压力管道应力分析的内容及特点研究

压力管道应力分析的内容及特点研究

黄东江

大庆惠博普石油机械设备制造有限公司黑龙江省大庆市 163517

摘要：压力管道广泛应用于石油化工、天然气等行业的物料输送过程中，起着非常重要的作用，可以保证原材料和产品的正常运输。压力管道在运行过程中，其受力状况会受到多种因素的影响，包括管道系统内部因素和外部环境因素。如果要分析压力管道的受力情况，必须准确掌握压力管道的实际运行状态，以获得更准确的分析结果。

关键词:压力管道;应力分析;内容;特点研究

1 管道应力分类

管道应力是压力管道使用中需要考虑的关键问题。在分析压力管道的应力之前，有必要对压力管道的应力进行相应的分类。从我国压力管道的使用情况来看，管道的压力可分为以下几类。

1.1主要压力

初应力是指管道在内外压力、重力、冲击载荷、风载荷等因素作用下产生的剪应力或法向应力。主应力是压力管道经常承受的应力，它具有以下特点：当外部荷载增加时，主应力也会增加，与外部荷载呈平衡关系，没有自限性。如果主应力值超过管道材料的承载范围，管道中使用的材料不能满足要求，就会发生一定的变形，导致管道损坏。因此，必要的控制措施非常重要。必须确保管道材料不会发生任何物理变化，并且管道在一定压力下仍能保持有效形状而不受损。需要根据极限分析条件和弹性分析条件检查主应力。

一次性应力可分为：（1）膜应力，即沿管道横截面均匀分布的应力；（2） 一次整体膜应力，影响管道的整体结构；（3） 原发性局部膜应力。一般来说，一次局部膜应力略大于整体膜应力；（4） 主要弯曲应力由管道内部压力或其他接地载荷引起。一次弯曲管道应力是沿管道厚度线性变化的应力。

1.2二次应力

二次应力是指管道在外部温度和内部压力的变化下发生热膨胀、冷缩或其他位移的现象，以及在此过程中产生的剪应力和法向应力。与一次应力相比，二次应力对管道材料的要求更高，需要使用更好的管道材料来应对二次应力对管道的影响。一般来说，如果管道材料具有良好的塑性，则管道仅在第一次施工荷载下不会受损。为了提高管道的承载能力，需要结合管道的具体要求，从技术参数的角度进行相应的设计，以防止管道在使用过程中产生过大的二次应力问题。通过对安全条件的分析和控制，实现了二次应力的有效验证。

对于一些高温管道，需要使用较厚的管道，而不是较薄的管道。尽管管壁增厚可以应对更强的压力，但它也会提高管道的刚度和自重，增加管壁的横截面积，降低管道中的主应力，但次应力保持不变，管道也会增加固定支架上的推力。因此，有必要重新分析管道的灵活性，以便重新检查设备的固定点、支吊架和喷嘴，并检查吊架型号是否合适。

1.3 峰值应力

峰值应力的特点是不会引起管道的明显变形，并能在短距离内迅速衰减。峰值应力可能导致管道疲劳裂纹或脆性断裂。一般来说，管道内外的许多因素都会影响应力值，如共同温度、壁厚、载荷和压力。有必要根据管道的使用时间对其峰值载荷进行疲劳分析。

2压力管道压力分析的主要内容

2.1 压力管道应力分析的前提

在分析压力管道的应力之前，技术人员必须遵循其主要前提。首先是温度的计算。整个分析过程应在20℃左右的温度环境中进行。在正常运行情况下可能发生的任何紧急情况都应综合考虑，如吹扫、启动、停机、除焦等，并采取预防措施。其次是压力的计算。压力管道的压力分析与压力密切相关。因此，还应考虑内外压条件下的整个应力分析过程，并计算压力和温度耦合时的最大压力值。在建筑中，就像两颗豌豆一样，压力管道的结构相当复杂。这将导致很多原因。甚至风力、地质条件和其他因素也可能成为影响因素。因此，还认为压力管道应力分析的关键也是载荷。荷载主要包括：（1）压力荷载。在压力管道壁上，压力管道需要承受许多不同的介质内压，荷载计算是在各种不一致的内压下进行的；（2） 连续负载。连续荷载由自重荷载和偏心荷载组合而成。前者是在重力加速度下形成的，后者是在支吊架的反作用力下形成的；（3） 热膨胀荷载是一种非坍塌荷载。当压力管道的内部和外部温度不同时，就会产生温差，正是因为这种温差导致热膨胀和冷收缩的影响，从而产生热膨胀荷载；（4） 位移荷载，当压力管道移动时，由于压力管道在安装过程中会导致温度的产生，并且温度从冷到热的变化过程会产生一定的约束，所以附加荷载，位移荷载，慢慢形成；（5） 意外荷载在外部突然冲击下会导致荷载的出现，对压力钢管产生一定的影响。它具有一定的偶然性和不确定性，但这种影响不会长期存在，只是暂时的，不会对压力管道造成太大的损坏。

2.2 压力管道应力分析的内容

压力管道应力分析主要包括了静力、动力等分析内容。

2.2.1在静力分析中，技术人员需要综合考虑和计算压力荷载和连续荷载作用下压力管道的主应力。这主要是为了防止压力管道变形。在计算压力荷载和连续荷载后，还需要计算热膨胀荷载和位移荷载作用下的二次应力，以防止压力管道过度损坏。压力管道和所有连接设备上的受力也需要测试，以有效确保设备连接的稳定性和安全性。当压力管道法兰出现应力问题时，技术人员应及时采取措施防止法兰泄漏。只有在压力管道发生位移或受到外部冲击时，才能计算静态力。此外，还需对支吊架进行静力分析管理测力，以全面保证作业安全。

2.2.2压力管道的应力动态分析。首先，有必要分析地震时压力管道产生的电力。这主要是为以后的实际应用奠定安全基础。当技术人员计算压力管道在地震情况下的最大动态承载力时，他们可以制定相应的预防措施。在实际操作过程中，如果发生真实地震，他们也可以及时处理。其次，分析了压缩机和泵管路的固有频率和振动模式，以防止在这种情况下压力管路发生共振。第三，技术人员还应分析压缩机管道的振动应力，并分析其具体的振动数值，以防止振动下的疲劳损伤。第四，分析管道气体产生的压力脉动，特别是气柱的固定频率和压力脉动值，以防止压力超限时出现过大的振动，导致压力管道松动等故障。最后，技术人员需要分析支架的受力情况，为结构设计提供重要依据

2.3压力管道静力分析与动力分析之间的联系

在压力管道应力的具体分析中，静力分析的主要内容是设计压力管道的柔性。在特定的特殊环境中，压力钢管可以克服或逐渐适应热膨胀和位移引起的变形和断裂，压力钢管的应力可以限制在一个固定的范围内。然而，即便如此，当技术人员发现问题存在时，他们仍然需要及时采取措施进行补救，以免造成更多更大的故障。动力分析的主要内容是对压力管道进行抗振设计，尽可能地减小压力管道的振动。当振幅相对较小时，有时可能是正常现象，但当频率和振幅超过一定限值时，技术人员应注意并采取一些措施来减少或完全消除压力管道的振动。

结束语

总之，压力管道的应力分析是一项复杂的工作。其主要内容是对压力钢管进行系统测试，掌握压力钢管在运行过程中受应力影响的实际状态，并根据分析结果采取相应的改进措施。因此，必须确保分析过程的准确性，以确保压力管道的正常运行。

参考文献

[1]特种设备—压力管道应力分析的内容及特点[J]. 梁业隆. 居舍. 2017(26)

[2]压力管道应力分析的内容及特点[J]. 陈跃飞. 应用能源技术. 2016(04)

[3]论压力管道应力分析的内容及特点[J]. 邹梅芳. 冶金动力. 2014(08)

[4]压力管道应力分析的内容及特点[J]. 唐永进. 石油化工设计. 2018(02)

黄东江

男

大庆惠博普石油机械设备制造有限公司黑龙江省大庆市163517