论文部分内容阅读
摘 要：我国的石油化工企业依存国民经济，借助国民经济的力量与先进的开采技术逐渐扩大生产规模，石油化工市场也逐渐形成了兴盛发展的局面。为了给石油开采活动提供更为优质的开采环境，设计人员优化了开采准备工作，尤其是在管道施工环节中选用了更为适合石油开采环境的管道设计方法，对管道应力进行分析，采用了柔性设计理念。使石油管道更为稳固，本文对这种柔性管道设计方法进行研究。
关键词：石油化工；管道设计；应力分析；柔性设计
石油化工企业是现代工业的重要构成，其对于我国工业的整体发展水平存在影响。但是在石油开采期间，开采人员又需要承担极大的风险，一些石油开采工作中出现的安全事件已经给石油化工企业的基本信誉度造成了威胁，为了使石油开采以及其他资源利用工作更为安全，石油化工企业改变了原有的石油管道设计方法，将石油管道系统进一步完善，使管道极具柔性特点，这种设计工作是建设在透彻的应力分析的基础上的，本文对肉香设计相关工作进行分析。
1 应力分析工作环节
1.1 管道应力类型
管道承受的应力承受的主要是管道承受的来自内部与外部的多种影响，内部影响主要包括重力、温度以及压力，外部应力存放的环境气候影响。这些影响均会影响管道的形态，使管道出现强制性位移的变动情况，载荷的类型不同，管道承受的应力也存在差异，石油管道需要承受的应力主要有两种，即一次应力与二次应力。
一次应力主要是在诸如重力、压力这种外部载荷的影响而形成的，一次应力主要承担的就是这一类外部荷载，当外部施加的力度增强之后，一次应办理也会增加。如果管道内部的塑型区域处于极限扩展的状态，其承受的外部荷载也不会增多，但是管道内部还会出现塑性流动情况，管道最终会被破坏。
在管道需要承受端点位移、冷缩以及热涨等位移性的荷载的时候，管道产生的应力就是二次应力，二次应力可以使管道维持协调状态，在管道体系被有效协调之后，塑性流动会停止，管道的变形也会随之停止。
1.2 应力分析的主要作用
通常管道应力分析分为静力分析和动力分析，本文不讨论动力分析内容，静力分析的任务：使管道中的应力，满足标准规范的要求，保证管道自身的安全；使管道对与其相连接的机器、设备的作用力，满足标准规范的要求，保证机器、设备的安全；计算管道对支吊架和土建结构的作用力，为支吊架和土建结构的设计提供依据，保证支吊架和土建结构的安全；计算管道位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞，并为弹簧支吊架的选用提供依据。从安全角度要求管道设计在实际生活中，管道设计的安全性能要求分为：耐压强度、耐腐蚀性和密封性三方面。在强度和耐腐蚀性方面，运用符合标准的设计材料，防止管道中的石油因为环境问题而使管道出现问题。另一方面，要保证装置的正常合理运行。管道布置如果不合理，整个装置运行过程中就会存在安全罹患，产生各类应力问题。比如在外界温度变化时产生的热效力过大，可能会导致管口破损，管架被推坏等后果。
2 柔性设计工作环节
在管道自身的应力满足标准规范的要求时，因为管道柔性不足而导致法兰泄漏、管道对设备管咀的推力（矩）不满足设备供应商的要求，或者管道对结构梁的推力过大等，进而产生安全隐患，甚至使管道或者设备在运行中造成严重事故等。
2.1 柔性设计的作用
管道在热胀冷缩时，将对其相连接的机器、设备和土建结构产生作用力，反之机器、设备和土建结构也将对管道产生反作用力，并在管道中引起应力。当管道系统刚度较大时，推力和应力也较大，并可能导致管道和土建结构的破坏以及影响到机器、设备的正常运行。因此管道应有足够的柔性。
2.2 基本柔性设计要求
管道设计应该使管道具有必要的柔性，来满足以下要求：管道应力在标准规定的允许值内，即二次应力满足要求；管道对相接设备的力与力矩在设备供应商的允许范围内，不至于使管道相接的机器、设备产生过大的应力或变形；管道对法兰的力与力矩应不会导致介质泄漏；管道推力或力矩不会引起管道支吊架的破坏。
在实际管道柔性设计规定中，还要考虑到：管道温度应小于等于-50℃，或大于等于100℃；考虑柔性管道的直径范围，据此来设计温度和管道布置，并视具体情况来确定；存在外加强迫位移的管道应考虑柔性设计；对于敏感设备相连接的管道如离心泵，汽轮机等设备。对石油化工管道设计的多角度应力分析完毕之后，需要依据应力分析的基础制作出关于柔性设计的相关方案，具体部分应包括如下内容：管道最大应力所在位置和数值，对应允许值以及二者的百分比值；支承點、弯头、管口等关键部位在冷、热态下的位移；支承在冷、热态下所承受的荷载；计算确定的弹簧支承数据表，其中应含支承点位移及荷载。
2.3 提升管道柔性的方法
通过以下几种方法，可以使管道的柔性增加。设计人员首先可以先将管道的原有的几何布置进行改变，和过去的传统管道相比，如果的石油应用型管道具有更多的弯头，其走向也更加复杂，因此设计人员需要将点对点这种类型的管道的数量增加，借助这种特尔书管道来提升整个管道系统的柔性程度。但是设计人员需要注意，无论是应用三维空间设计，还是使用二维平面设计，都不能改变管道的两个端点，可以更改的只有管道的几何布置方式。
在支撑管道的时候，可以应用弹簧型支架，借助这种支架可以使管道支撑系统更具稳定性，这种支架在管道系统建设工作之中起到的作用有很多，还可以约束管道在支撑点被释放之后出现的垂直位移情况，虽然弹簧型支架具有诸多使用优势，但是如果在管道体系之中过多使用这种支架，仍旧会使管道的稳定状态受到不良影响。
设计人员还可以添加膨胀节，在不能依靠增设弯道数量和延长管道长度来解决管道稳定性问题的时候，可以借助膨胀节来使管道具有更强的柔性，但是由于膨胀节的成本比较高，使用方法复杂，所以这种柔性设计方法并不提倡。
3 结束语
本文对管道设计工作中的两个工作环节进行了分析，首先介绍了应力分析环节具体分析的内容，又探究了柔性管道设计环节要完成的工作。管道设计是开采环节准备共诺的核心任务，如果管道体系不完善，石油等重要资源的运输工作就无法实现，石油流通工作也就会受到阻碍，在完成应力分析高工作之后，设计人员可以了解到石油管道的质量问题出现的原因，在柔性设计工作之中可以在满足供应商的需求的同时，合理应对法兰泄漏以及管道承受的推力过大的情况，减少石油安全隐患出现的概率，设计人员还要全面地考虑到其他的管道影响因素，建设出既完善有充满柔性的石油管道。
参考文献
[1]麻海龙，俆冬.石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计[J].环球市场，2017（11），81-81.
[2]谭均华.化工管道设计的应力分析与柔性设计[J].华东科技：学术版，2017（2），363-363.
[3]贾濡东.石油化工管道设计影响因素及注意事项分析[J].工程技术：全文版，2017（1），00188-00188.
[4]胡巍，徐宜桂，侯美丽.往复压缩机管道柔性和热应力分析[J].压缩机技术，2017（2），14-18.
关键词：石油化工；管道设计；应力分析；柔性设计
石油化工企业是现代工业的重要构成，其对于我国工业的整体发展水平存在影响。但是在石油开采期间，开采人员又需要承担极大的风险，一些石油开采工作中出现的安全事件已经给石油化工企业的基本信誉度造成了威胁，为了使石油开采以及其他资源利用工作更为安全，石油化工企业改变了原有的石油管道设计方法，将石油管道系统进一步完善，使管道极具柔性特点，这种设计工作是建设在透彻的应力分析的基础上的，本文对肉香设计相关工作进行分析。
1 应力分析工作环节
1.1 管道应力类型
管道承受的应力承受的主要是管道承受的来自内部与外部的多种影响，内部影响主要包括重力、温度以及压力，外部应力存放的环境气候影响。这些影响均会影响管道的形态，使管道出现强制性位移的变动情况，载荷的类型不同，管道承受的应力也存在差异，石油管道需要承受的应力主要有两种，即一次应力与二次应力。
一次应力主要是在诸如重力、压力这种外部载荷的影响而形成的，一次应力主要承担的就是这一类外部荷载，当外部施加的力度增强之后，一次应办理也会增加。如果管道内部的塑型区域处于极限扩展的状态，其承受的外部荷载也不会增多，但是管道内部还会出现塑性流动情况，管道最终会被破坏。
在管道需要承受端点位移、冷缩以及热涨等位移性的荷载的时候，管道产生的应力就是二次应力，二次应力可以使管道维持协调状态，在管道体系被有效协调之后，塑性流动会停止，管道的变形也会随之停止。
1.2 应力分析的主要作用
通常管道应力分析分为静力分析和动力分析，本文不讨论动力分析内容，静力分析的任务：使管道中的应力，满足标准规范的要求，保证管道自身的安全；使管道对与其相连接的机器、设备的作用力，满足标准规范的要求，保证机器、设备的安全；计算管道对支吊架和土建结构的作用力，为支吊架和土建结构的设计提供依据，保证支吊架和土建结构的安全；计算管道位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞，并为弹簧支吊架的选用提供依据。从安全角度要求管道设计在实际生活中，管道设计的安全性能要求分为：耐压强度、耐腐蚀性和密封性三方面。在强度和耐腐蚀性方面，运用符合标准的设计材料，防止管道中的石油因为环境问题而使管道出现问题。另一方面，要保证装置的正常合理运行。管道布置如果不合理，整个装置运行过程中就会存在安全罹患，产生各类应力问题。比如在外界温度变化时产生的热效力过大，可能会导致管口破损，管架被推坏等后果。
2 柔性设计工作环节
在管道自身的应力满足标准规范的要求时，因为管道柔性不足而导致法兰泄漏、管道对设备管咀的推力（矩）不满足设备供应商的要求，或者管道对结构梁的推力过大等，进而产生安全隐患，甚至使管道或者设备在运行中造成严重事故等。
2.1 柔性设计的作用
管道在热胀冷缩时，将对其相连接的机器、设备和土建结构产生作用力，反之机器、设备和土建结构也将对管道产生反作用力，并在管道中引起应力。当管道系统刚度较大时，推力和应力也较大，并可能导致管道和土建结构的破坏以及影响到机器、设备的正常运行。因此管道应有足够的柔性。
2.2 基本柔性设计要求
管道设计应该使管道具有必要的柔性，来满足以下要求：管道应力在标准规定的允许值内，即二次应力满足要求；管道对相接设备的力与力矩在设备供应商的允许范围内，不至于使管道相接的机器、设备产生过大的应力或变形；管道对法兰的力与力矩应不会导致介质泄漏；管道推力或力矩不会引起管道支吊架的破坏。
在实际管道柔性设计规定中，还要考虑到：管道温度应小于等于-50℃，或大于等于100℃；考虑柔性管道的直径范围，据此来设计温度和管道布置，并视具体情况来确定；存在外加强迫位移的管道应考虑柔性设计；对于敏感设备相连接的管道如离心泵，汽轮机等设备。对石油化工管道设计的多角度应力分析完毕之后，需要依据应力分析的基础制作出关于柔性设计的相关方案，具体部分应包括如下内容：管道最大应力所在位置和数值，对应允许值以及二者的百分比值；支承點、弯头、管口等关键部位在冷、热态下的位移；支承在冷、热态下所承受的荷载；计算确定的弹簧支承数据表，其中应含支承点位移及荷载。
2.3 提升管道柔性的方法
通过以下几种方法，可以使管道的柔性增加。设计人员首先可以先将管道的原有的几何布置进行改变，和过去的传统管道相比，如果的石油应用型管道具有更多的弯头，其走向也更加复杂，因此设计人员需要将点对点这种类型的管道的数量增加，借助这种特尔书管道来提升整个管道系统的柔性程度。但是设计人员需要注意，无论是应用三维空间设计，还是使用二维平面设计，都不能改变管道的两个端点，可以更改的只有管道的几何布置方式。
在支撑管道的时候，可以应用弹簧型支架，借助这种支架可以使管道支撑系统更具稳定性，这种支架在管道系统建设工作之中起到的作用有很多，还可以约束管道在支撑点被释放之后出现的垂直位移情况，虽然弹簧型支架具有诸多使用优势，但是如果在管道体系之中过多使用这种支架，仍旧会使管道的稳定状态受到不良影响。
设计人员还可以添加膨胀节，在不能依靠增设弯道数量和延长管道长度来解决管道稳定性问题的时候，可以借助膨胀节来使管道具有更强的柔性，但是由于膨胀节的成本比较高，使用方法复杂，所以这种柔性设计方法并不提倡。
3 结束语
本文对管道设计工作中的两个工作环节进行了分析，首先介绍了应力分析环节具体分析的内容，又探究了柔性管道设计环节要完成的工作。管道设计是开采环节准备共诺的核心任务，如果管道体系不完善，石油等重要资源的运输工作就无法实现，石油流通工作也就会受到阻碍，在完成应力分析高工作之后，设计人员可以了解到石油管道的质量问题出现的原因，在柔性设计工作之中可以在满足供应商的需求的同时，合理应对法兰泄漏以及管道承受的推力过大的情况，减少石油安全隐患出现的概率，设计人员还要全面地考虑到其他的管道影响因素，建设出既完善有充满柔性的石油管道。
参考文献
[1]麻海龙，俆冬.石油化工管道设计应力分析基础上的柔性设计[J].环球市场，2017（11），81-81.
[2]谭均华.化工管道设计的应力分析与柔性设计[J].华东科技：学术版，2017（2），363-363.
[3]贾濡东.石油化工管道设计影响因素及注意事项分析[J].工程技术：全文版，2017（1），00188-00188.
[4]胡巍，徐宜桂，侯美丽.往复压缩机管道柔性和热应力分析[J].压缩机技术，2017（2），14-18.