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摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，火电厂建设越来越完善。在火电厂对热力管道设计中进行分析时要考虑管道中的应力，在对二次应力分析的过程中对可能出现的问题进行总结，提出了有关热力管道设计中相应的解决措施，并对相应的措施进行了探讨和分析。
关键词：火电厂，热力管道，二次应力，优化
火电厂热力管道应力分析是管道布置过程中不可缺少的一个环节，其主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。因此，管道应力分析不仅仅是简单计算一下管道的应力，它是一個扩展的概念。
一、热力管道应力分析
（一）热力管道实际承受荷载的确定
温度荷载就是热力管道在投入运行中会受到不同类型压力以及温度的影响，在具体工程建设中需要对影响最大的因素进行分析，便于工程建设中管道能够在各类施工状态下满足技术要求。持续外载主要与管道实际承受荷载、吊架反力相关，大多呈现出集中化或是分散式的持续外载。管道从实际安装到投入运行的这段时间内，管道内部介质会因为内部和外部温度的变化影响，通过热胀冷缩基本原理使管道发生具体形变。目前与设备相互连接的管道，由于自身温度的变化会导致各个端点发生不同程度位移，使管道实际应用中产生较多约束力，从而使管道整体结构发生形变。偶然荷载主要是来源于外界环境的冲击荷载，比如地震荷载、自然天气荷载等。此类荷载没有固定规律可循，大多都是在偶尔环境下发生的，但是不会出现同时发生的情况。
（二）荷载实际工况概述
火电厂热力管道在工程中的应力分析，在大多数常见情况下，热力管道应力计算需要对管道实际运行以及安装过程承受的荷载进行分析。安装工况就是管道在外部环境、内压以及外界温度的影响下对管道受力情况的整体影响。荷载运行工况就是在一般运行条件下，工程中热力管道在内压以及各项温度环境下的荷载工况。
（三）热力管道在工程中应力的计算软件选取
当前随着我国信息网络技术的快速发展，计算机在生产中得到全面普及，国内外都对火电厂热力管道二次应力分析计算软件进行了探究，各类计算程序处于发展和完善阶段。我国也对管道应力分析程序进行了编制，但是此类程序实际目的性较强，功能较为单一，不能更好地突出商业化发展特点。当前Caesar软件能够对管理动力和经济性进行分析，综合功能较多，具有良好的应用价值。对管道非线性受力情况分析之后，能够掌握管道应力、受力、振动频率等多项数值。
二、热力管道应力分类
（一）一次应力
热力管道设计中所受到的一次应力主要是因为管道受到外界的压力、重力和其他外界产生的压力，热力管道设计中所受到的应力需要的是平衡外力，热力管道设计中所受到的一次应力存在的特点是对管道的自身没有自限性，而且会随着一次应力的变化对管道自身所受到的应力随之变化，当达到一定程度时热力管道会发生变形或情况严重时致其损坏，因此要求和限制也更加的严格，防止因为热力管道的过度变形和弯曲对管道造成破坏，对一次应力的弹性和极限要进行严格的控制。
（二）二次应力
热力管道设计中发生的二次应力是因为管道结构受到外界的环境因素影响发生热胀冷缩，对管道约束位置发生了位移，其中管道设计中的应力没有直接和外力进行平衡，要根据满足管道位移约束条件内所需要的应力进行调整。热力管道设计中所受到的二次应力主要的特点是应力本身就具有自限性，对热力管道所造成的损害只是使管道受到轻微的变形，并且在应力分散的状态下降低了，对于一些质量比较好的管道材料，一般情况下在热力管道进行第一次加工的同时二次应力不会直接对管道造成破坏，当管道发生多次变形的情况下才会对管道造成破坏，对于热力管道设计中的二次应力的限制不只是取决于时间的限制，而是要看热力管道设计中对应力的反应能力和变换次数。
（三）峰值应力原理
热力管道设计中的峰值应力原理取决于管道局部结构受到不连续的荷载，是在一次应力和二次应力的基础上进行增量，峰值应力原理的主要特点是对热力管道造成不是很明显的变形，在短时间内荷载的应力开始进行衰退，这很容易对热力管道造成破坏产生裂纹，同时对峰值应力原理在短时间内受到荷载进行应力分析。
三、管道二次应力优化分析
（一）二次应力的计算
二次应力范围可通过下述方法计算[1]：
式中：σE-热胀应力范围（MPa），MC-按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算，热胀引起的合成力矩范围（N·mm），f-热胀应力范围的减小系数，[σ]20-钢材在20℃时的许用应力（MPa），[σ]t-钢材在设计温度下的许用应力（MPa），σL-管道在工作状态下，由内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和（MPa），W-管子抗弯截面系数（mm3），i-应力增加系数，且0.75i不应小于1。在实际应力分析过程中，应力超标的地方往往出现在弯头或者三通上，一方面是因为在这些地方管道走向或规格发生了改变，产生了应力集中，因此这些地方的应力比其他地方大，在弯头或三通处应力更容易超标，这就是i的作用。另一个原因是管道走向的变化导致弯矩的产生，弯矩具有传递性，弯矩如果叠加到一定程度超出管件的承受范围，则管件发生破坏，但破坏之前的直接表现是应力超标，这就是MC的作用。而MC更容易使i值较大的地方应力超标。MC和i直接关系着二次应力计算值的大小。
（二）二次应力优化方法
由公式（1）可以看出，应力增加系数i和管子抗弯截面系数W在管件确定后已经成为定值，可优化的部分只有MC。只有在优化无果的情况下可以经过论证选择i值较小或者W值较大的管件替换原管件，但是该方法一般不推荐使用，因为采用该方法需要重新修改工艺系统，改动牵扯范围较广。而且i值较小或者W值较大的管件往往规格较高，会造成材料成本增加。对于热胀合成力矩MC，我们有以下公式计算：
式中：P-作用在某处的合成力（N），L-合力相对于某处的力臂（mm）。当不考虑重力因素时，管系中力P的产生是由温差作用下管道的变形引起，管道总是沿轴向变形，因此对应方向上的变形在某点受到约束时则在该点产生对应方向上的力。该力以某点后的管段为力臂，在下一点产生力矩。
四、结语
总之，在对热力管道设计中的应力分析对其参数计算可能会遇到一些问题，但要保证热力管道设计中参数计算的正确性，热力管道设计中的应力分析要合理规范，如果在对热力管道的边界条件及约束处理存在错误性，会对热力管道造成很大的破坏，因此核算热力管道设计中的应力分析时需要特别得认真仔细，所以说对热力管道设计中的应力分析也是具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]姜方.大管径直埋热力管道三通应力分析[J].建筑热能通风空调，2018，34（6）：68-70，94.
[2]王琳，高海光.大管径直埋热力管线施工技术[J].建筑工程技术与设计，2018（23）：506.
[3]王欣.大管径直埋供热管道锚固段应力分析[J].区域供热，2017（3）：26-29.
关键词：火电厂，热力管道，二次应力，优化
火电厂热力管道应力分析是管道布置过程中不可缺少的一个环节，其主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。因此，管道应力分析不仅仅是简单计算一下管道的应力，它是一個扩展的概念。
一、热力管道应力分析
（一）热力管道实际承受荷载的确定
温度荷载就是热力管道在投入运行中会受到不同类型压力以及温度的影响，在具体工程建设中需要对影响最大的因素进行分析，便于工程建设中管道能够在各类施工状态下满足技术要求。持续外载主要与管道实际承受荷载、吊架反力相关，大多呈现出集中化或是分散式的持续外载。管道从实际安装到投入运行的这段时间内，管道内部介质会因为内部和外部温度的变化影响，通过热胀冷缩基本原理使管道发生具体形变。目前与设备相互连接的管道，由于自身温度的变化会导致各个端点发生不同程度位移，使管道实际应用中产生较多约束力，从而使管道整体结构发生形变。偶然荷载主要是来源于外界环境的冲击荷载，比如地震荷载、自然天气荷载等。此类荷载没有固定规律可循，大多都是在偶尔环境下发生的，但是不会出现同时发生的情况。
（二）荷载实际工况概述
火电厂热力管道在工程中的应力分析，在大多数常见情况下，热力管道应力计算需要对管道实际运行以及安装过程承受的荷载进行分析。安装工况就是管道在外部环境、内压以及外界温度的影响下对管道受力情况的整体影响。荷载运行工况就是在一般运行条件下，工程中热力管道在内压以及各项温度环境下的荷载工况。
（三）热力管道在工程中应力的计算软件选取
当前随着我国信息网络技术的快速发展，计算机在生产中得到全面普及，国内外都对火电厂热力管道二次应力分析计算软件进行了探究，各类计算程序处于发展和完善阶段。我国也对管道应力分析程序进行了编制，但是此类程序实际目的性较强，功能较为单一，不能更好地突出商业化发展特点。当前Caesar软件能够对管理动力和经济性进行分析，综合功能较多，具有良好的应用价值。对管道非线性受力情况分析之后，能够掌握管道应力、受力、振动频率等多项数值。
二、热力管道应力分类
（一）一次应力
热力管道设计中所受到的一次应力主要是因为管道受到外界的压力、重力和其他外界产生的压力，热力管道设计中所受到的应力需要的是平衡外力，热力管道设计中所受到的一次应力存在的特点是对管道的自身没有自限性，而且会随着一次应力的变化对管道自身所受到的应力随之变化，当达到一定程度时热力管道会发生变形或情况严重时致其损坏，因此要求和限制也更加的严格，防止因为热力管道的过度变形和弯曲对管道造成破坏，对一次应力的弹性和极限要进行严格的控制。
（二）二次应力
热力管道设计中发生的二次应力是因为管道结构受到外界的环境因素影响发生热胀冷缩，对管道约束位置发生了位移，其中管道设计中的应力没有直接和外力进行平衡，要根据满足管道位移约束条件内所需要的应力进行调整。热力管道设计中所受到的二次应力主要的特点是应力本身就具有自限性，对热力管道所造成的损害只是使管道受到轻微的变形，并且在应力分散的状态下降低了，对于一些质量比较好的管道材料，一般情况下在热力管道进行第一次加工的同时二次应力不会直接对管道造成破坏，当管道发生多次变形的情况下才会对管道造成破坏，对于热力管道设计中的二次应力的限制不只是取决于时间的限制，而是要看热力管道设计中对应力的反应能力和变换次数。
（三）峰值应力原理
热力管道设计中的峰值应力原理取决于管道局部结构受到不连续的荷载，是在一次应力和二次应力的基础上进行增量，峰值应力原理的主要特点是对热力管道造成不是很明显的变形，在短时间内荷载的应力开始进行衰退，这很容易对热力管道造成破坏产生裂纹，同时对峰值应力原理在短时间内受到荷载进行应力分析。
三、管道二次应力优化分析
（一）二次应力的计算
二次应力范围可通过下述方法计算[1]：
式中：σE-热胀应力范围（MPa），MC-按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算，热胀引起的合成力矩范围（N·mm），f-热胀应力范围的减小系数，[σ]20-钢材在20℃时的许用应力（MPa），[σ]t-钢材在设计温度下的许用应力（MPa），σL-管道在工作状态下，由内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和（MPa），W-管子抗弯截面系数（mm3），i-应力增加系数，且0.75i不应小于1。在实际应力分析过程中，应力超标的地方往往出现在弯头或者三通上，一方面是因为在这些地方管道走向或规格发生了改变，产生了应力集中，因此这些地方的应力比其他地方大，在弯头或三通处应力更容易超标，这就是i的作用。另一个原因是管道走向的变化导致弯矩的产生，弯矩具有传递性，弯矩如果叠加到一定程度超出管件的承受范围，则管件发生破坏，但破坏之前的直接表现是应力超标，这就是MC的作用。而MC更容易使i值较大的地方应力超标。MC和i直接关系着二次应力计算值的大小。
（二）二次应力优化方法
由公式（1）可以看出，应力增加系数i和管子抗弯截面系数W在管件确定后已经成为定值，可优化的部分只有MC。只有在优化无果的情况下可以经过论证选择i值较小或者W值较大的管件替换原管件，但是该方法一般不推荐使用，因为采用该方法需要重新修改工艺系统，改动牵扯范围较广。而且i值较小或者W值较大的管件往往规格较高，会造成材料成本增加。对于热胀合成力矩MC，我们有以下公式计算：
式中：P-作用在某处的合成力（N），L-合力相对于某处的力臂（mm）。当不考虑重力因素时，管系中力P的产生是由温差作用下管道的变形引起，管道总是沿轴向变形，因此对应方向上的变形在某点受到约束时则在该点产生对应方向上的力。该力以某点后的管段为力臂，在下一点产生力矩。
四、结语
总之，在对热力管道设计中的应力分析对其参数计算可能会遇到一些问题，但要保证热力管道设计中参数计算的正确性，热力管道设计中的应力分析要合理规范，如果在对热力管道的边界条件及约束处理存在错误性，会对热力管道造成很大的破坏，因此核算热力管道设计中的应力分析时需要特别得认真仔细，所以说对热力管道设计中的应力分析也是具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]姜方.大管径直埋热力管道三通应力分析[J].建筑热能通风空调，2018，34（6）：68-70，94.
[2]王琳，高海光.大管径直埋热力管线施工技术[J].建筑工程技术与设计，2018（23）：506.
[3]王欣.大管径直埋供热管道锚固段应力分析[J].区域供热，2017（3）：26-29.