石油化工压力管道柔性设计的浅析

王金宝

摘 要：在石油化工装置中，压力管道是重要组成部分之一，管道设计的合理性直接影响化工装置能否正常运行，一旦管道柔性不足，就有可能导致位置移动，管道断裂等现象。所以相关设计人员都要非常关注管道布置与管道柔性设计问题，要按照工艺要求，提高管道柔性设计水平。

关键词：石油化工;压力管道;柔性设计

1 化工企业管道应力的分类

管道受到外在的应力超过了材料自身所能承受的最大限度时，管道材料就会发生变形，另外，管道受到持续的外荷载力或者高温的影响时，管道材料的内部结构会被破坏，导致管道应力发生变化。但是，不同的管道应力所产生的效应也会有所差别，根据不同应力对管道产生的破坏，需要采取的处理方法也不太一样，一般情况下，把管道应力分为三大类，分别是一次应力、二次应力、峰值应力。

1.1 一次应力

一次应力指外在的重力、压力或者外在的荷载对管道产生的应力。一次应力没有自限性，当外在附加的荷载增加时，一次应力也会增加，两者之间存在一定的平衡关系，但是压力所产生的作用效果就不一样，当压力超过了管道材料自身的承受力时，管道会发生塑性形变而被破坏。因此，可以得知一次应力主要是由于外在持续的荷载而产生的，管道所承受的持续外荷载大多数是介质的质量、介质的内压以及管道本身的重量等引起的。

1.2 二次应力

二次应力主要是指管道系统在一些不确定的因素下发生塑性形变时，用来对抗这种塑性形变所产生的力，比如说，在管道热胀冷缩或者管道发生位移时就会产生二次应力。与一次应力不同的是，二次应力具有自限性，而且不能根据外加的荷载力增加而增大，它可以通过自身的塑性变形来降低管道应力，二次应力的好处就是可以当外在的荷载超过自身承载能力的时候，管道不会变形，自身的特性有效地减少了荷载的危害。

1.3 峰值应力

峰值应力就是两次应力之上的增量，峰值应力的作用并不显著，在一些方面基本用不到，但是也不能忽视。峰值应力通常会在焊接没有干透的地方出现，如果处理不好，会在管道上形成一些裂缝，经过日积月累之后，会造成脆性地损坏。

2 石油化工管道柔性强化设计

2.1 增加管道柔性设计

管道的安全可靠关系着石油化工的正常生产和使用安全，因此管道设计必须经过相关部门审批合格才能开启建设工作。管道设计的质量问题非常关键，要首先进行工业设计，在石油化工管道工程立项之前，相关部门要对其提交的可行性研究报告进行审核，共同审议后才能批准，项目设计人员要根据资料数据进行初步设计，并不断修改，每次修改都要向相关部门报告，同意后才能进行接下来的具体设计。为增加管道柔性，可以改变管道走向增大柔性。

2.2 石油化工管道设计准则

在进行管道设计时不仅要从局部入手，还要针对管道的设计，从整个生产系统出发，做好整体设计。由于管道系统一部分埋藏于地下，要输出大量的石油产品管道，长期承受压力，在进行管道使用材料的选择时，一定要充分考虑材料的强度和柔性，还要具有抗震性能，使其具备抵御天灾人祸的能力。由于压力管道输送的物品都是危险品，比如石油等易燃易爆品，在设计管道时，一定要对外界环境进行综合考虑，设计相应的安全防范设施，将危害程度降到最低。管道在长期使用中会发生故障，要避免出现更大的安全事故，在平时就要做好维修和保养工作，及时发现故障，并设置相关的预警设置。管道设计要做好保温设计，压力管道设计要制定相关的绝热保冷设计规范，设计师也要严格按照这些规范进行设计。在保温设计中重点是保温材料的选择，设计师要熟悉并掌握灵活使用导热技术图表以及相关的工程分流的变化，关注导热系数的变化，要看懂压缩松散材料在其密度下的图标和导热方程，使材料的相关参数数据根据施工现场的实际情况进行设计，通过应用具体的标准，并根据图表和方程确定保温材料。

2.3 管道柔性强化措施

要强化石油管道，可以在设计阶段更改管道集合布置方法，添加管道弯头数量，改变弯头实际走向，增设大量点对点管道数量，可以达到提高管道柔性的目的。在设计的位置改变过程中，要确保管道端点位置不发生变化。涉及管道支撑环节中，设计人员可以选用弹簧支吊架有效降低支撑点对于管道垂直位移的限制，但是不能大范围的使用，如果弹簧支吊架的应用范围扩大，就会影响管道本身的稳定性。在管道设计中比较特殊的部位，设计人员无法通过增加管道长度和弯道数量来达到提高管道柔性的目的，管道直径数值较大，或者业主对于施工工艺要求较为特殊，设计人员可以使用添加膨胀节的方式提高管道柔性。膨胀节价格昂贵，制造过程复杂，成本增加，施工工期延长，所以在设计过程中要尽量避免使用。

3 結语

为了实现石油化工压力管道的正常运行，需要进行管道的应力分析。尤其在进行压力管道设计与布置时，要考虑到管道自身的用力设计要求，还要结合具体情况，考虑到设备的允许受力要求，全方位地提高管道的柔性，避免管道断裂问题的发生。

参考文献：

[1]贺珍珍.石油化工装置工艺管道设计的合理性[J].化工管理，2017（32）：42.

[2]王庭恭.化工设计中的管道应力分析探讨[J].民营科技，2016（12）：139.

[3]梁亚玲.对石油化工管道应力设计要点的思考[J].化工设计通讯，2016（11）：72.