工业管道应力分析与工程应用
（山西铝厂设计院有限公司，山西 河津 043300）摘 要：工业管道是工程项目的内容之一，被广泛应用到工业领域中，为了提升工业管道的应用价值，增加工程应用的合理性，保障工程生产的安全和稳定，对管道的工程应用进行分析相对重要，文章结合管道的应用条件，全面阐述了工业管道应力分析的工程应用价值。
关键词：工业管道；应力分析；工程应用
前言
工业管道的应用范围较广，它形成的工艺流程也较多，其形成的生长环境相对复杂，工业管道应用的环境条件也较为苛刻，为了保证工业企业的正常生产，优化企业生产流程，企业对工业管道的应用提出了全新的需求[1] 。工业管道应力分析在工业领域有着重要的作用，对于工业管道的应力分析，可以全面提升工业生产的安全性，对管道进行优化设计，可以有效节约材料、降低能耗、改善工作环境、提高生产安全系数，从而优化企业生产配置。
1 管道应力分析
工业管道应用分析中，主要通过计算机技术的全面应用，形成有效的分布值。其实，通常所讲的管道应用分析工作，及应用的流程相对简单，它主要是为了完成广大应用计算的分析工作，其形成的管道应用分析包括了力学分析，并根据实际的计算结果规范应用要求，全面保证工业管道自身的利用价值1.1 静力分析
（1）通过采用管道静力分析，对管道的内外压力负载情况和自重荷载等进行观察，使得管道的应力值处于管道允许值范围内，保证管道的安全性。（2）要全面计算管道应用的作用力，通过作用力的有效避免，从而保证设备的正常运转，设备与管道连接处应避免受力过大[2][3] ；（3）在对管道支架进行受力计算过程当中，要结合支架的具体情况进行实际处理。
1.2 动力分析
（1）要对动设备进行振动分析，全面分析其形成的振动频率及振幅，并通过振动效应的有效计算，减轻及避免振动对管道系统及设备的影响；（2）全面计算设备形成的作用力，要避免形成的作用力相对过大，从而确保设备能够在正常条件下稳定运行。设备管道的角力值要在安全值内；（3）对管道的支架受力情况进行全面分析，通过对支架的有效设计提供安全保障。（4）通过管道系统的整体振动分析，实现对管道频率的有效管理，从而起到有效的控制作用。
2 工业管道应力分析的主要目的
一般条件下，管道设计工程师在完成对管道的配管设计后，需要对管道应用进行柔性分析，并结合实际情况进行应力计算，对管道的应力分析主要包括以下几点：（1）计算之后需要根据管道的应用条件形成有效的控制结果，从而保证其数字在安全指标之内；（2）要保证管道连接的正确性，确保设备管口的负载量不会超过标准规定；（3）在设计管道的过程当中，要全面保证连接部分的安全性，从而使得其操作在范围允许之内；（4）管道计算要在不同的约束条件下进行位置的复核；（5）要确保管系的结构固有频率与介质（气、液柱）固有频率及激振频率错开；（7）要对管道设计进行优化处理。
3 工业管道应力的分析内容
管道应力分析主要包括三个方面的内容：形成有效模型、真实分析边界效果、形成正确的计算结果。所谓形成有效模型，就是通过管道的系统分析，将管道形成一定的离散形式，从而简化整个数学的操作模型，提升了模型的正确应用[4] 。应力分析是主要解决形成的边界问
题，它主要表现在工程的有效约束和管口的具体模拟之中，它真实的模拟管道应力的边界，形成的有效环境，从而形成正确的计算结果。
正确的计算结果需要通过支架的有效配合，而结合力学技术进行化工机器的理论分析，促进了工业经验的有效利用。
4 工业管道应力分析的应用
4.1 管道热应力和柔性调整
管道柔性是通过管道自身热胀冷缩的表现，形成一定的位置迁移。
在管道的图纸设计前期需要全面分析工业管道的柔性作用，对于形成工业管道质量的因素进行全面分析，对管道铺设的条件进行合理计算，全面降低问题的发生概率，要杜绝管道断裂现象的形成，从而杜绝不良事故的产生。此外，设计工作人员需要通过内外环境的分析，全面计算管道伸缩的长度，从而有效的降低生产成本。在考虑管道柔性效果的过程当中，要结合外界的环境因素分析管道的影响作用，同时还要根据实际情况进行管道的支点调整[5] 。例如，在外界条件允许的情况
下，要利用管道的柔性特征，在不经外界管理的情况下对管道进行自然转移，从而通过仪器的补偿增加管道的柔性作用，而全面降低管道的作业难度。
4.2 管道振动的缓解措施
工业管道的介质在传输过程当中会造成管道的振动，如果管道长期处于振动状态，则会形成管道的疲倦现象，导致管道材料应力疲劳，管道破损，介质泄漏，而形成安全事故。
消除管道震动的策略：（1）对管道的材质进行选择。为了减少震动现象的产生，首先要选择抗震性较强的材质，并且具有较强的弹性作用。（2）在管道快速转移的过程当中，要设置有效的缓冲器，从而全面降低材料的动态强度。（3）在管道实际设计运营过程当中，要通过管道的弯头处理，提升管道的应用效果。（4）在材料及壁厚满足条件的情况下，尽量选择直径较大、管壁较薄的管道。
4.3 支吊架的合理设置
管道应力分析过程当中要通过支架的有效管理，全面设置管道的应用体系。如果支架位置设置不合理，就会导致管道在运行过程中因应力集中或应力过大而被破坏，所以合理选择支架形式，布置支架位置十分重要。为了保证支架的位置合理性，需要符合以下几点要求： （1）支架选择合适的间距，确保管道支撑位置的合理性；（2）要充分利用管道的自然条件，设置合适的导向、滑动或固定架，满足管道的柔性需求；（3）通过合理设置固定支架，确保管道的位移量在允许范围内；（4）不同形式的支架合理搭配。
4.4 采取冷紧施工方法
采用冷紧的方式将管道在热态下的一部分应力集中在冷态，可以有效降低管道在热态下的应力和力矩。冷紧施工方法可以在不改变材料及管线布置的情况下，补偿部分管道热态下的变形量，有利于控制端点的推力和力矩，可防止法兰连接处因弯矩过大导致的泄漏现象。
但是对于与敏感设备相连的管道，不宜采用冷紧安装方法。
总结
总得来讲，在管道设计的过程中，应力分析具有十分重要的作用，不仅可对管道设计是否合理进行精确评价，而且可对配管设计的优化起到指导作用，所以需要对管道应力进行有效分析。同时在整个管道应力分析过程当中，由于受管道布置、走向、介质条件等等因素的影响，管系形态复杂多样，其分析内容也相对较多，为改善管道系统应力状况，需要通过柔性管理的方法，全面提升管道布置的合理性。
参考文献
[1]张峰燕.工业管道应力分析在化工设计中的应用及探讨[J].化工管理，2019(16)：201.
[2]GB50316《工业金属管道设计规范》
[3]GB50235《工业金属管道工程施工规范》
[4]赵飒.工业蒸汽管道的设计及应力分析探讨[J].山东化工，2019，48(10)：152-153.
[5]王伟，张守杰，杨彬，李俊峰，肖梦凡.管道应力分析软件 PepS 与CAESAR Ⅱ的应用对比[J].化工设备与管道，2019，56(02)：78-84.
