如何正确分析化工管道设计中的管道应力

2022-09-12

近几年来, 我国对化工管道的大量需求, 使管道设计技术水平日益提高。在工厂设计的过程中, 管道的设计是最主要的环节。而在化工管道设计的过程中, 最重要的一个步骤就是分析管道的应力。化工管道的应力分析是化工管道设计的基础。只有计算出化工管道的应力, 才能开始化工管道的设计。因此, 我国对化工管道应力分析越来越重视, 以此来节约项目的成本和提高项目的效率。

1 化工管道应力的分类

应力就是在单位面积上, 物体在联系介质力学的作用下所承受的作用力。其概念强调的是在单位面积上物体承受的附加内力。因此在设计化工管道的过程中, 要注意的是管道不能在载荷作用下, 出现热胀冷缩、位移或持续外载等会使应力过大的情况, 防止化工管道在作业的过程中出现塑性变形。这就需要在设计化工管道时对管道的应力进行严密的计算和分析, 最终以管道的应力数据来选择化工管道的材料。而化工管道的应力一般分为三种, 依次为一次应力、二次应力和峰值应力。下面笔者就来介绍这三种不同应力的特点。

(1) 一次应力一般是由于外在赋予的荷载而形成的, 比如重力或压力这种外在的作用力。一次应力具有非自限性, 也就是说, 一次应力不能有化学管道自身的抗压性而抵抗外在作用力, 使化工管道自身承受重力或压力等巨大的外在作用力。同时, 一次应力能够满足外加荷载所需求的承受力, 从而达到应力与外加荷载平衡的目的。而当化工管道的材料达到承受最大力极限时, 化工管道极容易因为材料承受过多作用力而产生塑性变形, 以致管道损坏。因此, 当化工管道承受风载荷、水冲击、地震震动等自然因素影响时而承受载荷时所产生的应力都应该属于一次应力。

(2) 二次应力的化工管道荷载应力类型也是在化工管道作业中比较常见的一种。二次应力一般是由于化工管道材料由于受天气、温度或其他影响而产生的热涨或冷缩而产生的。与一次应力相反的是, 二次应力本身是具有自限性的, 换句话说就是当化工管道材料的载荷超过承受能力的极限时, 管道的局部地区会由于承受不住外在赋予的载荷而发生小区域的塑性变形, 但是在发生塑性变形的一段时期之后, 化工管道又能根据自身的张力而平衡自身所承受的应力, 从而使管道承受的应力分布均匀, 将塑性变形的区域的应力分散, 以保障管道不受损坏。

(3) 峰值应力是指由于化工管道的部分零件松动或脱节和局部的热力效应的影响而增加到一次应力和二次应力上的附加应力。峰值应力与一次应力与二次应力不同的是, 不会对化工管道引起明显的塑性变形, 但是会使化工管道从内部结构上慢慢出现裂痕, 不断积累裂痕的量变, 最终达到质变, 造成管道的损坏。因此, 峰值应力产生的原因主要是人为破坏和零件的损坏。

2 化工管道降低应力的方法

由于化工管道在工厂中具有重要作用, 因此, 严格意义上讲, 化工管道需要全部进行应力分析, 并根据管道的温度、口径、压力、壁厚、所连接的设备的荷载要求等方面来确定降低应力的方法。下面就介绍几种目前我国设计化工管道是应用较多的化工管道降低应力的方法。

(1) 增加管道的柔韧性这种方法是在化工管道的材料上进行改革。运用比较柔韧并抗压能力强的材料, 使化工管道的硬件设施更加完善。在挑选化工管道材料时, 尽量选择比较柔韧并且不易出现裂痕的材料, 这样会使化工管道承受峰值应力的能力增强, 从而达到不易损坏的目的。同时, 要对化工管道的走向进行优化, 选择简单、弯度小、悬空的线路, 用指甲来固定化工管道。这样可以使化工管道少受自然因素的影响, 减少一次应力的作用力, 还能有效地减少工程造价。

(2) 利用冷紧的方法采用冷紧的方法就是利用一部分的化工管道的热应力来使化工管道的局部实现热胀应力, 在化工管道的热态下, 对其某一区域进行集中的推理与力矩, 以达到减少区域的应力。这种减少应力的方法可以有效地防止化工管道的弯度过大而导致的泄漏现象。

(3) 设置管道支架化工管道容易损坏的一个原因就是承受的重力作用力过大。因此, 想要减少化工管道承受的应力, 就要先减少化工管道承受的重力。这时, 就可以利用管道支架来减少化工管道承受的应力。在选择管道支架时, 要注意到支架的材料、性能和承重能力。尽量选用高密度、高硬度、高抗压度的材料, 设置在化工管道的弯处, 以减轻管道弯路的应力。

3 结语

总而言之, 在化工管道的设计过程中, 最重要的莫过于对化工管道应力的分析, 而分析化工管道的应力并不是最终目的, 最终目的是把分析的结果有效地运用到减少管道应力中。化工管道是工厂运行的重点, 偷工减料的化工管道很容易造成化学试剂和有毒物质的泄漏, 后果将不堪设想。因此我国在加强对化工管道应力分析技术研究的同时, 还要对化工管道的建设进行严格的监管, 使化工管道的设计技术更上一层楼。

摘要：在工厂设计的过程中, 化工管道的设计是一个重点部分。化工管道的设计是一项十分复杂的作业, 设计人员需要对压力容器和化学试剂等化工材料有一个详细了解才能进行化工管道设计。过程中最主要的两个方面就是材料的应用和管道的应力分析。应用材料的质量通常是固定的, 因此, 我们最应该注意的就是化工管道设计的应力分析。本文主要对化工管道设计中的管道应具有的应力进行提问, 探究化工管道的设计要点, 最终得出在工厂设计中化工管道的应力。

关键词：化工管道,设计,管道应力