李佳南

摘要：管道設(shè)計(jì)工作是非常復(fù)雜的，主要包括四個(gè)部分，分別是管道應(yīng)力分析、管道布置、管道材料設(shè)計(jì)和設(shè)備布置，其中管道應(yīng)力分析是管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。管道應(yīng)力分析對(duì)管道的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要影響。通過(guò)應(yīng)力分析分析，可以為管道做出強(qiáng)度與安全性的評(píng)價(jià)，為管道的經(jīng)濟(jì)分析提供依據(jù)。

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

引言

石油化工管道是針對(duì)石油化工材料運(yùn)輸?shù)淖畛Ｓ玫牟糠郑诠S內(nèi)的作用一方面可以進(jìn)行石油化工類原料的運(yùn)輸，另一方面也可以將相應(yīng)的設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行連接。因此，石油化工管道是工廠內(nèi)部一個(gè)非常常見(jiàn)但又非常重要的部分，所以在進(jìn)行石油化工管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)對(duì)于石油化工外管設(shè)計(jì)及應(yīng)力情況進(jìn)行分析，從而保證石油化工管道的安全性與穩(wěn)定性，保證工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)效率的同時(shí)，也針對(duì)工人的安全進(jìn)行了保障。

一、石油化工的管道設(shè)計(jì)

（一）管廊的寬度

在進(jìn)行石油化工管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要針對(duì)管廊進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)于石油化工管廊的寬度，主要由管道的具體數(shù)量、管道的具體口徑以及儀表槽架的具體大小等多種因素來(lái)確定，并且在進(jìn)行管廊設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了保證后期出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行檢修會(huì)更換原件，因此需要在進(jìn)行廊道設(shè)計(jì)的過(guò)程中留出一定的寬度。

（二）管廊的高度

在進(jìn)行管廊設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了要進(jìn)行寬度的設(shè)計(jì)以外，還需要針對(duì)管廊的高度進(jìn)行設(shè)計(jì)。管廊的高度需要以換熱器、各種泵類等設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)所需要的高度空間來(lái)確定，當(dāng)管廊橫跨道路時(shí)，還需要根據(jù)車輛通行所需要的的高度來(lái)確定具體的管廊高度。

（三）管廊管道的布置原則

在進(jìn)行管廊管道布置的過(guò)程中，有一些原則需要注意，才能夠保證石油化工外管的設(shè)計(jì)合理，例如，在進(jìn)行管道布置時(shí)，應(yīng)當(dāng)將重量較大或口徑較大的管道靠近管廊柱子附近布置，重量較小的小口徑管道則可以放置在管架的中間，以避免管架垮塌或出現(xiàn)彎折;在布置液化烴類管道以及低溫管道時(shí)，應(yīng)當(dāng)使其遠(yuǎn)離熱管道，為了保證后期檢修方便，因此管道的法蘭及閥門(mén)等應(yīng)當(dāng)靠近管廊;再如進(jìn)行雙層管廊的布置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將腐蝕性管廊放置在下層，將泄壓管道、無(wú)聊管道、儀表等防治在上層，且兩者應(yīng)當(dāng)保持一定距離，從而避免腐蝕性管道出現(xiàn)泄漏，造成危險(xiǎn);在進(jìn)行管廊布置的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)管道直徑改變的情況，就需要通過(guò)使用底平偏心大小頭將管底的標(biāo)高保持一致。通過(guò)在進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)的過(guò)程中進(jìn)行這樣原則的是同來(lái)保證管廊內(nèi)部管道的安全性與可用性。

二、管道應(yīng)力簡(jiǎn)述

（一）管道應(yīng)力分類

管道往往要受多種外部壓力的共同影響，不僅受熱負(fù)荷的影響，也要受機(jī)械載荷的影響，此外還要受壓力載荷等的影響。由于管路不同，管道的區(qū)域不同，在外部壓力作用下，管道會(huì)產(chǎn)生不同性質(zhì)的應(yīng)力。管道應(yīng)力主要包括以下幾類。一類是一次應(yīng)力。管道在受到?jīng)_擊荷載、內(nèi)壓等作用下會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力和正應(yīng)力，這就是一次應(yīng)力。一次應(yīng)力與外力相平衡，保持管道不變形。如果為了平衡外力，一次外力超過(guò)了極限，管道會(huì)發(fā)生塑性變形，從而遭到破壞。所以要留有足夠的寬裕度，以保證材料不發(fā)生屈服。一類是二次應(yīng)力。管道受到外界壓力，發(fā)生了變形，變形會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生束縛，在這種情況下管道產(chǎn)生的剪應(yīng)力和正應(yīng)力就是二次應(yīng)力。二次應(yīng)力主要是為協(xié)調(diào)變形而產(chǎn)生的應(yīng)力，它不能直接與外力平衡。二次應(yīng)力具有自限性的特點(diǎn)，只要有發(fā)生細(xì)小塑性變形就會(huì)使二次應(yīng)力變低。交變的次數(shù)會(huì)影響二次應(yīng)力的界定，交變的應(yīng)力范圍會(huì)直接決定二次應(yīng)力的范圍。一般情況下，管道重復(fù)受二次應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。三類是峰值應(yīng)力。所謂峰值應(yīng)力就是最高值應(yīng)力，當(dāng)荷載發(fā)生突變，當(dāng)管道結(jié)構(gòu)發(fā)生的突變，這時(shí)候局部應(yīng)力不會(huì)迅速集中，從而產(chǎn)生峰值應(yīng)力。通常在管道的轉(zhuǎn)彎處、氣孔處和焊接處會(huì)產(chǎn)生峰值應(yīng)力。峰值應(yīng)力不會(huì)引起管道的顯著變形，但會(huì)給管道帶來(lái)疲勞性裂紋。

（二）管道應(yīng)力分析目的

管道應(yīng)力分析主要是通過(guò)解決各種問(wèn)題來(lái)保障管道的安全性和可靠性。像管道的強(qiáng)度問(wèn)題、管道的震動(dòng)問(wèn)題等都需要通過(guò)用力分析來(lái)解決。同時(shí)，管道應(yīng)力分析可以為管道布置提供科學(xué)的依據(jù)，為管道安裝提供科學(xué)的參考。具體來(lái)說(shuō)管道應(yīng)力分析目的主要有以下幾點(diǎn)。一是保證管道設(shè)計(jì)符合安全要求。石油化工管道對(duì)安全有更好的要求，根據(jù)我國(guó)的相關(guān)國(guó)家規(guī)定，主要從三個(gè)方面來(lái)評(píng)判管道的安全性能，分別是密封性、耐腐蝕性和耐壓強(qiáng)度。其中耐壓強(qiáng)度主要是通過(guò)通過(guò)管道應(yīng)力分析來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二是保證裝置運(yùn)行的安全性。石油化工管道通常輸送的是一些易燃易爆的物品，管道布置必須科學(xué)合理，保證不會(huì)有任何安全隱患在裝置運(yùn)行中。在布置管道的時(shí)候，如果不夠科學(xué)，管道就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力問(wèn)題，帶來(lái)安全隱患。例如當(dāng)管道的熱應(yīng)力過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管件損壞等問(wèn)題，影響安全生產(chǎn)。管道布置不合理，在動(dòng)力設(shè)備旁，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，影響整個(gè)系統(tǒng)裝置的安全運(yùn)行。應(yīng)力分析可以為管道布置提供科學(xué)依據(jù)。

三、石油化工管道的應(yīng)力分析

（一）承重分析

所謂一次應(yīng)力，其實(shí)就是外界對(duì)于石油化工管道所產(chǎn)生的壓力、重力等力的統(tǒng)稱。在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，想要將應(yīng)力限度維持在一個(gè)合格的范圍內(nèi)而不會(huì)超標(biāo)，一般是通過(guò)設(shè)置管廊支架的方式進(jìn)行控制，若出現(xiàn)了一次應(yīng)力過(guò)大的情況，管道的撓度系統(tǒng)通常就會(huì)被破壞掉。因此，在進(jìn)行管道建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)避免針對(duì)施工工藝進(jìn)行隨意的修改，但是改后產(chǎn)生的一次應(yīng)力大小也可以通過(guò)使用支吊架的方式來(lái)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。當(dāng)管道建設(shè)完成后，一次應(yīng)力通常會(huì)具有一種平衡性，但是隨著管道的荷載不斷增加，一次應(yīng)力的量也會(huì)不斷地進(jìn)行增加，一旦一次應(yīng)力超過(guò)了管道所能夠承受的最大極限，那么管道就會(huì)變形，非常容易發(fā)生危險(xiǎn)。

（二）石油化工管道中的二次應(yīng)力

二次應(yīng)力與一次應(yīng)力最大的不同之處就在于二次應(yīng)力主要來(lái)源于外力，且二次應(yīng)力具有較一次應(yīng)力而言更加不平衡的特性。對(duì)于石油化工管道而言，一旦管道發(fā)生了變形，那么就會(huì)收到約束，這一過(guò)程中，再產(chǎn)生

在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果想要借助支吊架對(duì)于管道應(yīng)力端點(diǎn)相應(yīng)推力進(jìn)行控制時(shí)，設(shè)計(jì)師需要針對(duì)管道進(jìn)行除了剛性支架以外的杠桿加以考慮。這是因?yàn)槭突す艿辣旧淼奶匦跃驮谟谄涫莿傂暂^強(qiáng)的彈性體，可以做到借助支梁以將管道荷載進(jìn)行合理分配的作用，只要有剛性支架就會(huì)伴有杠桿效應(yīng)。例如，在進(jìn)行石油化工管道布置的過(guò)程中，需要針對(duì)壓縮機(jī)、機(jī)泵等設(shè)備的支架布置進(jìn)行較為合理的安排，從而將對(duì)管嘴所承受的力矩以及力進(jìn)行降低，以保證力的大小能夠滿足接管荷載限值的具體要求。

（三）應(yīng)用剛性吊架以及限位吊架

針對(duì)石油化工管道的震動(dòng)加以控制，可以通過(guò)針對(duì)石油化工管道的鋼制支架進(jìn)行合理的設(shè)置與設(shè)計(jì)，使其可以承受震動(dòng)與荷載。一般情況下，由于剛性吊架的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，制作工藝方面沒(méi)有難度，因此，其價(jià)格一般來(lái)說(shuō)都較為低廉，進(jìn)行安裝后，后期進(jìn)行維護(hù)的價(jià)格也處于一個(gè)較低的水平。在進(jìn)行垂直管道的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果想要使用剛性管道，就必須進(jìn)行限位吊架的合理配置，從而減少對(duì)拉桿的扭轉(zhuǎn)，以保證石油化工管道的實(shí)際安全性能，在進(jìn)行安裝與實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，施工人員需要遵循一些安裝的原則與規(guī)范，保證安裝完成后吊架能夠產(chǎn)生相應(yīng)的效果。

結(jié)束語(yǔ)：

針對(duì)石油化工管道的外管設(shè)計(jì)以及其應(yīng)力進(jìn)行分析，能夠使設(shè)計(jì)人員更加了解應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，提升了石油化工管道的穩(wěn)定性與安全性，使石油化工管道在進(jìn)行設(shè)計(jì)后能夠進(jìn)行長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，也能夠針對(duì)管道的安全性進(jìn)行保障。

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