压力管道应力分析的内容及特点

2022-12-05

1. 前言

压力管道的应用范围非常的广并且应用的场所都比较的重要, 压力管道主要扮演着运输物质的角色, 主要应用在石油化工、天然气体、电力工程、冶金工程等重要的大型建设工程中, 运输或者供给原料满足某种需求。由于压力管道的应力受到整个管道系统和外界环境因素的影响比较大, 当然也会受到流体的流动因素影响, 这就增加了应力分析的复杂度, 压力管道的应力分析必须将管道实际运行的情况尽可能的模拟准确才能得到接近实际的正确的分析结果。

2 压力管道应力分析的内容

作为压力管道应力分析中的做基本的认识就是要分析清楚应力的种类, 根据应力的种类特点, 针对性的采取措施减小压力管道的应力, 根据压力管道受到的应力的强度大小以及应力的作用范围和方向, 大致可以将压力管道的应力分为一次应力和二次应力以及峰值应力。压力管道应力分析的主要内容就是分析的任务的分配、工作流程、管道应力的分布、应力的种类、影响应力的因素以及管道材料的承受力的大小等等。其中的应力的种类是最重要的, 了解掌握以及快速分析应力的种类是作为设计工作的最基本的技术要求。

2.1 一次应力

造成产生一次应力的原因主要就是由于压力管道受到外载荷, 而压力管道受到外载荷的主要原因就是受到了重力、介质压力或者是风压等外界力的影响, 根据受力平衡定力可知道一次应力的大小与外界力的大小相等, 会随着外界力的改变而改变, 因此一次应力具有无自限性的特征所以一旦当外界力无限增大的时候压力管道受到的应力就会无限制的增大, 从而使得压力管道出现裂纹或者变形, 但是压力管道的应力方向却与外界力的方向正好相反。由于外界力对压力管道的方向是不确定的, 造成应力的分布范围是不一样的, 可以根据压力管道受到一次应力的作用范围分为一次总体薄膜应力和一次局部薄膜应力以及一次弯曲应力, 造成压力管道出现破裂和变形的最要原因就是因为受到了一次应力, 压力管道受到的一次应力的大小一旦超过了压力管道材料的塑性变形值的时候这种情况就会发生, 从而导致压力管道运输的流体损失和影响到工程项目正常运行。因此为了避免出现一次应力大于管材的塑性变形值, 需要严格控制压力管道受到的外界力的以及在选取压力管道的管材的时候确保管材的塑性变形值足够的大于外界力。

2.2 二次应力

由于流体会像气体一样, 体积大小会受到温度的影响, 由于压力管道的变形性相对液体来说非常的小, 当压力管道受到高温或这低温的时候, 会产生热胀冷缩的现象, 以及与压力管道相连接的设备由于温度等原因产生初始位移, 这些情况下由于管道产生的变形受到设备管口、土建结构等外界条件的约束, 就会产生应力, 而二次应力就是由于热胀冷缩和附加位移等引起的。二次应力与一次应力最本质的区别就是, 一次应力具有无自限性的特点而二次应力却相反。并且二次应力不会因为外界力的大小而改变, 一旦外界力造成管道局部出现屈服的现象的时候, 管道发生变形直至一次应力与外界力平衡, 二次应力也不会受到影响。在压力管道的塑性变形值很大的前提下, 当压力管道初次受到荷载的时候, 二次应力不是造成压力管道破坏的原因, 当压力管道受到的荷载经过多次变化后造成压力管道的塑性变形值逐渐降低出现管道疲劳破坏的现象的时候, 二次应力对压力管道就会造成关键性的破坏, 二次应力对管道造成破坏不是在一次应力造成破坏的时间上的限定, 而是由于交变的应力以及循环次数。

2.3 峰值应力

峰值应力主要就是局部范围的管道受到的应力, 并不是压力管道受到的最大的应力值, 由于压力管道的形状是非常复杂的, 会出现急转等形状突变的情况或者受到的荷载突然的发生变化从而造成压力管道受到峰值应力, 造成出现峰值的原因与压力管网中的仪器设备的构型事业有关系的, 峰值应力不会再成压力管道出现变形和破裂的情况, 只会当压力管道出现疲劳受力的时候这时候一旦出现峰值应力就会造成压力管道出现破裂。

3. 压力管道应力分析的特点

现阶段随着我国科学技术的不断发展以及在压力管道应力分析上技术水平的不断提高, 使得在对压力管道的应力进行分析的时候更加的清楚以及解决办法也逐渐有效, 但是仍然还是与发达国家在压力管道应力处理上存在着差异, 造成差异的主要原因就是因为缺乏规范的校核原则。在对压力管道的应力进行分析的时候设计人员往往会忽视对一次弯曲应力以及局部薄膜的应力分析, 不能全面的了解一次应力的受力和产生原因, 这就会导致分析压力管道应力数据的时候出现差错, 导致后期工作人员以来的数据报告出现错误, 进而影响到压力管道的正常运行。分析压力管道的一次应力就要是为了避免压力管道出现坍塌和管道还未运行就出现破裂, 而分析压力管道中受到的二次应力就要是为了避免压力管道在使用过程以及在高温和低温变化过程中出现管道涨裂以及凹陷的情况, 影响到压力管道的正常运送流体, 分析峰值应力的就要是为了在突变管道的部分防止出现管道破裂。

4. 结束语

由于我国正处于发展中国家的行列之中, 工业化的建设正在如火如荼的展开, 各类工业建设中都会涉及到压力管道的使用。尤其是化工类的流程工业工程中, 由于需要大量管道输送介质物料, 形成完整的生产系统。因此, 在工程建设的设计阶段, 管道设计是非常重要的工作, 而管道设计中的应力分析会关系到管道的质量安全, 作为介质物料运输的载体, 管道的质量安全非常的重要, 针对压力管道的应力进行分析是非常关键的, 分析清楚了应力产生原因以及分布情况, 可以在解决处理管道应力问题的时候更加的有效。

摘要：在管道设计工作中最重要的一个环节就是对压力管道所受到的应力进行受力分析。依照《工业金属管道设计规范》要求, 需分别从配管、管道材料以及管道应力出发, 进行管道设计。由于压力管道受到的各种荷载比较的复杂, 在对压力管道进行应力分析的时候就会造成难度, 给管道设计工作带来阻碍, 并且生产运行过程中管道质量安全主要就是由于存在应力引起的, 针对管道应力进行分析寻找解决办法是非常重要的。探究压力管道的应力分布和特点可以为管道设计、管材选取以及工程项目建设等过程提供可行性的信息数据, 从而保证与管道自身何与其连接的设备及土建结构的安全, 乃至整个生产运行的安全, 提高压力管道的使用价值。

关键词：压力管道,应力,内容,特点