1.王国营 2.吴跃友
1.河南省巩义市
2.贵州省清镇市
摘要：管道在石化工业中占有重要地位。它是化学工业的生命线。没有管道建设和设计，石油运输是不现实的。常见的石化管道设计工作非常复杂，本文从应力分析和管道柔性设计两方面入手，为石化管道的安全可靠性提供保障。
关键词：石油化工；管道设计；应力分析；柔性设计
1管道应力简述
1.1管道应力分类
管道经常受到各种外部压力的影响，不仅受到热负荷的影响，而且还受到机械负荷的影响。由于管道的不同，管道的不同区域，在外界压力的作用下，管道会产生不同性质的应力。管道应力主要包括以下几类。一是原生应力。在冲击载荷和内压作用下，管道会产生剪应力和法向应力，即主应力。一次应力与外力平衡，防止管道变形。如果为了平衡外力而使外力超过极限，管道将因塑性变形而损坏。因此，应留有足够的余量，以确保材料不会屈服。一是次生应力。在外压作用下，管道会发生变形，变形会将材料粘结在一起。在这种情况下，管道的剪应力和法向应力是次应力。二次应力主要是协调变形产生的应力，不能与外力直接平衡。二次应力是自限的，只要发生较小的塑性变形，二次应力就会减小。交变次数的多少将影响次应力的定义，交变的范围将直接决定次应力的范围。一般情况下，管道承受反复的二次应力，导致疲劳破坏。第三类是峰值应力。所谓峰值应力就是最高应力。当荷载突变时，当管道结构突变时，局部应力不会迅速集中，产生峰值应力。峰值应力通常出现在管道的弯头、气孔和焊缝处。
1.2管道应力分析目的
管道应力分析主要是解决各种问题，保证管道的安全可靠。例如，管道的强度和振动需要通过受力分析来解决。同时，管道应力分析可以为管道布置提供科学依据，为管道安装提供科学参考。具体而言，管道应力分析的主要目的如下。一是确保管道设计符合安全要求。石油化工管道对安全有着更高的要求。根据我国国家有关规定，管道的安全性能主要从密封性、耐腐蚀性和抗压强度三个方面进行评价。抗压强度主要通过管道的应力分析来实现。二是确保设备运行安全。石油化工管道通常输送易燃易爆物品。管线布置必须科学合理，确保装置运行不存在任何隐患。在管道布置中，如果不够科学，就会出现管道受力问题，带来安全隐患。
2柔性设计工作环节
当管道本身的应力满足标准规范要求时，管道的柔性不足导致法兰泄漏，管道对设备喷嘴的推力（力矩）不满足设备供货商的要求，或管道对结构梁的推力过大，导致管道或设备在运行中存在安全隐患，甚至发生严重事故。
2.1柔性设计的作用
当管道膨胀冷却时，会对连接的机器、设备和土建结构产生作用力。
相反，机器、设备和土建结构也会对管道产生反作用力，使管道产生应力。当管道系统刚度较大时，推力和应力也较大，可能造成管道和土建结构的损坏，影响机器设备的正常运行。
2.2基本柔性设计要求
管道设计应使管道具有必要的柔性，满足以下要求：管道应力在标准规定的允许值范围内，即二次应力满足要求；管道对所连接设备的力和力矩在设备供货商允许的范围内，不会引起管道连接机械设备的过大应力或变形；管道对法兰的力和力矩不会引起介电应力，管道推力或力矩不会引起造成管道支吊架损坏。在实际管道柔性设计规程中，还应考虑：管道温度应小于或等于-50℃或大于或等于100℃；设计温度和管道布置时应考虑柔性管道的直径范围，应根据具体情况确定；有外力位移的管道应考虑柔性设计；与敏感设备连接的管道，如离心泵、汽轮机等设备。石化管道设计的多角度应力分析完成后，有必要在应力分析的基础上制定相应的柔性设计方案。具体部位应包括以下内容：管道最大应力的位置和值，相应的允许值及两者的比值；支撑点、弯头、接管等关键部位在冷热状态下的位移；冷热状态下支撑点在冷热状态荷载下的位移；计算确定的弹簧支撑数据表，包括支撑点的位移和荷载。
2.3提升管道柔性的方法
可通过以下方法增加软管。设计者可以先改变管道原有的几何布局。与以往传统的输油管道相比，如果输油管道弯头较多，其走向就更加复杂。因此，设计人员需要增加点对点管线的数量，以提高整个管线系统的灵活性。但设计师需要注意的是，无论是应用三维空间设计还是二维平面设计，都不能改变管道的两端，只能改变管道的几何布局。支撑管道时，可采用弹簧式支撑。有了这种支撑，管道支撑系统可以更加稳定。这种支持在管道系统的建设中起到了很大的作用。它还可以限制支撑点释放后管道的垂直位移。弹簧式支架虽然有很多优点，但如果在管道系统中使用，如果这种支架使用过多，仍然会对管道的稳定性产生不利影响。设计师也可以添加伸缩缝。当不能通过增加弯头数量和延长管道长度来解决管道稳定性问题时，可以通过伸缩接头使管道更加灵活。但由于伸缩缝造价高，使用方法复杂，不提倡这种柔性设计方法。
结束语
当管道本身的应力满足标准规范要求时，管道的柔性不足导致法兰泄漏，管道对设备喷嘴的推力（力矩）不满足设备供货商的要求，或管道对结构梁的推力过大，导致管道或设备在运行中存在安全隐患，甚至发生严重事故。因此，有必要充分考虑高温、大口径和敏感设备附近管线的灵活性。
参考文献
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