衣小天

摘 要：我國(guó)的石油化工企業(yè)依存國(guó)民經(jīng)濟(jì)，借助國(guó)民經(jīng)濟(jì)的力量與先進(jìn)的開(kāi)采技術(shù)逐漸擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，石油化工市場(chǎng)也逐漸形成了興盛發(fā)展的局面。為了給石油開(kāi)采活動(dòng)提供更為優(yōu)質(zhì)的開(kāi)采環(huán)境，設(shè)計(jì)人員優(yōu)化了開(kāi)采準(zhǔn)備工作，尤其是在管道施工環(huán)節(jié)中選用了更為適合石油開(kāi)采環(huán)境的管道設(shè)計(jì)方法，對(duì)管道應(yīng)力進(jìn)行分析，采用了柔性設(shè)計(jì)理念。使石油管道更為穩(wěn)固，本文對(duì)這種柔性管道設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：石油化工；管道設(shè)計(jì)；應(yīng)力分析；柔性設(shè)計(jì)

石油化工企業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的重要構(gòu)成，其對(duì)于我國(guó)工業(yè)的整體發(fā)展水平存在影響。但是在石油開(kāi)采期間，開(kāi)采人員又需要承擔(dān)極大的風(fēng)險(xiǎn)，一些石油開(kāi)采工作中出現(xiàn)的安全事件已經(jīng)給石油化工企業(yè)的基本信譽(yù)度造成了威脅，為了使石油開(kāi)采以及其他資源利用工作更為安全，石油化工企業(yè)改變了原有的石油管道設(shè)計(jì)方法，將石油管道系統(tǒng)進(jìn)一步完善，使管道極具柔性特點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)工作是建設(shè)在透徹的應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上的，本文對(duì)肉香設(shè)計(jì)相關(guān)工作進(jìn)行分析。

1 應(yīng)力分析工作環(huán)節(jié)

1.1 管道應(yīng)力類型

管道承受的應(yīng)力承受的主要是管道承受的來(lái)自內(nèi)部與外部的多種影響，內(nèi)部影響主要包括重力、溫度以及壓力，外部應(yīng)力存放的環(huán)境氣候影響。這些影響均會(huì)影響管道的形態(tài)，使管道出現(xiàn)強(qiáng)制性位移的變動(dòng)情況，載荷的類型不同，管道承受的應(yīng)力也存在差異，石油管道需要承受的應(yīng)力主要有兩種，即一次應(yīng)力與二次應(yīng)力。

一次應(yīng)力主要是在諸如重力、壓力這種外部載荷的影響而形成的，一次應(yīng)力主要承擔(dān)的就是這一類外部荷載，當(dāng)外部施加的力度增強(qiáng)之后，一次應(yīng)辦理也會(huì)增加。如果管道內(nèi)部的塑型區(qū)域處于極限擴(kuò)展的狀態(tài)，其承受的外部荷載也不會(huì)增多，但是管道內(nèi)部還會(huì)出現(xiàn)塑性流動(dòng)情況，管道最終會(huì)被破壞。

在管道需要承受端點(diǎn)位移、冷縮以及熱漲等位移性的荷載的時(shí)候，管道產(chǎn)生的應(yīng)力就是二次應(yīng)力，二次應(yīng)力可以使管道維持協(xié)調(diào)狀態(tài)，在管道體系被有效協(xié)調(diào)之后，塑性流動(dòng)會(huì)停止，管道的變形也會(huì)隨之停止。

1.2 應(yīng)力分析的主要作用

通常管道應(yīng)力分析分為靜力分析和動(dòng)力分析，本文不討論動(dòng)力分析內(nèi)容，靜力分析的任務(wù)：使管道中的應(yīng)力，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證管道自身的安全；使管道對(duì)與其相連接的機(jī)器、設(shè)備的作用力，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，保證機(jī)器、設(shè)備的安全；計(jì)算管道對(duì)支吊架和土建結(jié)構(gòu)的作用力，為支吊架和土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，保證支吊架和土建結(jié)構(gòu)的安全；計(jì)算管道位移，防止位移過(guò)大造成支架脫落或管道碰撞，并為彈簧支吊架的選用提供依據(jù)。從安全角度要求管道設(shè)計(jì)在實(shí)際生活中，管道設(shè)計(jì)的安全性能要求分為：耐壓強(qiáng)度、耐腐蝕性和密封性三方面。在強(qiáng)度和耐腐蝕性方面，運(yùn)用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)材料，防止管道中的石油因?yàn)榄h(huán)境問(wèn)題而使管道出現(xiàn)問(wèn)題。另一方面，要保證裝置的正常合理運(yùn)行。管道布置如果不合理，整個(gè)裝置運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)存在安全罹患，產(chǎn)生各類應(yīng)力問(wèn)題。比如在外界溫度變化時(shí)產(chǎn)生的熱效力過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致管口破損，管架被推壞等后果。

2 柔性設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)

在管道自身的應(yīng)力滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求時(shí)，因?yàn)楣艿廊嵝圆蛔愣鴮?dǎo)致法蘭泄漏、管道對(duì)設(shè)備管咀的推力（矩）不滿足設(shè)備供應(yīng)商的要求，或者管道對(duì)結(jié)構(gòu)梁的推力過(guò)大等，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患，甚至使管道或者設(shè)備在運(yùn)行中造成嚴(yán)重事故等。

2.1 柔性設(shè)計(jì)的作用

管道在熱脹冷縮時(shí)，將對(duì)其相連接的機(jī)器、設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用力，反之機(jī)器、設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)也將對(duì)管道產(chǎn)生反作用力，并在管道中引起應(yīng)力。當(dāng)管道系統(tǒng)剛度較大時(shí)，推力和應(yīng)力也較大，并可能導(dǎo)致管道和土建結(jié)構(gòu)的破壞以及影響到機(jī)器、設(shè)備的正常運(yùn)行。因此管道應(yīng)有足夠的柔性。

2.2 基本柔性設(shè)計(jì)要求

管道設(shè)計(jì)應(yīng)該使管道具有必要的柔性，來(lái)滿足以下要求：管道應(yīng)力在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許值內(nèi)，即二次應(yīng)力滿足要求；管道對(duì)相接設(shè)備的力與力矩在設(shè)備供應(yīng)商的允許范圍內(nèi)，不至于使管道相接的機(jī)器、設(shè)備產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力或變形；管道對(duì)法蘭的力與力矩應(yīng)不會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)泄漏；管道推力或力矩不會(huì)引起管道支吊架的破壞。

在實(shí)際管道柔性設(shè)計(jì)規(guī)定中，還要考慮到：管道溫度應(yīng)小于等于-50℃，或大于等于100℃；考慮柔性管道的直徑范圍，據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)溫度和管道布置，并視具體情況來(lái)確定；存在外加強(qiáng)迫位移的管道應(yīng)考慮柔性設(shè)計(jì)；對(duì)于敏感設(shè)備相連接的管道如離心泵，汽輪機(jī)等設(shè)備。對(duì)石油化工管道設(shè)計(jì)的多角度應(yīng)力分析完畢之后，需要依據(jù)應(yīng)力分析的基礎(chǔ)制作出關(guān)于柔性設(shè)計(jì)的相關(guān)方案，具體部分應(yīng)包括如下內(nèi)容：管道最大應(yīng)力所在位置和數(shù)值，對(duì)應(yīng)允許值以及二者的百分比值；支承點(diǎn)、彎頭、管口等關(guān)鍵部位在冷、熱態(tài)下的位移；支承在冷、熱態(tài)下所承受的荷載；計(jì)算確定的彈簧支承數(shù)據(jù)表，其中應(yīng)含支承點(diǎn)位移及荷載。

2.3 提升管道柔性的方法

通過(guò)以下幾種方法，可以使管道的柔性增加。設(shè)計(jì)人員首先可以先將管道的原有的幾何布置進(jìn)行改變，和過(guò)去的傳統(tǒng)管道相比，如果的石油應(yīng)用型管道具有更多的彎頭，其走向也更加復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)人員需要將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)這種類型的管道的數(shù)量增加，借助這種特爾書(shū)管道來(lái)提升整個(gè)管道系統(tǒng)的柔性程度。但是設(shè)計(jì)人員需要注意，無(wú)論是應(yīng)用三維空間設(shè)計(jì)，還是使用二維平面設(shè)計(jì)，都不能改變管道的兩個(gè)端點(diǎn)，可以更改的只有管道的幾何布置方式。

在支撐管道的時(shí)候，可以應(yīng)用彈簧型支架，借助這種支架可以使管道支撐系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，這種支架在管道系統(tǒng)建設(shè)工作之中起到的作用有很多，還可以約束管道在支撐點(diǎn)被釋放之后出現(xiàn)的垂直位移情況，雖然彈簧型支架具有諸多使用優(yōu)勢(shì)，但是如果在管道體系之中過(guò)多使用這種支架，仍舊會(huì)使管道的穩(wěn)定狀態(tài)受到不良影響。

設(shè)計(jì)人員還可以添加膨脹節(jié)，在不能依靠增設(shè)彎道數(shù)量和延長(zhǎng)管道長(zhǎng)度來(lái)解決管道穩(wěn)定性問(wèn)題的時(shí)候，可以借助膨脹節(jié)來(lái)使管道具有更強(qiáng)的柔性，但是由于膨脹節(jié)的成本比較高，使用方法復(fù)雜，所以這種柔性設(shè)計(jì)方法并不提倡。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)管道設(shè)計(jì)工作中的兩個(gè)工作環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，首先介紹了應(yīng)力分析環(huán)節(jié)具體分析的內(nèi)容，又探究了柔性管道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要完成的工作。管道設(shè)計(jì)是開(kāi)采環(huán)節(jié)準(zhǔn)備共諾的核心任務(wù)，如果管道體系不完善，石油等重要資源的運(yùn)輸工作就無(wú)法實(shí)現(xiàn)，石油流通工作也就會(huì)受到阻礙，在完成應(yīng)力分析高工作之后，設(shè)計(jì)人員可以了解到石油管道的質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)的原因，在柔性設(shè)計(jì)工作之中可以在滿足供應(yīng)商的需求的同時(shí)，合理應(yīng)對(duì)法蘭泄漏以及管道承受的推力過(guò)大的情況，減少石油安全隱患出現(xiàn)的概率，設(shè)計(jì)人員還要全面地考慮到其他的管道影響因素，建設(shè)出既完善有充滿柔性的石油管道。

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