石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计

石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计

杜鹏

中石油吉林化工工程有限公司 ，吉林 吉林 132001

摘要：管道应力分析是保障石油化工行业中工艺管道正常运行的

关键性环节。随着石油化工行业的发展需求不断增高，年产量不断增大，工艺流程越来越复杂化，管道应力分析在管道设计中的关键性越发突出。优化管道设计，保障管道平稳运行，在降低成本同时减少事故隐患是管道应力分析的基本目标，更是石油化工行业就能够持续稳定地发展下去的重要支撑。本篇文章在基于石油化工管道设计应力分析基础上展开研究，同时优化常规柔性设计方案。

关键词：石油化工管道设计；应力分析；柔性设计

在实际石油化工管道设计应力的工作当中，对其技术性的要求非常高，不仅对管道布局的要求很多，同时对于设备之间的管道连接也有很多要求，比如管道布局必须合理，不仅对其排面有要求，同时还要求管道布局必须成组；在确保管道设计具有柔性的基础上，还要保证设备之间的管道连接必须又短又直。除此之外，石油化工管道设计工作还非常的复杂，在开展设计工作的时候，首先要充分了解不同材质管道的特性，根据其具体特性展开研究和分析，进而保证石油化工管道设计的合理性。

一、石油化工管道设计中的应力分析

1、应力分析的具体分类

应力分析主要分为两类，第一类是动态应力分析，第二类是静态应力分析。在动态设备或者是地震的影响下出现振动，这种现象需要动态分析对其进行研究；如果管道的温度出现了变化，导致管道的形态发生了变化，这种静态荷载给管道带来的影响需要静态分析对其进行研究。

2、应力分析的主要目的

管道应力分析，意在需要保证管道、设备以及结构运行的可靠性。应力分析为管道的设计工作提供了专业的数据，有助于对管道设计方案的优化，在保证管道走向的合理性和经济性的基础上，进一步提高管道系统的安全性。除此之外，通过应力分析可以预防管道出现碰撞，操作工况下管托滑脱等事故，在管道系统关键行为之选择并优化弹簧支吊架的形式、荷载。应力分析减少了动态设备带来的影响，保证装置平稳运行。

二、石油化工管道设计的创新手段

1、明确管道设计的具体要求

石油化工的管道设计工作需要严格按照管道设计方案进行，保证工作流程符合要求。统筹规划，尽可能地降低投资成本，保证施工环境的安全性。在进行管道设计的时候，要避免管道和道路之间出现交叉；在布置管道的时候，不能阻碍交通的正常运行；确保管道系统的柔性符合要求；管道必须架空，如果遇到特殊情况，可以埋地。

2、采用科学的管道设计方法

在对石油化工管道进行设计的时候，必须要保证其具有安全性，同时还要求它具有良好的经济效益。化工企业可以根据管道的设计要求对管道材质进行挑选，还有就是对管道进行实地考察，充分了解管道的各种数据，这样就可以设计出更加安全、科学的石油化工管道了。为了从根本上对石油化工管道设计进行创新，那么就要对传统的管道设计工作进行研究，分析出它的具体缺点，然后进行改进以及弥补工作。

三、在应力分析基础上进行柔性设计

1、柔性设计的主要作用

当管道和其他的设备或者是结构进行连接的时候，一旦管道温度发生了变化，那么设备的管口就会出现位移的状况，而且结构也会出现沉降现象，最终导致位移状况的出现。如果管道存在柔性设计的话，那么管道就会出现形变，使局部的应力作用减小，不同部件的安全性能也能够得到大大的提高。如果管道的刚度比较大的话，那么应力就会聚集在管道的局部位置，最终导致管道、设备以及结构出现严重的损坏，因此在进行管道设计工作的时候，首先需要确保其具有柔性特征。

2、进行柔性设计的要求

在实际工作过程当中，并不是所有的管道都需要柔性分析工作，只有两种管道需要对其进行柔性分析，第一种是设计温度大于100℃，或者是设计的最低温度小于—50℃的管道；第二种是管道的外部存在强制位移现象。如果两个管道系统完全一样，并且成功投入使用，而且在使用过程中没有出现任何的重大变化，这样的管道系统也不需要进行柔性分析。在进行柔性分析工作的时候，需要把设备、管道系统以及结构支架看作是一个整体，然后根据实际情况来建立相应的模型，并对模型展开分析和研究，找出都有哪些因素会对管道系统造成影响，确保管道在各种工作状况下都能够正常运行，如果加入了比较特殊的管件，那么就需要考虑适当增大应力系数。

3、增大管道柔性的具体措施

（1）改变管道的外部形状

如果把管道自身的方向进行改变的话，那么管道的柔性也就随之增加，比如把管道的弯头增多，或者是直接改变管道的走向，同时还可以利用一些比较特殊的工艺来增加管道的柔性，但是这些工艺必须在一定的条件之下才能够使用，否则就会出现管道内部结晶等问题。

（2）适当加大预应力

在安装管道的过程当中，适当加大预应力，可以使每一个部件的应力得到有效降低，冷拉就是最常被采用到的方法。所谓冷拉，就是在安装管道的时候，为管道设置一个原始的应力，以此来平衡管道热胀冷缩或者是其他部件位移造成的不良影响。

（3）合理应用弹簧支吊架

弹簧支吊架不仅可以确保管道系统的稳定性，同时还能够释放约束点的位移。弹簧支吊架的合理应用，为管道的柔性设计工作带来了一定的便利。在管道进行柔性设计的时候会使用到一些动态设备，这些设备会产生一定的振动，给管道带来一定的损坏，弹簧支吊架的应用，就可以消除这方面的影响。不过在使用弹簧支吊架的时候，必须要考虑一下管道的支撑点是否会出现位移，同时还需要在不同的工作状况下选择合适的受力点。

（4）使用补偿装置

为了使管道的柔性能够得到有效增加，可以考虑使用一些补偿装置，比如膨胀节、旋转补偿器等等。把这些补偿装置设置在管道当中，可以使管道的柔性更加强，可是使用这些补偿装置的成本比较高，不是在所有的条件下都能够使用，而且这些补偿装置的使用周期非短，需要定期对其进行更换，使管道泄露的风险增大，无法大规模投入使用。

（5）合理运用管道支吊架

在对管道系统开展设计工作的时候，完全离不开管道支吊架，它能够有效降低一次应力和二次应力给管道带来的损坏，可是一旦选用了不合理的管道支吊架，那么就会使管道的一次应力超标，进而使管道没有办法承受外力的荷载，合理使用管道支吊架，不仅可以降低管道系统变形的控制力，还能够减轻二次应力给设备带来的影响，同时还可以降低管道的振动频率。在设置管道支吊架的时候，要尽可能地减小跨度，采用就近设置的原则，并和建筑物比较击中的区域分离开。

结束语

综合整篇文章的内容可以发现，要想对石油化工管道进行建设，首先需要分析石油化工管道的设计应力，因为它对于管道建设的意义更加重要。提高对石油化工管道设计应力的重视度，不仅可以使管道运行过程中的安全性得到提高，同时还能够使石油化工企业的经济效益得到提升。在开展管道设计工作的时候，既要掌握各种理论知识，也要拥有丰富的实践经验，只有把这两者充分结合在一起，才能够发挥石油化工管道设计应力的作用，实现石油化工的全面发展。

参考文献：

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