能力。作為設(shè)計人員，應(yīng)在管道圖紙設(shè)計初期，充分考慮工業(yè)管道柔性應(yīng)力，對影響工業(yè)管道質(zhì)量因素逐一歸納。對管道鋪設(shè)進(jìn)行合理設(shè)計，降低相關(guān)問題發(fā)生幾率，杜絕管道斷裂、支撐松散等不良事故的發(fā)生。此外，設(shè)計管理人員還應(yīng)從成本因素環(huán)節(jié)，考慮如何縮短管道長度，降低成本。在考慮管道柔性應(yīng)力的因素中，除考慮外界環(huán)境問題對管道影響外，還可根據(jù)實際情況對管道支撐端點進(jìn)行調(diào)整。例如，如外界環(huán)境允許，可利用管道柔性的特點，在不加外界管徑的情況下，對管道進(jìn)行自然轉(zhuǎn)向，或采用各類補償器增強管道柔性，以此降低管道施工難易程度。

4.2管道振動的緩解措施

在工業(yè)管道介質(zhì)的輸送過程中，往往會發(fā)生管道振動的現(xiàn)象。若是管道長期處于振動狀態(tài)會造成管道疲勞發(fā)生破環(huán)，由此引發(fā)管道斷裂介質(zhì)泄漏的情況，有毒可燃的介質(zhì)可能會引發(fā)生產(chǎn)事故。消減管道振動的措施：(1)管道材質(zhì)的選擇。為了減輕振動，首先要選擇抗震性能較強、彈性較好的材料。(2)在管道系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置緩沖器或孔板，降低流體脈動強度，可在一定程度上減弱管道振動。(3)在管道設(shè)計過程中，管道彎頭處避免急轉(zhuǎn)彎。因此在管道安裝中盡量減少使用彎頭或者減小彎頭的角度。(4)在材料強度允許的條件下，選擇直徑較大、管壁較薄的管道。

4.3支吊架的合理設(shè)置

管道應(yīng)力分析過程中正確的設(shè)置管道支吊架也是至關(guān)重要的。如果安裝位置不合理會使得管道在運行中破壞管道的組成件，使生產(chǎn)無法穩(wěn)定運行。對于保證支架的合理設(shè)置應(yīng)符合以下幾點要求：(1)承重架需要控制一定間距保證管道撓度；(2)充分利用管道的自然補償滿足管道的柔性要求；(3)管道位移不允許超出管托的寬度；(4)不同場合選擇不同型式的支吊架。

5結(jié)語

由于工業(yè)管道的復(fù)雜性、特殊性，管道設(shè)計對工業(yè)的發(fā)展有很大的影響，因此管道設(shè)計也已經(jīng)受到了社會的關(guān)注。管道應(yīng)力分析作為管道設(shè)計的一部分能夠為管道設(shè)計提供精準(zhǔn)的分析數(shù)據(jù)，在工業(yè)安全發(fā)展的道路上保駕護(hù)航。

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作者：張峰燕 單位：旭陽工程有限公司