压力管道应力分析的内容及特点

压力管道应力分析的内容及特点

张曼娜

中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司710075

摘要：随着科学技术不断的发展下，在工业生产中越来越多的应用到压力管道。压力管道作为工业承载和运输作业的重要途径，能够有效的监管和保护工业工作的正常实施。压力管道在经历外界的空气压力、温度、湿度等方面的环境刺激，还需要接受来自内部的流通物质压力，接受双重压力的控制后还能够充分的保证工业操作的安全性，就是压力管道的应力作用。本文主要对压力管道的应力工作内容进行分析，寻找和归纳压力管道的应力操作特点，为更好的实施工业职能操作奠定良好的技术基础。

关键词：压力管道；应力分析；内容；特点

1压力管道的工作原理分析

压力管道的工作原理非常复杂，需要经受内外压力的同时进行正常的输送工作。压力管道的输送功能不限制于材料的性质，能够通过合理的流量控制，进行材料的融合，进一步进行分离工作，实施合理的排出运送，保证材料的整体流量控制。压力管道的工作原理是繁琐复杂的，经过非常严格的步骤控制，有输送管道进行流通，再由阀门进行控制，每个节点都要保证没有老化的胶垫和螺栓进行防渗漏的封闭保护。在流通的过程中，要保证管道的每个环节都紧密有效的相互作用，才能控制管道内和管道外的压力不会造成管道的破裂情况出现。

压力管道是一条系统生产线，因此它具有自己独特的特点。首先，因为管道的连接性，注定了它的功能是具有相互作用力的，无论哪个节点出现问题，都会导致压力管道工作的全面瘫痪或者是出现问题。压力管道存在工作中的风险，因为它的独特结构，决定了它的工作特性。管道都是长链接的状态，而且没有过多空间利用。在压力管道工作运行中，需要承受外界的自然情况侵袭，可能会出现雨水的拍打，暴风的席卷，超高的温度等等，这些情况对压力管道都会造成一定的压力，影响实际的压力管道工作效果，也可能造成管道的损坏。各种情况的干扰就更需要管道保证坚实的工作性能，需要有各种各样的辅助材料支持，保证在细节上做到精致。由于可能出现的渗漏环节比较多，所以要进行闸门的监管，还要保证在设计的初期就进行严格的考量，进行反复的检测和检验，实现管道的功能性体现。

2压力管道应力作用概念

压力管道受到外力作用后，进行自我恢复的过程就是应力作用的实施。在外力作用，比如温度、湿度的侵袭之后，可能出现管道的形状压迫和改变，通过管道内部的调节，进行对外力侵蚀作用的抵制，就能够进行自我恢复和形态的管控，实现应力作用的实施。进行压力管道的内力检测，需要针对一个节点上的作用力进行测量，得到直面直观的应力数据，就能够评估出管道的压力作用效果是否可以支撑管道的长久使用[2]。

但是在运用应力作用的过程中也需要考虑到应力的副作用，可能在抵抗强烈的外因侵蚀后，在受力点出现严重的裂缝，进而导致管道的破损。或者是因为长期的热力烘烤而出现的形态变化情况，这样的变形情况会影响正常的管道工作，导致输出的质量出现问题。长期的侵蚀导致应力的抵抗力量过大，会出现内部的不能调节作用力，长此以往就出现了管道长度和直径的形态改变，影响正常工作需求。

3压力管道应力分析内容

压力管道应力的分析关系到压力管道安装后的使用情况，所以加强对压力管道应力分析，提高压力管道正常运行的重要依据。压力管道应力分析的内容主要涉及到以下的几个方面：

3.1分析管道系统的载荷来源。管路系统的载荷主要分为一次应力载荷和二次应力载荷，一次应力载荷通常指管道系统正常生产时的内外压力作用、管道系统自身的重力、设备运行中的压力脉冲对管道系统的作用以及瞬间内承受的载荷（风力、地震，泵瞬时启动的压力载荷等）。二次应力载荷通常是指管路运行时产生的热膨胀载荷、冷紧是产生的载荷、由于设备沉降产生的管道系统支点位移产生的载荷。

3.2静力分析。通过对管路系统内压荷载和持续荷载作用下的一次应力分析计算、管道系统冷热膨胀位移产生的二次应力分析计算、管道系统与相关设备的相互作用及管口校核、管道系统的支吊架的受力分析、可以有效防止管道发生塑性变形、管道疲劳损坏，确保管道系统与设备的安全运行。

3.3动力分析。管道系统设计应避免管道振动和管道共振，对振动管线特别是往复式压缩机、往复泵的相关管线要重点进行分析，主要包括管道内气（液）柱的频率分析，使其避开激振频率；压力脉冲不均匀度分析，控制压力脉动值；管道系统固有频率，各个节点的振幅及动应力分析，通过设置管道防震支架和优化配管设计，避免产生共振。

3.4柔性管道设计。通过改变管道的走向，选用管道补偿器，增设弹簧支吊架，使管道有足够的柔性来吸收热胀、冷缩及其它位移变形。管道柔性设计时在保证足够柔性的前提下尽量使管长缩短，投资尽量减少。

4压力管道应力安全监管

进行压力管道的静力应力作用监管，控制正常的工作荷载，实现遵循法定的技术实施功能执行。转动器械的同时实现荷载能力的监管，充分考虑到专业器具的法定数值，必须符合使用数据要求。比如，离心机械的要求功率必须控制在API620最有，而螺栓式机械需要控制在630左右，每个不同的机械值需要在不同的参考范围之内，严格的要求更加有助于压力管道的正常工作使用。将压力管道的正常工作职能与防震动的功效同时监管控制，保证机械的动力运作效果正常实施，还需要监管振动现象，保证两者不互相干扰。压力管道的正常应力范围要得到严格的监管，控制的过程中要实现范围的划分，还要保证有复查的工作操作。

5压力管道系统的安全判断

5.1静设备的允许荷载。管道作用于相关的地方时，必要要维持在其要求的的允许值范围内。当超过所要求的荷载时，要及时的进行校核。

5.2转动机器的允许荷载。管道作用于转动机器管口的荷载不应超过机器的允许荷载，相关的部门可以根据要求进行有效的核算，如：离心泵管口的允许荷载可参考API610的规定、汽轮机管口的允许荷载可参考NEMASM23的规定等，按照一定的标准和规定的要求进行核算，使允许荷载控制在要求范围内。

5.3往复机械压力脉动及振动控制。往复机械压力脉动及振动控制可以分别参考API618和API674的规定进行核算控制。

5.4管道应力的校核规范。管道应力的校核规范根据管道类型的不同分为不同的校核准则，在工艺管道应力的校核中一般采用的是GB50316《工业金属管道设规范》。对于长输管道按照输油或输气分别执行GB50253《输油管道工程设计规范》或GB50251-2003《输气管道工程设计规范》。

结语

总之，压力管道设计时要多方面考虑管道应力对管道设计产生的影响，学习管道应力分析既要从理论学习中收获知识，又要从实际分析案例中汲取经验，本文是笔者一些心得希望能为同行提供一些帮助。

参考文献

[1]罗宇.张春迎.探讨化工设计中的管道应力分析[J].科技信息.2010年11期

[2]吴刚.陈江.压力管道安全管理系统的开发及应用[A].第三届全国管道技术学术会议压力管道技术研究进展精选集[C].2006年

[3]姚惠惠.基于ANSYS的水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的应力分析及优化校核设计[D].太原理工大学，2008.

[4]朱立波.基于ANSYS的钢衬钢筋混凝土压力管道优化设计研究[D].太原理工大学，2010.

[5]刘兴然.30万吨/年聚丙烯装置出料与循环气压缩机系统的应力分析与设计[D].合肥工业大学，2010.