摘要：管道应力分析是石油化工厂设备和管道布置的重要依据之一。本文基于对石油化工管道的理解，阐述了石油化工管道应力分为三类：一次应力、二次应力和峰值应力。同时，还进行了动静力分析，进一步提出适当增加管道的灵活性。在管网中安装设备等降低管道应力的有效措施，为提高石油化工管道的性能奠定了良好的基础。

关键词：石油化工;管道设计;应力分析;柔性设计

0前言

随着人类的发展进步，工业给人类的发展带来了巨大的帮助。但是，在工业化过程中，工业给人类带来便利的过程也带来了很多问题。其中，石化厂的安全是化工行业的重中之重。这是因为化工厂一旦发生事故，必然会发生大规模爆炸，不仅带来经济损失，而且严重危及人们的生命安全。因此，其设计安全是石化装置安全问题的根源。近年来，石油化工实际生产中因应力变化引起的安全事故占较大比例，引起了社会的广泛关注。在实际石油化工管道设计过程中，设计绘图从业人员应对石油化工材料管道的应力进行具体分析，消除应力疲劳造成的损伤，从设计源头解决问题，分析石油化工管道的应力，对使用安全起到一定的保证作用[1]。

1石化管道应力主要类别

1.1一次应力

对于石油化工管道，一次应力是指外载荷作用在管道上，在外力作用下产生的一定应力。一次应力不受限制，无法利用化工管网本身的抗压能力有效抵抗管道的外力，使石化管道承受更大的负担。换句话说，附加载荷与主应力成正比。同时，它还具有平衡性强的特点。但是，当压力水平不同时，其对管道的影响也有很大差异。当管道承受的外部压力超过其自身承载能力时，石油化工管道容易发生塑性变形甚至管道损坏[2]。因此，需要根据实际情况，根据不可抗力造成的不同压力，有效判断管道的压力值，并设计相应的缓解措施。

1.2二次应力

二次应力是指石油化工管道在温度、位移等不确定因素影响下的塑性变形。如果管道的二次应力是由热胀冷缩引起的，则证明它也与管道应用材料的性能密切相关[3]。在石油化工管道输送过程中，如果出现过载情况，很容易造成管道关键部位负荷过大，进一步升高管道表面温度，从而发生塑性变形。与一次应力相比，二次应力具有一定自我限制性，就是当外界荷载力度过大，且已经超出了管道承载的最大程度，会促使石油化工管道出现一定程度的塑变，但是一段时间过后，其可以通过自身存在的张力，进一步降低管道所承受的应力，并将其进行有效的均匀分散，切实避免了对石油化工管道进行严重损害，二次应力计算公式为SE=S1-S2=（Sb2+4St2）0.5，其中SE为二次应力，Sb为温度变化引起的弯矩产生的轴向应力，St为由温度变化引起的扭矩产生的剪切力。

1.3峰值应力

峰值应力是指增加到一次应力和二次应力之上，以达到最高应力值。一般是石化管道某些部位松动、脱落或过热造成的，并不明显。短时间内很难发现塑性变化的问题。峰值应力的产生会增加石化管道运行的风险，存在较大的潜在风险，如裂纹、脆性破坏等[4]。另外，峰值应力的逐渐加深会从石化管道内部出现开裂，和裂缝的数量和深度逐渐加深，最终会导致石化管道受损的风险。因此，在石化管道设计过程中，需要加强石化管道构件问题，最大限度地提高峰值应力的重要性。规避石化管道潜在风险是可能的。

2石油化工管道设计中管道应力分析内容

2.1动力分析

一是在石油化工管道输送化学介质的过程中，可以根据输送介质的不同，与实际石油化工管道运行工况有机结合。通过分析，可以有效地得到管道在输送介质中产生的固有频率，避免管道输送过程中的共振;其次，一般情况下，往复压缩机的应用对石化管道的应力影响较大。主要的影响方法是通过共振施加应力。因此，需要进行单独的受力分析，包括压缩机气柱的频率、压力动脉等，并在此基础上制定相应的预防措施，以有效降低共振危害;第三，在石油化工管道介质输送过程中，可能受到各种外力共同作用产生的应力作用，导致石油化工管道受迫振动。因此，有必要根据实际情况对石油化工管道受迫振动的原因进行深入分析，以有效了解和掌握其振动规律，为优化石油化工管道设计提供科学、高效的信息依据[5]。

2.2静力分析

一是石化管道在介质输送过程中，会遇到外界环境的影响，管道本身也会有一定的应力值。与其他化工设备连接会形成一定的反作用力。因此，需要根据实际情况而定。一是准确计算石油化工管道的一次应力值，以此为依据，将设备的控制能力和管道应力值控制在合理范围内;第二，如果石油化工管道出现位移现象，就会产生很强的结合力，在外界环境的影响下会产生二次应力值，如热胀冷缩、塑性变性等。因此，在石化管道设计中要多注意二次应力，应力范围应控制在以下数值公式中，φA=f（1.25φc+0.25φh），其中φA代表应力控制范围，和φc和φh分别代表热管在冷态和冷态下的许用应力，f代表由管道膨胀和收缩的总循环次数决定的应力折减系数;第三，石化管道受外力作用时，需要准确计算静载荷作用下的应力值[6]。在此基础上，会适当地产生一定的反作用力。因此，石化管道的应力值可以进一步进行科学设置，确保管道受力在可控范围内，有效防止石化管道在静力作用下管道关键部位发生塑性变形，确保化工生产安全有效。

3化工设计中对管道应力的分析

随着化工行业的不断发展，工厂企业的生产规模和生产效率发生了重大变化，对管道的要求也相应提高。由于科学技术和化工生产技术的提高，化工生产过程中的新设备逐渐增多，进一步增加了化工管道系统的负荷。因此，化工管道的应力分析非常重要。随着科学技术的发展和管道应力分析的深入，化工管道的应力分析也出现了不同的方法。

3.1目视检测管道应力

目视检查是一种分析在各种条件下接近的两条或多条管道的方法。管道的特性要求一般是它的灵活性。接近柔性的管道的应力可以从其他管道粗略推断。受力情况可以粗略计算出管道中受力的集中点。但毕竟这种方法没有专业的检测设备，只是经验之谈，仅限于更有经验的设计师。在实际应用中，管道除了具有柔韧性外，还会因其他因素而产生不同的受力情况。因此，这种检测方法的误差比较大，需要有较多工作经验的人员才能保证一定的精度。在进行应力分析时，工程师需要认清自己，不能随意使用这种分析方法。

3.2物理方法应力分析

在管道应力分析领域，有一些专业的物理方法。应力分析通过绘制管道图纸进行，并利用相关的物理手段，如公式计算进行分析。通过这样的计算分析，可以初步完成相应的受力分析，在一定程度上保证了管道的柔韧性要求。这种分析方法虽然只是一种比较初步的应力分析，但由于其精度高、分析过程简单快捷，具有很高的普及性和适用性，得到了广泛的应用。

3.3借助计算机软件进行应力分析

计算机技术和智能软件的飞速发展，将以前许多复杂、困难的任务简化了，计算机软件技术也可以应用于管道应力分析。通过计算机软件技术编写相应的管道应力分析软件，可以作为辅助分析方法完成管道的应力分析。同时，可以通过计算机上的仿真软件模拟管道的实际工况。在一定程度上降低了实际管道工作中出现问题的概率，而仿真分析也有助于降低管道设计中的成本损失。借助计算机技术进行应力分析的方法是一种精度较高的分析方法，一般用于管道容量大、精度要求高的管道设计中。

4基于管道应力柔性设计分析方法

4.1柔性设计的考虑范围

设计人员在柔性设计工作中需要考虑以下几点：（1）结合柔性管道的公称通径范围和具体情况，明确管道设计布局工作。（2）如果管道的外力较大，此时应提高管道的柔韧性。（3）注意连接敏感设备的管道。从多角度分析管道应力后，应在应力分析的基础上制定柔性设计方案，包括管道的最大应力位置、值及相应的许用值;冷热环境下的支撑点、管口等重要部位状态;弹簧支撑数据表等。

4.2柔性管道设计注意事项

一是增加补偿器补偿。对设备和工艺有特殊要求，则不能采用改变管道方向的方法。这时候在设计过程中可以考虑这种方法，但是膨胀节工艺复杂，成本高，一般不优先考虑。其次，选择弹簧支吊架支撑，减少其对垂直位置的限制，提高管道的灵活性。第三，改变管道的方向。这种提高管道灵活性的方法是最理想的设计方案。石化管道的两端保持稳定，无论是二维平面还是三维空间，还是两者的结合。改变管道的方向可以达到增加灵活性的效果。因此，当满足其他条件时，应首选此方法。

5石油化工管道设计的关键内容

5.1优化石化装置布局结构

为了实现石化装置的工艺管道设计逻辑清晰，能为日后的维修检查带来便利条件，这就需要优化石化装置的布局和结构。这个过程是为了保证石化厂内部建筑结构能够为管道的有序铺设提供一个规律的室内环境。在此基础上，还要保证各管道之间的距离符合安全运行标准，才能有效降低发生事故的可能性。

5.2防火施工

石化产品易燃易爆。为保证石油化工管道的安全稳定，必须符合国家相关消防安全标准，确保整条管道的安全。减少引起厂房爆炸、燃烧的火灾和周围人员伤亡的发生。

6石油化工厂工艺管道设计的合理建议

6.1管道和阀门设计

石油化工厂工艺管道的合理设计。在管道和阀门设计方面，需要注意吹扫管道位置和采样点位置的布置。做好主管道位置采样，顺利避开数据信息采集盲点，根据支管连接位置确定最终采样点位置，实现采样点高覆盖。吹扫管道主要用于蒸汽吹扫，其意义在于防止管道和阀门的密封性问题。一旦出现泄漏问题，将及时关闭管道所在区域的管道设备，以确保其他管道能够继续运行。这种设计是为了防止运输延误造成的经济损失，也是出于经济效益的考虑。

6.2化工装置的布置

化工装置的布置应该在设计之初进行合理的探讨，保障化工装置的放置符合国家相关规范，留有一定的安全距离。尤其是在复杂的管道空间内进行合理的排布，尽可能的避免局部损坏对全局的影响。

6.3选用新型材料

为了满足管道日常工作的需求，尽可能地选用耐高温、耐腐蚀、抗压能力较强的新型材料，这种新型材料、工作性能较强，符合国家可持续发展战略的要求，减轻相对环境资源的需求实现可持续发展。这对于企业而言，不仅能够节约运行成本，还能够从根源上杜绝安全事故发生的可能性。

6.4参数设计

由于化工过程生产的复杂性和危险性，对管道运行标准提出了更高的要求。生产中使用的管道必须遵循基本建设标准，以达到高质量并确保管道运行。稳定。需要结合化工生产工作的实际要求，分析各种容易影响管道运行的因素，设计出最佳的管道生产方案，其中需要包括管道的耐压能力和温度公差范围。各方面分析，在最低的建设成本范围内选择最好的管道材料，使管道最大程度的承受化工生产的实际需求。在管道设计中，还需要严格控制管道的实际参数，使统一参数合理控制在标准范围内，管道直径等管道参数可以在根据实际生产情况。为了在生产过程中更好地输送化工原料，需要将口径保持在适当的值，以确保不会因口径过小而阻塞生产过程，也不会因浪费而增加建设成本。原材料由于口径过大。此外，管道材料的参数选择需要严格监控，以有效防止其在化工材料运输过程中与原料发生化学反应，或引起腐蚀或直接引起管道破裂，从而导致化工生产。化工行业的发展受到影响并放缓，给化工企业造成经济损失。

6.5管件

管道设计项目不可能一蹴而就。需要根据化工过程生产过程中随时发生的变化进行设计。要充分考虑影响管道运行的各种因素的影响，对管道材料和附件进行严格的质量分析工作，在此基础上建立严格的选择标准，质优价廉的管道不考虑。由于化工生产的特殊性，管道在生产过程中接触的原材料都是化工产品，大部分具有腐蚀性。因此，管道的质量对生产过程和最终结果会产生较大的影响。其中，化工生产中最常见的管道是无缝钢管。在保证钢管本身质量的同时，需要严格选用管件，保证联轴器轴的尺寸与管径相匹配，材料为最佳选择综合性能更高的碳钢。普通铸铁钢在长期运输过程中被腐蚀磨损的概率较大，因此其使用寿命较短。会增加施工成本，造成生产过程中的安全隐患。

7石化管道设计中降低管道应力的有效措施

7.1适当增加管道的灵活性特点

在石油化工管道设计过程中，为达到降低管道应力的目的，需要根据实际情况选择石油化工管道的材料。同时，在满足实际要求时，应适当增加管道的灵活性特点，能有效反映管道塑性变化的难易程度。对于石油化工管道的柔性，与管道的耐压性密切相关。两者之间存在比例关系。相应地，提高管道的柔韧性可以在一定程度上阻碍管道内应力的形成。在受力的同时，还具有一定的抗压性和自限性。增加管道柔性的主要措施包括改变管道方向、波纹管膨胀节、弹簧支架等。

7.2选择合适的管网安装设备

对于石油化工管网系统，支架的安装在管道的运行中起着重要的作用，它可以减弱和分担管道应承受的各种压力，从而达到降低管道应力的目的。在支吊架的选择和安装中，要保证其与实际管道高度吻合，有效发挥其实际应用效率，对降低共振频率和应力产生有较大作用。在此基础上，为避免支吊架选择安装不合理，管道重力荷载过重，应力超标。要严格按照相关标准，提前全面了解和掌握石化管网，有效完善支吊架。同时能有效缓解塑性变形，进一步降低管道的应力和相应装置的承载能力，保证管道及其装置的稳定运行。

7.3采取冷紧固措施以减少应力

在石油化工管道设计过程中，需要充分考虑，在实际管道使用过程中，往往会出现管道因局部热膨胀应力而发生塑性变形，进而增加管道弯曲程度，因此管道弯曲。超标主要是由于石油化工管道材料的热胀冷缩，容易造成化工输送材料的泄漏事故，对生产安全构成严重威胁[7]。因此，在设计过程中必须采取冷紧固措施，可以有效保证化工生产的安全运行。为了降低石油化工管道的应力，需要根据实际情况进行冷紧固。在施工人员明确化工管道受力情况的基础上，提示有效降低管道口在高温条件下承受的推力和扭矩，进一步缓解因热产生的热量膨胀应力造成的负面影响，相应地，施工人员采用先进的设备，有效检测可能存在的潜在问题，充分利用冷紧措施的优势，避免因应力过大而产生塑性变形和过弧不良现象引起的管道泄漏和损坏，不仅可以起到一定的预防作用，而且对管道的输送质量和应用安全有重要保障。

7.4选取合适的管道支吊架架设方案

支吊架主要用于管道或锅炉设备，在运行过程中会产生热位移，是管道系统中非常重要的一个环节。支架的架设需要对管道受力进行全面详细的计算。主要要求包括弹簧支撑和热位移要求。弹簧支架和吊架在出厂前已经调整好。安装在管道和设备上后，调整相关螺纹，松开锁紧销。此时弹簧的实际载荷为设计要求的冷载荷。支吊架系统在管道系统中起着至关重要的作用。根据管道的工况和受力情况进行合理的支吊架，可以有效降低应力对管道系统的负面影响，但同时不合理、不科学的支吊架位置会增加管道受力，影响管道的正常使用，管道正常运行。科学的管道支吊架架设方案还可以降低管道内的二次应力和管道推力，进一步为管道运行提供保障。

8结论

石油化工管道设施作为连接各种反应设备和输送物料的基本载体，在石油化工生产中涉及大量应用，应用范围广泛，对石油化工生产质量影响很大。在石油化工管道设计过程中，日益重视管道应力是适应现代社会发展的必然趋势，也是促进化工行业可持续发展的重要途径。因此，有必要根据实际情况，深化管道受力的各个方面影响因素，应用有效措施对其进行优化和控制，有利于实现化工企业经济效益和社会效益的和谐统一。

参考文献

[1]刘志强.解读如何正确分析化工管道设计中的管道应力[J].化工管理，2019（26）：202-203.

[2]李国永.石油化工管道设计中基于应力分析的柔性设计分析[J].化工管理，2019（25）：74-75.

[3]张峰燕.工业管道应力分析在化工设计中的应用及探讨[J].化工管理，2019（16）：201.

[4]马静.石油化工装置工艺管道设计的合理性探讨[J].化工管理，2017（11）：62.

[5]崔玥.石油化工装置工艺管道设计的合理性探讨[J].化工管理，2016（20）：238.

[6]国庆.石油化工装置工艺管道设计的合理性探讨[J].化工管理，2016（15）：154.

[7]孙伟.化工装置中的管道应力分析及优化[J].山东化工，2018，47（09）：91-92.