对化工管道设计中的管道应力与柔性设计举措解析

陈长冬

摘要：本文首先对化工工程设计中管道应力进行了阐述，然后对加强化工管道设计中应力和柔性的设计方法进行了详细的阐述，通过对管道计算模型的介绍，对管道应力进行研究分析，在研究分析中，主要的内容包括了管道非弹簧支吊架应力计算、管道弹簧支吊架应力计算以及管道对汽轮机进口的推力，为化工管道设计中的管道应力与柔性设计提供一定的依据。

关键词：管道设计;管道应力;柔性设计方法

1.化工工程设计中管道应力概述

在管道应力中，主要包括了动力分析和静力分析这两个方面。在进行静力分析的过程中，其内容主要包括了对压力荷载作用下的一次应力进行计算，这样我们就可以得到管道的应力值，然后需要根据数值的情况对管道进行设计。在管道受到胀冷缩影响之后，就会产生二次应力，这样我们可以保證获取的数值能够在允许的范围之内，从而能够避免出现疲劳损坏而造成损失的问题。另外，在对设备的作用力进行分析的过程中，也是属于管道应力静力分析中的内容之一，在这项分析当中，需要按照严格的标准进行执行工作。在动力分析中，其中主要的内容包括了管道系统共振频率和管道自振频率这两个方面。不仅需要对管道的强迫振动进行研究分析，同时还需要对管道振动规律进行分析，这样就能够对管道应力进行合理的控制，同时还不仅需要对复式压缩机的气柱频率进行分析，还需要对复式压缩机的压力脉动进行研究，这样在设定气柱共振产生的压力脉动值的时候，可以合理的控制在范围之内。

2.加强化工管道设计中应力和柔性的设计方法

使用ANSYS的情况下，对某工业汽轮机空载试验主蒸汽管道进行应力计算和建模的过程，首先阐述了对蒸汽管道管口推力和管道应力的判断标准，既得到了所设计管道的非弹簧支吊架的应力计算值，还获取了管道对汽轮机进口的推力值，还得到了所设计管道的弹簧支吊架应力计算值，也包括了管道对汽轮机进口的一次、二次应力值。从结果可以知道，在整个主蒸汽管道中，其中一次应力和二次应力都是低于许用值。详细情况如下：

在这个汽轮机中，是属于350MW汽轮发电机组锅炉给水泵驱动用冲动、单轴、单缸、凝汽式汽轮机，其供汽压力是2.0MPa，额定功率是4.2MW，而供汽温度是220℃。其中在汽轮机空载试验主蒸汽管道中，其母管材料是12Cr1MoV，而规格是Φ159mm×8mm。在温度是20℃的情况下，那么许用应力就是155MPa，弹性模量就是2.08×105MPa。在温度在20℃～220℃的时候，其中线膨胀系数是在13.76×10-6/℃。在温度是220℃的情况下，其中许用应力是149MPa，弹性模量是1.99×105MPa。

2.1管道计算模型

对管道应力进行计算的过程中，在运用ANSYS PIPING MODELS时，依照试验现场的条件，要从蒸汽管道母管的两个固定点进行开始，然后到汽轮机主蒸汽进汽口进行结束。其中主要包括了弯管段、直管段、支管段、大小头以及阀门，在支吊架中，其中分类主要包括了固定支架、导向支架滑动支架、以及弹簧支架。

2.2管道应力分析

2.1.1管道非弹簧支吊架应力计算

在固定支架为编号1001和1005的情况下，那么对于分配荷载来说，分别为-1167N和-1708N。在热态荷载变化中，分别为-1773N和-1709N。其中在工作荷载中，是分别为-2940N和-3416N。而对于冷态荷载变化来说，都是为-2N。在安装荷载中，分别为-1169N和-1709N。其中在滑动支架中，其编号包括了1007、1002、1004、1006，而分配荷载中，是分别为-777N、-3045N、-5380N、-925N。而热态荷载变化中，分别为155N、1842N、1470N、119N。在工作荷载中，分别为-622N、-1203N、-3909N、-807N。在冷态荷载变化当中，分别为0N、20N、19N、0N。而对于安装荷载来说，分别为-777N、-3026N、-5360N、-925N。

2.1.2管道弹簧支吊架应力计算

在对弹簧支吊架应力进行极端的过程中，其中弹簧号为201，那么弹簧的刚度就是1.6665N/mm，而热位移就是21.15mm，在工作荷载中，其数值为-634N，而安装荷载是-669N，对于弹簧压缩量来说，其数值是401mm，荷载变化是在6%左右[1]。

2.1.3管道对汽轮机进口的推力

通过计算之后，其热态是0.9144Fr+Mr=1078N·m，而冷态是0.9144Fr+Mr=251N·m。在汽轮机进口中，其中直径是300mm，这时候我们就可以知道26.689De=6227N·m。因此，在汽轮机处于冷态和热态的情况下，都是能够对管口推力的判断标准进行满足[2]。

4.结束语

综上所述，现阶段人们对安全的重视程度不断的提高，这样在保证化工工艺管道安全性的同时，还能够在一定程度上提高整个工程施工的安全性，因此，在对管道进行设计的过程中，不仅需要重视对应力，同时还需要对柔性设计进行充分考虑，同时还需要保证选择设计方式的合理性，这样就能够保证整个行业的持续发展。在化工工程设计中管道应力中，主要的内容包括了两个方面：动力分析和静力分析，在动力分析和静力分析中，又包括了其他的内容。而在对管道进行设计的过程中，需要建立一定的计算模型，同时还需要对管道应力进行计算。

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.