压力管道应力探析

压力管道应力探析

李赵 付红栓

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

摘 要：管道之于城市，如同动脉静脉之于人体，输送着新鲜的血液，在现代化文明城市中，管道已然成为其中不可或缺的重要组成部分。随着社会现代化发展，对管道的设计和装置有更高的要求，其安全性、合理性、投资经济性成为管道设计工程师新的攻坚课题。管道应力分析在管道设计中发挥着重要的作用，直接影响着管道工程最终质量，充分的展开管道应力分析研究，优化管道设计方案、节约工程材料，进而降低管道项目成本。

关键词：压力管道；应力分析；分类；内容；

在我国石油、化工工程建设中，压力管道被广泛应用，由于压力管道运送的物质具有特殊性，因此，对压力管道的安全系数有着较高的要求。受到技术、管理等因素的影响，当前我国压力管道在实际的应用中存在着大量问题，带来了一定的安全隐患，压力管道一旦发生泄露或是爆炸，必定会引发严重的事故灾害，造成惨重的损失。因此，在管道设计装置中，加强其安全性能，及时的对相关问题进行改进。

一、压力管道应力分析的重要性

随着压力管道的普遍应用，越来越重视压力管道的安全性能，其中压力管道应力分析可以有效的提高压力管道在使用中的安全性。压力管道应力是指在单位面积内管道构件所承受的压力。由于外力的荷载作用产生更大的应力，当应力大于管材承受力时，就会造成压力管道出现变形、开裂等现象，进而加大了事故的发生的几率1，因此，对压力管道应力情况进行科学、精细的分析，通过相关载荷计算，确定相关的设计参数作为合理配置管道的重要依据，将压力管道的应力控制在管材承受力范围内，防止管道事故的发生。

二、压力管道应力的分类

众所周知，在压力管道使用过程中，压力管道应力是其中重要的考虑因素，在进行压力管道应力分析前应充分的了解管道应力的相关分类，根据我国当前压力管道的使用情况，将压力管道应力分为以下三类：

（一）一次应力

压力管道通常受外力影响，包括外界压力、自身重力、风力、甚至是撞击力，受各种外力影响产生的压力管道应力叫一次应力。其特点表现为，一次应力同外界压力的条件一致，当外界压力逐渐增加时，一次应力也随之增加，与外界压力呈平衡状态，缺乏自限性2。当一次应力逐渐增加时，其数值超过管材承受力范围，同时管材无法达到相关要求时，导致压力管道出现形变，使压力管道破损，加大了安全隐患。因此，对一次应力采取有效的控制手段至关重要，在保证压力管道材料不发生任何物理形变的情况下，确保在一定压力下压力管道依旧保持良好的形态。同时，根据相关的分析条件对一次应力进行校核。

（二）二次应力

压力管道受外部温度或内部压力变化的影响，因热胀冷缩或其他原因而发生形变现象，导致形变发生的管道应力称为二次应力。相较于一次应力，二次应力对管材的要求明显较高，通过使用良好性能的管材，可以有效的抑制二次应力的产生，进而减少相关的形变现象产生，避免压力管道因二次应力而遭受破坏。通常来说，具有良好塑性的管材并不会在第一次投入施工就会遭到损坏，但是，要根据压力管道使用要求，利用相关的技术参数进行合理的设计，在提高压力管道的承载力的同时，控制压力管道投入使用后产生较大的二次应力，进而降低二次应力过大引发的安全事故的发生几率。与此同时，利用相关的措施加大执行力度，进而实现二次应力的校核。

（三）峰值应力

由于受到局部结构不连续或局部热应力等因素影响产生的集中应力，附加在一次应力和二次应力的应力增量叫做峰值应力。其特点是：其一，既有自限性又具有局部性。其二，受到局限性影响，长时间的峰值应力作用下，并不会对压力管道造成明显的变形，但是受其影响，会有疲劳裂纹或者是脆性破裂现象出现。在压力管道内外部，影响应力值的因素有许多，例如温度、管道壁的厚度、压力等等。

三、压力管道应力分析的主要内容

（一）静力的分析

在静力分析中，第一，计算出在外界压力连续作用下对压力管道产生的一次应力，防止因一次应力作用对压力管道造成的塑性变形。第二，计算出在热胀冷缩和位移荷载作用下对压力管道产生的二次应力，预防压力管道疲劳损坏。第三，可以有效的计算出压力管道和其连接设备间的作用力，保证压力管道和设备进行连接时的安全稳定性3。此外，值得注意的是，静力计算的前提条件是压力管道处于外力撞击或是位移的情况下。通过静力的计算分析，可以有效的保证压力管道施工作业可以安全、顺利的开展。

（二）动力的分析

首先，进行计算分析地震情况下压力管道产生的动力数值，一来，可以为压力管道的实际使用提供重要的数据基础，二来，提前计算出压力管道最大承受力，提前做好相关的预防措施，未雨绸缪，在面对真正的地震时，可以及时的得到妥善处理。其次，有效的分析泵管道和压缩机的相关参数，防止压力管道在泵管道和压缩机运行时产生共振，避免相关事故的发生。第三，针对压缩机震动应力进行计算分析，制定相关措施，有效的预防对振动下的疲劳破坏。第四，针对压力管道内的其他压力脉动进行分析研究，有效的预防在压力过大的情况下产生过大的振动。最后对压力管道支架的荷载状况进行分析，为压力管道的结构设计提供重要的依据。

（三）压力管道静力分析和动力分析的联系

在进行压力管道应力分析时，静力分析主要围绕压力管道的柔性设计，期待利用压力管道材料的柔性性能实现压力管道在实际使用中的需求，还可以有效的保证抵消由于热胀冷缩或是位移变化产生的形变。而动力分析主要就是防止压力管道共振现象的出现，保证压力管道的刚度，防止因外力干扰产生振动。众所周知，柔性和刚度相对，保证压力管道柔性时，刚度较小，容易产生振动，反之，保证压力管道刚度时，柔性较差，难以抵消二次应力。

结束语：综上所述，压力管道应力分析有着重要的作用，为了有效的提高压力管道在使用过程中的安全性，根据压力管道应力分析结果，结合的实际情况，选择适合的结构和管材，进而实现压力管道的使用要求。

参考文献：

[1] 陆玲仙. 压力管道应力分析的内容及特点[J]. 丝路视野, 2020，(06):10-11.

[2] 邹梅芳. 论压力管道应力分析的内容及特点[J]. 冶金动力, 2019，(08):04-05.

[3] 陈曦. 在用压力管道应力分析及安全评定系统的开发[D]. 大连理工大学, 2020，(12):01-01.