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摘要：在化工设计中最为重要的部分就是管道设计，作为化工运输的载体，管道的安全工作是化工运输安全的基础，而管道应力对管道安全有着直接的影响，所以，设计人员只有仔细分析管道应力，设计出完整的方案，才可以保证化工作业的安全进行。本文就对化工设计中的管道应力进行分析。
关键词：化工；设计；管道；应力
管道设计的基础与管道应力的计算，其主要分析的是在各种不同荷载作用下所形成的应力、力矩和力，以便于提高所设计管道的经济性、科学性和安全性。如今，管道应力分析在材料规划、优化设计和安全生产等方面都起到了非常重要的作用，并且在电力、化工、石油等燃化工业管道设计中有着非常重要的地位。
1、管道应力的相关概念
在外力作用下，构件发生变形，这说明构件材料内部在外力作用下变形时原子间的相对位置产生了改变，同时原子间的相互作用力（吸引力与排斥力）也发生了改变。这种力的改变量称为内力。内力是沿整个断面连续分布的，单位面积上的内力强度，即应力。化工产品在进行运输时，主要的运输介质就是管道，但是石油化工产品的化学性质存在一定的特殊性，对管道应力的要求极高。对管道进行应力分析和计算，就是研究管道在各种荷载作用下产生的力、力矩和应力，从而对管道做出安全性评价，并满足所连设备、支吊架和土建结构对管道推力的限定，使设计的管道尽可能经济合理。
2、化工企业管道应力的分类
管道受到外在的应力超过了材料自身所能承受的最大限度时，管道材料就会发生变形，另外，管道受到持续的外荷载力或者高温的影响时，管道材料的内部结构会被破坏，导致管道应力发生变化。但是，不同的管道应力所产生的效应也会有所差别，根据不同应力对管道产生的破坏，需要采取的处理方法也不太一样，一般情况下，把管道应力分为三大类，分别是一次应力、二次应力、峰值应力。
2.1一次应力
一次应力指外在的重力、压力或者外在的荷载对管道产生的应力。一次应力没有自限性，当外在附加的荷载增加时，一次应力也会增加，两者之间存在一定的平衡关系，但是压力所产生的作用效果就不一样，当压力超过了管道材料自身的承受力时，管道会发生塑性形变而被破坏。因此，可以得知一次应力主要是由于外在持续的荷载而产生的，管道所承受的持续外荷载大多数是介质的质量、介质的内压以及管道本身的重量等引起的。
2.2二次应力
二次应力主要是指管道系统在一些不确定的因素下发生塑性形变时，用来对抗这种塑性形变所产生的力，比如说，在管道热胀冷缩或者管道发生位移时就会产生二次应力。与一次应力不同的是，二次应力具有自限性，而且不能根据外加的荷载力增加而增大，它可以通过自身的塑性变形来降低管道应力，二次应力的好处就是可以当外在的荷载超过自身承载能力的时候，管道不会变形，自身的特性有效地减少了荷载的危害。
2.3峰值应力
峰值应力就是两次应力之上的增量，峰值应力的作用并不显著，在一些方面基本用不到，但是也不能忽视。峰值应力通常会在焊接没有干透的地方出现，如果处理不好，会在管道上形成一些裂缝，经过日积月累之后，会造成脆性地损坏。
3、在化工管道设计中如何降低应力
（1）运用冷紧的方法，这一方法的依据是化工管道的热应力。化工管道的热应力会在局部出现热胀冷缩的情况，从而将推力和力矩集中于化工管道某一局部区域，从而降低了这一区域的应力，这一方法能够有限避免管道产生过大弯道导致泄漏情况的发生。（2）给化工管道设置支架。
支吊架在管网体系当中发挥着关键的作用，支吊架的选择和安装的合适性在应对一元应力、降低管道系统震动与二元应力等各方面都具有重要的意义，而如果支吊架的选取或者安装不合适，则会因为负担不起管网的重力等负荷而导致管网的一元应力发生超过标准的情况。并且，支吊架的合理安装对把控管道体系的塑变以减轻管网二元应力与装置承受的管网压力也有明显的效果，给管网与装置的稳定运转提供有力保护。同时，对于给往返式设备的振动管道安装支吊架而言，还可以有效降低管网振动。而安装支吊架时，应满足在管网所能承受的最大范围之内的要求，在装置的管口就近处安装，在有集中负载时应抵近负荷安装，而往返式压缩机应独立安装支吊架并和其他建筑分隔开。（3）加大化工管道的柔韧度。其原理是如果化工管道的材料具有一定的柔韧性并且具有足够的抗压能力，那么化工管道就会更加坚固，所以，要选择具有较强柔韧度并且不容易出现裂痕的材料来制作化工管道，这样才能够增大化工管道的峰值应力，降低化工管道损坏的概率。除了通过在化工管道的材料选择上加大化工管道的柔韧度，还可以通过设计化工管道来加强其柔韧性，在进行化工设计的时候，只要使得线路尽量悬空、弯度尽可能小并且有简单的走向，也就是在最大程度上减少化工管道与自然的接触，也能够在很大程度上帮助化工管道增强柔韧性，同时可以减少工程造价，降低成本，使得收益最大化。
4、进行详细应力分析管道的确定办法
在管道系统中确定管道是否需要进行详细的应力分析，并且选择真正需要的管道进行详细的应力分析是非常重要的，如果对全部管道都进行详细的分析，从实用性角度来说没有必要，增加成本的同时还可能会让负荷过重的工作人员在对重要的管道进行应力分析时，由于体力不支精神不佳出现失误，从成本控制的角度来说，这种行为拖慢了工程进度，浪费了人力资源以及时间成本。而如果对过少的管道进行详细的应力分析，则会导致对管道系统的分析不彻底而出现失误造成工程损失。因此，针对这一问题，应该通过温度、管径、以及与管道连接设备的重要性三个指标来选择进行详细应力分析的管道。通常来说，管径越大、温度越高、设备越重要的管道越应该进行管道应力的详细分析。
5、管道应力的分析及应用
5.1 静力分析与动力分析
对管道材料的衬里与冷箱等处的应力分析是必不可少的，由于当下材料市场中的管材种类繁多，其不同管道的应力程度也各有不同。在应力情况方面，其管道的受力负载有动态与静态之分，不同情况的负载产生的管道反应情况也有所不用。静力的内容包括对一次应力值分析而得出的管道基本应力值，再通过对这一应力值的合理推算，设计出符合数值的管道走向关系。以及管道受二次应力影响后能够发生的数值变化范围，都有着严格的标准可以进行数值参考，对于管道周围的设备作用力，管道静力分析而得出的相应内容，都可以防止因材料皮损造成的经济损失。
5.2借助计算机软件进行应力分析
计算机技术以及智能软件的快速发展使得之前许多比较复杂艰难的工作变得简单起来，计算机软件技术也能够应用在管道应力分析中。通过计算机软件技术来编写相应的管道应力分析软件就可以作为辅助分析手段来完成对管道的应力分析，同时还可以在计算机上通过模拟软件对管道的实际工作条件进行模拟，这样的模拟分析可以在一定程度上减少在实际的管道工作中出现问题的几率，进行模拟分析也有利于减少管道设计中的成本损耗。借助计算机技术进行应力分析的方法属于精确程度比较高的分析方法，一般应用于管道容量较大同时精确度要求很高的管道设计中。
6、结语
化工管网应力研究与计算是管网规划的根本，而管网的规划是化工厂规划的重中之重，管网的规划对整个工厂的安全运行有着举足轻重的作用，其中管网应力的计算和研究发挥着决定性的基础作用，因此，需要注重工厂规划中的管网应力研究与计算，为降低规划难度、收缩规划期限和提升规划质量打下了扎实的基础。
参考文献：
[1] 周晓庆.化工设计中的管道应力的探讨[J].化工管理.2019（18）
[2] 肖豪，王金苹.化工设计中的管道应力分析[J].化工设计通讯.2019（05）