石油化工管道应力设计

周迪

摘要：石油化工管道运行期间会受到介质传输以及传输速率的波动影响,导致管道内部压力存在较大波动性。当不良波动现象表现明显时，管道内部可能会出现振动或者泄露现象，危害石油化工安全生产质量。为及时消除这一危害影响，相关工作人员需要高度重视石油化工管道应力设计问题，通过优化分布管道压力，减少压力冲突，保障管道压力均衡。针对于此，本文主要立足于石油化工管道应力问题表现，对石油化工管道应力类型以及设计优化策略进行总结归纳。

关键词：石油化工管道；应力设计；应力平衡；分析

前言：所谓的管道应力主要是指石油化工管道实际运行期间受到内部介质自重、温度等因素影响或者外部自然环境等因素影响而产生的应力问题。一般来说，因管道荷载作用力存在区别，导致管道所能承受的应力值也存在一定差异，容易受到不同因素的干扰影响而引发管道损害问题。近些年来，为保障石油化工管道应力平衡，减少压力冲突，化工管道设计工作对于管道应力设计问题予以了高度重视。其中，设计人员主动立足于石油化工管道应力设计标准，对管系应力情况以及类型表现进行深度把握。并主动结合应力成因表现，采取针对性措施加以改进优化，以保障石油化工管道得以安全稳定运行。

1 石油化工管道应力类型表现分析

1.1 一次应力

石油化工管道设施往往存在一定自重，同时为满足管道安装结构设计要求，安装期间通常会设置较多荷载装置。在上述现象的集中作用下，管道运行期间会受到自重以及管道荷载等因素影响，产生一次应力。从客观角度上来讲，一次应力可以理解为物理作用力所产生的应力现象。如果设计人员缺乏对一次应力的应对处理，就很容易对管道安全稳定运行构成威胁。举例而言，像比较常见的管道裂缝以及管道变形等不良现象，均可以视为一次应力带来的影响表现^[1]。

1.2 二次应力

石油化工管道在运行期间会随着作用时间的推移而出现管材材质老化、管道结构间应力转移的现象问题。同时，会有部分管道结构存在变形或者位移倾斜现象。其中，在内应力不变的条件下，该类现象的出现，会引发二次应力现象问题。与一次应力现象不同，二次应力现象持续周期长且存在隐蔽性，所引发的危害问题均与管道设施外部变形以及位移等问题相关。最主要的是，二次应力的出现往往会对管道应用寿命以及生产工艺技术的安全应用构成威胁。

1.3 峰值应力

从石油化工生产管道应力类型表现来看，一次应力可以理解为客观存在的现象问题，二次应力可以理解为在一次应力的基础上逐步出现的过程。一般来说，管道工程的某一区域可能会存在一次应力与二次应力的联合作用，并引发新的应力值以及应力现象，这种应力类型可以理解为峰值应力。结合以往的经验来看，峰值应力持续性较短，但是所形成的危害较大。如可能引发管道疲劳裂缝以及泄露等风险问题。最重要的是，峰值应力常常存在随机性与偶发性特点，因此对于管道质量要求较为严格^[2]。

2 石油化工管道应力设计优化策略及相关建议分析

2.1 合理开展管道应力设计模拟测试，提升管道设计质量

合理开展管道应力设计模拟测试，基本上可以视为提升管道设计质量的重要步骤。结合以往的经验来看，管道应力设计模拟测试工作可以利用仿真系统实现模拟测试过程。如可通过应用仿真系统录入相关运行数据，促使应力值符合设计要求。在数值合理的情况下开展管道模拟测试，其中，对于模拟测试期间所涉及到的设计问题，可直接进行优化处理。

完成上述模拟测试工作之后，施工人员需要进行现场试验工作。可通过开展小范围管道设施安装工作，如结合各类传感器装置对管道运行过程中所涉及到的应力变化现象进行自动监测，以此完成应力设计质量评估工作。除此之外，对于运行期间所涉及到的应力变化以及管道缺陷问题，相关负责人员应该进行定向修改，以达到提升管道设计质量的效果^[3]。

2.2 优化管道温度应力设计问题，减少管道内部热应力压差

温度应力设计始终是石油化工管道应力设计体系的重点内容。结合以往的经验来看，管道温度应力设计工作应该重点围绕保温设计与法兰连接方式选用两个方面进行统筹规划与合理部署。其中，对于保温设计工作而言，设计人员可通过开展管道保温设计，防止管道内外部温差过大现象问题出现。而对于法兰连接方式选用工作而言，为有效减少管道内部热应力差问题出现，建议工作人员应该在法兰连接方式的选用上，结合管道运行实际需求，选择合适的法兰连接方式进行实践应用，以避免出现管道泄露等不良现象问题。结合以往的设计经验来看，通过科学实施温度应力设计工作，基本上可以稳定石油化工管道运行效果。

2.3 适当运用管道柔性设计理念，延长管道使用寿命

石油化工管道应力设计应该立足于作业目的角度，适当运用管道柔性设计技术，延长管道使用寿命。所谓的管道柔性设计技术，主要是指通过选用柔性管材实施柔性结构设计内容，保障石油化工管道在应用过程中具有较强的防御能力，减少因应力原因所引发的管道应力损坏现象。与此同时，可通过运用管道柔性设计技术，如通过科学更改管道集合布置方式，增强管道柔性特点。在具体实践过程中，可通过改变弯头走向、添加弯头数量等方式，增强管道柔性。或者也可以通过选择弹簧支吊架，减少支撑点在管道垂直位移上的限制影响

^[4]。

2.4 高度重视基础管材质量检测内容，保障应力设计合格

基础管材质量在一定程度上会对石油化工管道运行质量效果产生至关重要的影响。为保障石油化工管道运行效果得以深化加强工作人员应该对基础管材质量检测内容予以高度重视，以保障应力设计合格。一方面，设计人员在设计工作中，应该对基础钢材质量检测作业进行重点贯彻与落实。在检测过程中，可以主动从管道静荷载力、抗压强度以及基础规格等方面进行质量检测。另一方面，为确保基础管材质量效果得以深化加强，在进行管道工程应力设计作业期间，工作人员应该规范个人的操作行为，选择应用质量达标的基础管材进行安装实践。

2.5 适当优化支吊结构分布，增强管道运行稳定性

对于石油化工管道工程而言，生产机组规模的不断扩大促使管道设施应用量不断提升。其中，生产机组的分散位置以及基础规格在一定程度上会对管道运行稳定性效果产生至关重要的影响。为确保管道运行稳定性，设计人员可通过优化支吊结构分布方式，增强管道运行稳定性^[5]。

结论：总而言之，为保障石油化工管道始终处于高效稳定的运行状态，工作人员应该对石油化工管道应力设计问题予以高度重视。在具体设计过程中，工作人员应该主动立足于石油化工管道应力设计现状，对石油化工管道应力类型以及表现特点进行深度把握。与此同时，在开展石油化工管道应力设计作业期间，为全面增强管道应力设计质量，建议工作人员应该主动从开展管道应力设计模拟测试、应用管道柔性设计理念等方面，增强石油化工管道运行质量与延长石油化工管道使用寿命。必要时，工作人员应该主动立足于石油化工管道应力设计前沿发展动态，进一步健全与优化应力设计体系及相关技术内容。

参考文献：

[1]唐建伟,何林杉,姜玲. 石油化工管道应力设计探究[J]. 山东工业技术,2019(04):103.

[2]李国永. 石油化工管道设计中基于应力分析的柔性设计分析[J]. 化工管理,2019(25):74-75.

[3]白春海. 石油化工管道应力设计探究[J]. 化工设计通讯,2019,45(10):25-26.

[4]陈玲玲. 石油化工管道应力设计探究[J]. 中国石油和化工标准与质量,2019,39(21):124-125.

[5]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,2020,42(11):72.