石油化工管道應力設計研究
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摘 要：在化工業的快速發展下，人們對于石油化工企業當中管道結構設計也更為重視，在石油化工類企業當中管道結構設計向前發展中，管道結構應力分析質量也在不斷提升。而在石油化工產業向前發展中，也需要通過高質量的管道結構設計保證石油化工類企業的穩定發展。
關鍵詞：石油化工；管道應力；設計
1 管道應力分類
在內壓、連續外載荷、熱膨脹、冷收縮等位移載荷作用下，管道的最大應力往往超過材料的屈服極限，導致材料在工作條件下發生塑性變形。此外，高溫管道的蠕變和應力松弛也會改變管道系統的應力狀態。應根據不同類型的應力進行不同的處理，并根據其可能的影響和對失效的不同影響給出不同的限值。管道應力一般分為三類：一次應力、二次應力和峰值應力。
1.1 一次應力
主應力是由外部載荷引起的，如壓力和重力。主要應力的特點是非自限性，滿足與外部載荷的平衡關系。隨著外部載荷增加，其強度增加，沒有自我—當材料超過屈服極限時，管道將發生塑性變形和損壞。內部壓力，自重和中等重量等連續外部載荷引起的應力是主要應力。
1.2 二次應力
二次應力是由管道變形的約束引起的，并不直接與外力平衡。二次應力是自限性的。當管道部分屈服并產生少量變形時，應力可以減小當二次應力過大時，管道會疲勞。在管道中，二次應力通常是由熱膨脹，冷縮和端部位移引起的。
1.3 峰值應力
峰值應力是由于局部熱應力（包括局部結構不連續或局部應力集中）的影響而導致管道或管件中的一次或二次應力增加。其特征在于它不會引起顯著的變形并且在短距離內從源衰減。這導致疲勞開裂和脆性斷裂。配件的小半徑角處的應力和焊縫的不滲透性是峰值應力。
2 管道失效及其應力分析
2.1 埋地管道及其應力分析
2.1.1 上埋式管道
在計算該類管道的應力時，主要考慮管道上方的垂直土荷載，綜合考慮消力拱高、土容重、管徑等因素。一般來說，埋地管道分為淺溝埋和非開挖埋。在計算應力的過程中，淺溝埋管過程中管道土的橫向壓力增大。
2.1.2 溝埋管道
主要是指溝槽的預挖掘。鋪設管道后，在回填前計算所需數據，包括溝槽頂部寬度，回填高度和側向土壓力值。應該注意的是，在挖溝過程中，根據管道的外徑預留一部分空間。在回填過程中，這部分空間將被回填，側向土壓力將隨著回填強度而變化變化。
2.2 穿越管道及應力分析
在橫管應力計算過程中，主要考慮管道重量，管材質量，附著重量，溫度應力以及支撐結構對管道的影響等因素。因此，溫度應力的計算是困難的。溫度應力是指工作條件下管道溫度與安裝溫度之間的差異。結合管道的膨脹系數和管道的彈性模量，在一定的溫度環境下結構應力可能發生變化。
3 石油化工管道柔性加固設計
3.1 管道柔性設計中的計算機分析方法分析
應使用計算機分析方法靈活設計以下管道：溫度高于400℃或低于-50℃的管道；進出爐膛和蒸汽發生器的高溫管道；高溫管道進出反應堆；蒸汽管道進出渦輪機；和出口管道。旋轉和出口離心壓縮機，往復式壓縮機；根據設計要求或SH/T3041-2016連接離心泵的管道。離心泵柔性設計方法的選擇決定了離心泵的靈活設計方法；其他設備的噴嘴有特殊的應力要求；簡化分析方法用于指示需要進一步詳細分析的管道。
3.2 管道柔性強化措施
為了加強輸油管道，可以改變管道的組裝布置方式，增加管道彎頭數量，改變彎管的實際方向，在設計階段增加大量點對點管道，提高管道的靈活性。在改變設計位置的過程中，必須保證管道末端的位置不變。在管道支護方面，設計人員可以選擇彈簧支護吊架，以有效地減小支護點對管道垂直位移的限制，但其應用并不廣泛。如果彈簧支吊架的使用范圍擴大，會影響管道本身的穩定性。在管道設計的特殊部位，設計人員不能通過增加管道長度和彎管數量來提高管道的柔性。管道直徑較大，或業主對施工工藝有特殊要求。設計人員可以通過增加膨脹節來提高管道的柔性。膨脹節價格昂貴，制造工藝復雜，成本增加，工期延長，在設計過程中應盡量避免。
3.3 注意事項
在實際設計工作中，管道溫度不應高于零下50℃，或不低于100℃，管道溫度的設計應結合管道實際值范圍的實際情況，在外力作用下增加管道的柔性，注意敏感設備與管道的連接，加強管道連接的科學合理設計。
4 結論
總之，管道應力分析與整個石化廠管道設計中管道系統的安全運行密切相關。了解哪些管道需要詳細的應力分析，如何對管道進行詳細的應力分析和靈活設計具有重要意義因此，管道應力分析在石化管道設計中起著重要作用。
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