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:
[1]王虎臣.化工管道应力分析基础上的柔性设计[J].盐科学与化工,2019,48(03):1-4.
[2]刘俞瀚.石油化工管道设计中基于应力分析的柔性设计[J].石化技术,2019,26(01):316.
[3]钱胜辉,柯先梅.石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计[J].化工设计通讯,2016,42(03):24+42.
[4]赵丽京.石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计[J].化工管理,2015(26):55-56.