对石油化工管道应力设计要点的思考

梁亚玲

（连云港沃利帕森工程技术有限公司南京分公司，江苏南京 210000）

对石油化工管道应力设计要点的思考

梁亚玲

（连云港沃利帕森工程技术有限公司南京分公司，江苏南京 210000）

基于当前石油化工安全事故频发以及人们对石油化工管道设计的重视，主要介绍了石油化工管道应力的相关问题以及柔性设计问题，并以某工程实例，对石油化工管道设计提供一些参考。

石油化工；管道；应力分析；柔性设计

1 管道应力分析简述及其引发问题

1.1 管道应力分析简述

管道应力指管路在实际工作中，由于受到内部介质压力、温度以及自重的影响，或是管路受到外界自然条件与管道端点强制性位移等所形成的应力。载荷理性不同，管道所承受的应力也有所不同，而管道本身的损害程度也将发生变化。通常情况下，可将管道承受的应力分为如下3种类型：

（1）因为压力、重力或是其他类型外力载荷的同时作用导致管道承受应力。管道是外部载荷的主要承担物质，基于外力的不断增加，载荷量也将随之增加。若管道内部的塑性范围扩展至最大值，纵使外力载荷量停止增加，管道依旧形成无法限定的塑性流动，进而造成管道本身被破坏。

（2）二次应力主要指管道因受到温度、端点强制移动等位移载荷对本身作用而形成的应力。该应力形成的目的是满足管路变形协调，弹塑性总变形量可对管路当中的不连续性进行协调，塑性流动便会中断，变形也不再持续扩大。

（3）峰值应力：因为荷载与结构形状出现局部区域突变，该现象常出现于管道内焊缝咬边区域或是气孔位置，进而导致局部应力集中，从而形成较高的应力值。

1.2 管道应力引发的问题

管道应力较为容易引发的问题以安全问题为主，管道在实际应用过程中，对管道设计的安全性能要求有如下三方面，分别为耐压强度、耐腐蚀性以及密封程度。针对管道耐压强度以及耐腐蚀性，设计人员选用达到标准要求的设计材料，便能有效避免管道内石油由于环境问题的影响而导致管道发生问题。若管道布设存在不合理问题，或是管道柔性较低难以承载一定应力，便有可能导致石油化工企业在实际运行过程中存在安全隐患。如外界稳固在变化过程中，热销量较大进而令管道的关口出现破损，管架损坏的问题。若本身便为动力设备，便需思考震源所具有的振动频率与管道本身具备的固体频率是否一致，以免出现共振问题，进而造成管道本身被破坏。

2 管道柔性强化措施及要求

2.1 管道柔性强化措施

针对上述问题，建议设计人员选用如下3种方法解决：

（1）更改管道集合布置方法。相比传统管道连接方法，添加管道弯头数量以及改变弯头的实际走向，通过增设大量点对点的管道数量以达到提高管道柔性的目的。无论是处于二维平面当中，还是处于三维空间当中，几何布置在改变的过程中，设计人员需确保管道两端端点位置不会发生变化。

（2）设计管道支撑环节过程中，建议设计人员选用弹簧支吊架。通过该设备能够有效降低支撑点对管道垂直位移的限制，但不建议设计人员大范围应用。若弹簧支吊架应用规模过大或是范围过广，较有可能对管道本身稳定性构成一定影响。

（3）添加膨胀节。针对部分相对较为特殊的情况下，设计人员无法通过添加管道的长度以及弯道的总量以达到提高管道柔性的目的。如管道直径相数值相对较大，或是业主对施工工艺本身的要求较为特殊。此时，建议设计人员使用添加膨胀节的方式以提高管道本身柔性。虽然该方式较为有效，但膨胀节本身价格较为昂贵，制造过程相对复杂，不仅增加了建设成本，同时也延长了施工工期，所以，设计人员在设计过程中应尽量避免应用。

2.2 管道柔性设计过程中的考虑范围

设计人员在实际设计工作中，还需考虑如下内容：

（1）管道温度，实际运行过程中，管道的温度不宜高于-50℃，或是不低于100℃。

（2）设管道温度的设计工作与布置工作应结合柔性管道直径的取值范围以及实际情况决定。

（3）可能受到外力强制位移现象的管道必须增加管道的柔性。

（3）针对同敏感设备如汽轮机、离心泵等设备相连的管道，应予以注意。

3 工程实例

某石油化工企业开展125t/a重油催化裂化项目，针对与烟气轮机相连的进口管道，企业有如下要求：管道温度为655℃，压力值达到0.36MPa，管路规格为Φ1 030×12。管道从三旋出口EL+ 25 000下到达EL+7 000m，后水平前进13米左右之后流入烟气轮机。该管道直径相对较大，承受的温度高且烟气轮机管咀受力允许值不高，仅仅应用传统设计对管道进行自然补偿难以达到实际需求。针对该现象，建议设计人员将两个铰链型膨胀节安设于立管之上，同时将教练型膨胀节安设于水平管当中，于同一平面内构成三铰链性膨胀节系统，从上至下设定为A、B、C三个铰链型膨胀节，若数值管段出现热膨胀现象，则现象由B与C了两个膨胀节动作进行吸收。若水平管段发生热膨胀现象，则由A，B两个膨胀节动作完成吸收。不仅如此，建议设计人员将弹簧吊架安设于管口区域，进而减少管道垂直方向承受的力，以便使烟气轮机入口管咀的受力值减弱，直至其达到能够接受的程度。

4 结束语

管道应力强度是否达标直接关系到管道之后使用的安全性与稳定，若管道本身柔性不足，而所受的应力相对较大，则管道必然出现损坏，进而形成安全隐患甚至引发事故。因此，作为设计人员，必须熟悉如何降低管道应力，并提高管道柔性，以保证石油化工企业生产的顺利进行。

[1] 张浩.关于化工管道的支吊架设计要点的思考[J].橡塑技术与装备，2015，（2）.

[2] 刘镜锋.关于石油化工装置支吊架设计在配管设计中的探讨与研究[J].中国石油和化工标准与质量，2013，（12）：75；90.

Consideration on Stress Design of Petrochemical Pipeline

Liang Ya-Ling

Based on the frequent accidents of petrochemical safety and the importance of petrochemical piping design.This paper mainly introduces the stress related problems and the flexible design problems of the petrochemical pipeline，and provides some reference for the design of the petrochemical pipeline with an engineering example.

petrochemical industry；pipeline；stress analysis；f exible design

TQ055.81

A

1003-6490（2016）11-0072-01

2016-10-30

梁亚玲（1981—），女，河北石家庄人，工程师，主要从事化工管道合理化配置工作。