石油化工管道应力设计

石油化工管道应力设计

彭巍

身份证号码：430703198204063251

摘要：管道设计工作非常复杂，主要由管道应力分析、管道布置、管道材料设计、设备布置四部分组成。管道应力分析是管道设计的基础和关键，管道应力分析对管道的安全性、可靠性和经济性具有重要影响。通过应力分析可以评价管道的强度和安全性，为管道经济分析奠定基础。

关键词：石油化工；管道设计；应力分析

介绍

石化管道是输送石化原料最常用的部件，它在工厂中的作用是运输石化原料。同时，相应的设备将能够连接到系统。因此，石油化工管道是工厂中非常常见但又非常重要的部件，所以在设计石油化工管道的过程中，设计者必须保证石油化工管道的安全，需要对石油化工管道的设计和受力情况进行分析。这不仅保证了工厂运营的效率，也保证了工人的安全。

一、石油化工管道设计

1.管廊宽度
  在石化管道设计过程中，首先要进行管廊设计。石化管廊的宽度主要由管道的具体数量、管道的具体直径、设备槽的具体尺寸等多种因素决定。为了保证以后不会出现问题，走廊的设计过程中必须留出一定的宽度，因为在维护过程中会更换原来的部件。

  2.管廊高度
  管廊设计过程中除了设计宽度外，还需要设计管廊的高度。管廊的高度必须考虑到维护换热器、各种泵等所需的高度空间来确定，如果管廊跨越道路，还必须确定具体管道的高度。制定时应考虑到车辆流量、走廊高度。

  3.管廊内管道布置原则
    在管廊内管道布置过程中，应注意几个原则，以保证石化外管道的合理设计。例如，布设管道时，管道重量、管径较大等，在布设液化烃管道、低温管道时，为避免管架倒塌、弯曲，应采用重量轻的小管径管道。管道法兰和阀门应靠近管廊布置，以方便维修。又例如，在双层管廊的布置过程中，腐蚀性管道可能会被损坏。廊道宜设在下层，泄压管道、钻孔管道、器具等应在下层进行防控，与上层保持一定的距离，以免腐蚀管道泄漏而发生危险。在管道走廊布置时，当管道直径发生变化时，需要使用平底偏心封头来保持高度恒定。通过在外观设计过程中贯彻这一原则，可以确保管廊内部管道的安全性和可用性。

二、管道应力简述

1.管道应力分类
    管道经常受到各种外部压力的影响，不仅包括热载荷，还包括机械载荷和压力载荷。由于管道和管道面积不同，管道在外部压力的作用下会产生不同性质的应力。管道应力主要有以下几种：一种类型是初级应力。当冲击载荷或内压施加到管道上时，会出现作为主应力的剪切应力和正应力。主应力平衡外力，防止管道变形。如果施加超过极限的外力来平衡外力，管道就会发生塑性变形而断裂。因此，需要留有足够的余量，使材料不变形。当管道受外压变形，材料受到变形约束时，管道产生的剪应力和正应力就成为二次应力。二次应力是主要因协调变形而产生的、不能与外力直接平衡的应力。二次应力是自限性的，只要塑性变形很小，二次应力就会很低。交替次数影响二次应力的定义，交替应力的范围直接决定二次应力的范围。当管道反复受到二次应力时，通常会发生疲劳损坏。第三类是峰值压力。所谓峰值应力就是应力的最高值，当载荷急剧变化或管道结构发生急剧变化时，局部应力不会立即集中，出现峰值应力。峰值应力通常出现在管道弯头、孔隙和焊缝处。虽然峰值应力不会引起管道明显变形，但确实会引起管道疲劳裂纹。

  2.管道应力分析的目的
    管道应力分析主要通过解决各种问题来保证管道的安全可靠。管道强度、管道振动等问题需要通过受力分析来解决。同时，管道应力分析可以为管道布置提供科学依据，为管道安装提供科学标准。具体来说，管道应力分析的主要目标是：首先是确保管道设计符合安全要求。石化管道具有较高的安全要求，而根据我国国家相关规定，管道的安全性能主要从密封、耐腐蚀、耐压三个方面来判断。抗压强度主要通过管道的应力分析获得。二是确保设备运行安全，石化管道通常输送一些易燃易爆物品，因此管道布置必须科学合理，避免设备运行过程中出现安全问题。如果管道布置不够科学，管道内部就会出现应力问题，产生安全隐患。例如，管道热应力太大，会造成管件损坏等问题，影响生产安全。如果管道布置不合理，会在动力设备旁边产生共振，影响整个系统设备的安全运行。

三、石化管道应力分析

1.负载能力分析
    所谓主应力实际上是石化管道内压力、重力以及外界产生的其他力的统称。在管道设计的过程中，如果想要将应力极限保持在合格的范围内而不超过标准，通常会通过安装管廊支架来控制应力极限，但是如果出现应力过大的情况，管道这是一个无法正常工作的系统。因此，在管道施工过程中，应避免施工过程中的随意变化，但也可以利用支吊架对变化后产生的初应力进行合理调整。管道施工完成后，主应力通常处于平衡状态，但随着管道载荷的不断增加，主应力的大小不断增加，直到主应力达到管道所能承受的最大极限。

  2.石化管道的二次应力
  二次应力与一次应力最大的区别是二次应力主要是由外力引起的，二次应力比一次应力更不平衡。以石化管道为例，管道一旦变形，就受到约束，此时再次产生的力就变成了二次应力。对于石化管道来说，二次应力是管道本身变形过程中所需的力。在二次应力的作用下，管道不可避免地会发生连续变形，但如果化工管道因这种连续变形而损坏，其本质实际上是一种疲劳损伤。在管道设计过程中，当利用支吊架控制管道受力端点处相应的推力时，设计者必须考虑管道刚性支撑以外的杠杆。这是因为石化管道本身是由高刚性弹性体制成的，因此支撑梁可以适当分散管道载荷，只要有高刚性支撑就可以达到这种效果。例如，在石化管道的铺设过程中，需要对压缩机、泵等设备的支架布局进行更加合理的调整，使喷嘴承受较小的扭矩和力，能够可靠地发挥其威力。

  3.刚性吊架和限位吊架的应用
  为了控制石油化工管道的振动，可以合理配置和设计石油化工管道钢支架以承受振动和载荷。一般来说，刚性吊架结构非常简单，易于制造，因此价格一般比较便宜，安装后的维护成本也较低。在垂直管道设计过程中，采用刚性管道时，应适当配置限位吊架，减少拉杆扭转，保证石化管道的实际安全性能。施工人员必须遵循一些安装原则和规范，以确保吊架安装完成后能够产生相应的效果。

四、结论

  通过分析石化管道的外管设计和应力，设计人员可以更好地了解如何进行设计工作，提高石化管道的稳定性和安全性，并在设计后改进石化管道设计。在实现长期稳定运输的同时，也保证了管道的安全。

参考文献：

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