石油化工管道应力设计要点探究

石油化工管道应力设计要点探究

程国峰

山西省安装集团股份有限公司 山西省太原市 030032

摘要：在石化管道的设计中，管道的应力是一个非常重要的设计部分。管道应力分析是通过对石油化工管道进行合理的计算，对石油化工管道的受力情况进行分析，以保证石油化工管道与其他设备的连接满足安全要求。在设计时，应避免主观判断，充分考虑石油化工管道的应力状况，注重设计的合理与高效。

关键词：石油化工；管道应力；设计要点

1石油化工管道应力的类别

（1）管道一次应力。也称为静应力或冷应力，是指管道在安装和冷态运行时的应力。一次应力主要由管道自重、内压、外界温度变化等因素引起。在设计和施工过程中，需要考虑一次应力对管道的影响，以确保管道的安全性和可靠性。（2）管道二次应力。也称为热应力，是指管道在热态运行时由于温度变化引起的应力。二次应力主要由管道的热膨胀或收缩以及温度梯度造成的热应力引起。石油化工管道运行过程中会遇到高温和冷却过程，导致管道的热膨胀或收缩，产生二次应力。合理控制二次应力对管道的影响是保证管道安全运行的重要措施。（3）管道峰值应力。在石油化工管道中，由于外部力的作用或其他因素引起的应力超过了一次和二次应力，形成了峰值应力。峰值应力可能会导致管道的破裂和损坏，因此需要对其进行合理的评估和控制，以确保管道的安全运行。

2石油化工管道应力设计的分析方法

2.1石油化工管道动力分析

在对石油化工管道的实际应力进行分析的时候，加强对流体的动态分析，可以有效提升设计和实施的管道质量，更好地评价和分析管道的应力，从而更好地发挥石油化工管道的作用。第一，在进行液体输送的过程中，应考虑到不同的液体和介质的特性，在设计的时候，应考虑到介质本身的特性，从而防止产生共振，从而导致化工管道的应力增加，影响到化工管道的使用寿命和使用效果。第二，复式压缩机会对化工管道造成很大的影响。复式压缩机在使用的时候，会产生共振现象，一般情况下，是由于复式压缩机的气柱的频率和压力动脉导致整体的振动频率变化，在使用的时候产生共振，从而对化工管道产生损坏。所以在实际应用和生产的时候，一定要考虑到复式压缩机的条件干扰，提高对其检测测试的准确性，进而提高后期的施工和使用效率。第三，在应力计算的时候，外部的联合作用力也会影响到石油化工管道的设计，外部的环境的压力会对管道的结构和性能造成很大的影响。但是，外部的综合动力也会随着工作环境的变化而变化，所以在实际应用的时候，要将外部的应力和最终的预应力结合起来，这对于强化设计都起到了很大的帮助作用。

2.2石油化工管道静力分析

在制定石油化工管道使用状态的标准时，应力是一个非常重要的检验指标。石油在生产和运输过程中，必须通过石油化工管道输送，化工管道的强度和承载力将直接影响到石油运输是否安全和及时。化工管道应力大小，也将直接影响到化工管道的维护工作，影响到化工管道的维护工作效率。在化工管道的初始测量中，必须严格地进行最大缺陷深度、最大缺陷长度、最大延伸长度的计算。这些基本资料，将直接关系到化工管道的维护。海底石油管道最大使用操作时，由于特殊的环境条件，管道上承载的压力值不稳定，将会对管道的维护安全产生重要的影响。在检修时，应尽量减少管道的承压，保障压力稳定，以防止检修时发生重大安全事故。在保证工作压力相对平稳后，应将化工管道中的防腐绝缘层等杂物清除干净，确认无误后再继续使用。与此同时，在热胀冷缩的影响下，化工管道也会因此发生位移，从而影响到管道的正常使用。

3石油化工管道应力设计的要点探究

3.1重视柔性设计的应用

石油化工管道本身具有柔性特性，当其弹性系数达到一定的要求时，能够更好地体现出良好的适应性，有助于增强石油化工管道后续应用稳定性，这也就需要设计人员高度关注石油化工管道的柔性设计要求和特点，促使其可以发挥出最优作用价值。在石油化工管道的应力设计中，应充分考虑管道本身的热胀冷缩特性，从而保证化工管道在未来的输送过程中能够适应不同的环境条件，从而避免在环境温度的影响下发生严重的断裂。毋庸置疑的是，石油化工管道的设计除了要注意管道本身，还要注意适当地使用相应的支架，以达到更好的适应性效果，避免疲劳损伤问题，从而有效地应对各种变形情况。这就要求设计者具有高度的柔性设计思想，并将其与具体的设计方法、任务目标相结合，从而使管道的设计更加合理，达到更好的应力设计效果。

3.2合理选择管道材料

在石油化工管道的应力设计中，从化工管道本身的材料着手进行优化是保证化工管道安全可靠运行的一个重要环节。因此需要设计人员对管道的材料合理选择进行科学的甄别。在选择石油化工管道的材料时，要注意全面地分析各种材料的作用机理和影响，以便从中选出最合适的输送介质，保证管道的长期使用。目前，石油化工管道可选用的管材种类日益增多，设计者应对其各项关键指标进行全面的评价和分析，并尽可能地避免不适用于管材的使用。比如石化管道的膨胀系数，与后续的应力效应有很大的关系，必须根据应力的作用机理，对其参数进行合理的选择，才能保证它在热胀冷缩过程中保持良好的稳定性，从而避免因变形而造成严重的安全事故。除了要注意膨胀系数，还要注意泊松比、弹性模量、弹性系数等因素，以便对石油化工管道的性能进行全面的评价和判断，从而避免发生严重安全事故。

3.3进一步优化管道布设

管道系统的优化布设能够通过科学的管道动线设计增强管道系统整体的适应性，增强其对多样化应力的良好应对效果。故此，管道的设计人员应结合石油化工的产业特点，根据整个项目具体的应用需求，确保石油化工管道系统的设计能够为输送服务，满足企业的应用需求。根据这一理念，石油化工管道布局的优化必须充分考虑各管道的走向，从而使石油化工管道的系统方向更加合理、清晰，特别是在某些弯头部位，必须对化工管道的连接方式进行合理选择，以保证石油化工管道减少因管道拼接而带来的使用问题，从而提高管道的应力响应能力。一般情况下，为使石油化工管道的应力设计达到最佳，应尽可能地将管道的方向设置成L形，这样既能有效地减少管道中的弯头，又能保证管道的长度，提高石油化工管道的使用寿命。

3.1合理计算施加预应力

由于受各种外界因素的影响，石油化工管道在使用中会发生变形，采用预应力可以有效地解决这一问题，比如应用石油化工管道的冷拉处理，就可以针对该问题进行有效应对，达到减轻管线应力破坏的目的。与此同时，化工管道的预应力计算必须符合有关的规范。在计算管道应力的时候，必须考虑到各种工况的风险，也就是管道的压力和压力之间的关系。在对管线进行应力分析时，通常采用合理的软件综合测量方法，对管线的力学特性、静力特性进行了全面的测量。在此基础上，根据有关的管线规范进行设计。在设计过程中，还需要对钢管的厚度和压力进行计算，以降低管线在应力作用下发生断裂等问题，以确保各项参数都满足规范的要求。

4结语

应力设计是石油化工管道设计中的一个关键环节，是在合理的计算基础上，对石油化工管道的受力进行分析，以保证石油化工管道与其他装置的连接安全。为改善石油化工管道的应力设计，应注意管道系统的柔性设计并对管道系统的布设进行优化，选用合适的管道材料，并将支吊架和预应力相结合，从而有效地改善石油化工管道应力设计质量，保障管道系统的使用价值与安全性能的发挥。

参考文献

[1]王峰.基于应力分析的化工管道柔性设计分析[J].盐科学与化工，2022，51（09）：51-54.

[2]张世伟，黄闪闪.管道设计中应力管道的柔性分析[J].化工管理，2022（19）：151-154.