石油化工管道应力设计研究
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摘 要：在化工业的快速发展下，人们对于石油化工企业当中管道结构设计也更为重视，在石油化工类企业当中管道结构设计向前发展中，管道结构应力分析质量也在不断提升。而在石油化工产业向前发展中，也需要通过高质量的管道结构设计保证石油化工类企业的稳定发展。
关键词：石油化工；管道应力；设计
1 管道应力分类
在内压、连续外载荷、热膨胀、冷收缩等位移载荷作用下，管道的最大应力往往超过材料的屈服极限，导致材料在工作条件下发生塑性变形。此外，高温管道的蠕变和应力松弛也会改变管道系统的应力状态。应根据不同类型的应力进行不同的处理，并根据其可能的影响和对失效的不同影响给出不同的限值。管道应力一般分为三类：一次应力、二次应力和峰值应力。
1.1 一次应力
主应力是由外部载荷引起的，如压力和重力。主要应力的特点是非自限性，满足与外部载荷的平衡关系。随着外部载荷增加，其强度增加，没有自我—当材料超过屈服极限时，管道将发生塑性变形和损坏。内部压力，自重和中等重量等连续外部载荷引起的应力是主要应力。
1.2 二次应力
二次应力是由管道变形的约束引起的，并不直接与外力平衡。二次应力是自限性的。当管道部分屈服并产生少量变形时，应力可以减小当二次应力过大时，管道会疲劳。在管道中，二次应力通常是由热膨胀，冷缩和端部位移引起的。
1.3 峰值应力
峰值应力是由于局部热应力（包括局部结构不连续或局部应力集中）的影响而导致管道或管件中的一次或二次应力增加。其特征在于它不会引起显着的变形并且在短距离内从源衰减。这导致疲劳开裂和脆性断裂。配件的小半径角处的应力和焊缝的不渗透性是峰值应力。
2 管道失效及其应力分析
2.1 埋地管道及其应力分析
2.1.1 上埋式管道
在计算该类管道的应力时，主要考虑管道上方的垂直土荷载，综合考虑消力拱高、土容重、管径等因素。一般来说，埋地管道分为浅沟埋和非开挖埋。在计算应力的过程中，浅沟埋管过程中管道土的横向压力增大。
2.1.2 沟埋管道
主要是指沟槽的预挖掘。铺设管道后，在回填前计算所需数据，包括沟槽顶部宽度，回填高度和侧向土压力值。应该注意的是，在挖沟过程中，根据管道的外径预留一部分空间。在回填过程中，这部分空间将被回填，侧向土压力将随着回填强度而变化变化。
2.2 穿越管道及应力分析
在横管应力计算过程中，主要考虑管道重量，管材质量，附着重量，温度应力以及支撑结构对管道的影响等因素。因此，温度应力的计算是困难的。温度应力是指工作条件下管道温度与安装温度之间的差异。结合管道的膨胀系数和管道的弹性模量，在一定的温度环境下结构应力可能发生变化。
3 石油化工管道柔性加固设计
3.1 管道柔性设计中的计算机分析方法分析
应使用计算机分析方法灵活设计以下管道：温度高于400℃或低于-50℃的管道；进出炉膛和蒸汽发生器的高温管道；高温管道进出反应堆；蒸汽管道进出涡轮机；和出口管道。旋转和出口离心压缩机，往复式压缩机；根据设计要求或SH/T3041-2016连接离心泵的管道。离心泵柔性设计方法的选择决定了离心泵的灵活设计方法；其他设备的喷嘴有特殊的应力要求；简化分析方法用于指示需要进一步详细分析的管道。
3.2 管道柔性强化措施
为了加强输油管道，可以改变管道的组装布置方式，增加管道弯头数量，改变弯管的实际方向，在设计阶段增加大量点对点管道，提高管道的灵活性。在改变设计位置的过程中，必须保证管道末端的位置不变。在管道支护方面，设计人员可以选择弹簧支护吊架，以有效地减小支护点对管道垂直位移的限制，但其应用并不广泛。如果弹簧支吊架的使用范围扩大，会影响管道本身的稳定性。在管道设计的特殊部位，设计人员不能通过增加管道长度和弯管数量来提高管道的柔性。管道直径较大，或业主对施工工艺有特殊要求。设计人员可以通过增加膨胀节来提高管道的柔性。膨胀节价格昂贵，制造工艺复杂，成本增加，工期延长，在设计过程中应尽量避免。
3.3 注意事项
在实际设计工作中，管道温度不应高于零下50℃，或不低于100℃，管道温度的设计应结合管道实际值范围的实际情况，在外力作用下增加管道的柔性，注意敏感设备与管道的连接，加强管道连接的科学合理设计。
4 结论
总之，管道应力分析與整个石化厂管道设计中管道系统的安全运行密切相关。了解哪些管道需要详细的应力分析，如何对管道进行详细的应力分析和灵活设计具有重要意义因此，管道应力分析在石化管道设计中起着重要作用。
参考文献：
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