如何正确分析化工管道设计中的管道应力.docxVIP

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如何正确分析化工管道设计中的管道应力

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摘要：管道应力的正确分析,其是化工管道设计当中的一个关键环节,化工管道的设计,它是整个化工工厂设计当中一个非常重要的部分,所以,为了可以有更清晰、明了的方法，将化工管道应力分析这一相关方面的设计呈现给同行业者参考,本文笔者将对化工管道设计中管道应力方面的相关内容进行了详细的论述和说明。

关键词：化工；管道设计；应力分析

1应力的分类

管道在连续的外载荷、内压、热胀冷缩等位移作用下，管道的最大应力往往超过材料的承受范围，这就会导致材料在工作状态下出现塑性变形。此外，高温管道的应力松弛和蠕变也会改变管道系统的应力状态。不同的压力应该被区别对待，根据它可能产生的影响和它对损害的影响，其均作出不同的限制。管道的应力分析一般分为三类:一次应力、二次应力和峰值应力。

在管道应力分析和设计过程中，需要注意管道布置问题。为了提高应力分析和设计的便利性，工作人员可以调整管道空间的方向和支架的数量，选择科学的管道连接支架形式，尽量避免管道热胀冷缩的泄漏现象。一旦管道柔性不够，当推力过大时，设备可能变形，管道支架可能移动，最终导致管道断裂，所以要注意管道布置的合理性。此外，为了判断管道的柔性是否达到标准，需要对管道的应力和力进行分析，可以从三个方面来确定。首先，在内部压力和外部压力的作用下，管道会出现一次应力。主应力应大于材料所要求的应力。一般情况下，一次应力只能通过按规定选择管道来承担。当出现持续的外部应力时，管道也可以依靠吊架的支撑来抵抗外力。其次，管道在冷胀收缩时会产生二次应力，应小于材料膨胀的许用应力承受范围。当管道的二次应力超过范围，且一次应力小于管道所要求的应力时，可将一次应力加到许用应力中，以提高许用应力范围。第三，对于气动机械、汽轮机等机械管道，管道出口的出水口的推力和扭矩可在厂家规定的允许范围内。

2进行对管道应力的分析

一般来说，管道的应力分析主要包括两部分，即静力分析和动力分析。(1)抗疲劳损伤管端部附加位移或热胀冷缩产生的二次应力计算;(3)反支撑提升点位移过大，管道发生碰撞时，计算管道系统位移;(4)管道支架、吊架的应力计算，为支架、吊架的设计提供可靠依据;(5)管道法兰抗泄漏受力计算;(6)计算管道对机器和设备施加的力，以保证机器和设备的正常运行。动态分析包括:(1)管道系统的自振频率分析;(2)对管线进行地震分析，防止产生过大的地震应力;(3)控制压力脉动值的往复式压缩机压力脉动分析;(4)具有对空共振的往复式压缩机的气柱频率分析;(5)控制应力和振动的管道强迫振动响应分析。

3管系受力状况的改善措施

在工厂的设计过程当中，管道的设计有着非常重要的位置，以确保工厂的运行质量，因此，这就要求化工管道设计不仅要符合流程规范的要求,与此同时也要确保设备、管道、机泵及配件都保持在最佳状态,这样，才可以长时间的安全运行,另外，还应充分考虑应力情况,采取有效措施改善管道的应力状态，在设计和施工的过程当中可以从以下几个方面着手:

3.1通过增加管道的柔性改变

通常情况下，在管道的设计过程当中，管道的柔性可以反映变形的难易程度，通过改变管道的走向、选择弹簧支吊架或波纹管伸缩缝来增加管道的柔性。首先,改变管道方向可以根据管的长短度来决定，在两个固定的点位上增加管柔性原理,如果管系的任一方向出现过硬的情况，可以增加和它垂直方向管道的长度，从而增加管道的柔性，改变管道方向具有投资少、运行可靠、操作简单等一些特点。通过使用弹簧支座和吊架，通过支座和吊架的垂直位移来放宽约束，从而增加管道系统的柔性。如管径较大，受场地限制，可选用波纹管伸缩接头，特别是低压大口径管材更加的合适。然而，由于制作成本高、工艺复杂，尚未被广泛应用。

3.2合理选用支吊架并正确设置管道支吊架

支吊架在管道系统当中起着非常重要的作用，因此，在选用及设置支吊架的过程当中，不单单要满足一次应力，与此同时，二次应力与减小管系振动方面都具有至关重要的意义,如果支吊架的选择或设置不合理,就会由于其承受不住管道的重量等原因，造成一交应力的承载力超标。此外，合理设置支架和吊架对控制管道系统的变形也有显著的效果，可以减少管道的二次应力和设备所受的管道推力，为管道和设备的正常运行提供有力的保障。同时，往复机械振动管道中支座的合理设置可以有效地降低管道的振动。支架和吊架的安装应满足管道允许的最大跨度要求。应设置在设备喷嘴附近。当集中荷载存在时，应尽量靠近荷载布置。

3.3采用冷紧的方法进行降低

在操作开始时，冷拧紧方法可以减少末端的推力和扭矩。通过将部分热应力集中在管道的冷态，热膨胀应力可以降低管道热态端部的推力和扭矩，防止因