石化管线的受力分析

石化管线的受力分析

丁玉雷 张洪胜 李强

大庆炼化公司检维修中心

摘要：为了提高油气管线的使用效率，减少事故的发生率，提高运行的安全性、可靠性和持续性，本项目以石化管线的受力特性及分析模式为切入点，以石化管线的受力特点及分析模式为切入点，研究石化管线的受力分析策略。

关键词：石化；管线；应力分析

1管线应力的基本概念及其计算方法

1.1管线应力的基础认识

管线的压力是由重力、压力和其它外力共同作用而产生的压力。根据管线的受力方式，管线的受力有多种形式，既有外力作用，也有内部压力，也有可能是由于管线自身重量造成的，也有可能是由位移、热胀冷缩等原因造成的。为此，必须对管线进行精确的设计，以防止在输送过程中出现不正常的应力，从而影响管线的稳定输送。对管线进行受力分析，可以保证管线的受力符合规范要求，从而达到优化管线设计、提高输送效率、减少不需要的费用投入等目的。

1.2石化管线的应力计算值

(1)可以对管路的结构进行优化，消除了管路的压力对管路稳定性的影响。石化管线施工时，管线内会产生一定的压力，受油品等输送介质的波动作用，管线内会产生较大的压力，从而影响管线的密封性和稳定性，甚至引发重大的安全事故。然而，对管线进行受力分析，可以实现管线结构的优化、内压分布、消除应力矛盾，提高管线的安全稳定运行。

(2)提高油品及其它媒介的输送品质。石化管线在输送有关能量的过程中起着重要的作用，当管线发生应力问题时，将会增加管线的输送风险和输送效率。但是，对管线进行应力分析，可以提高管线的抗应力能力，促进管线抗压，提高管线的输送效率。

2石化管线的受力形式及其分析

2.1石化管线的受力形式

从石化企业的角度出发，全面、深入地研究和分析管线的受力状况，是管线敷设及后续稳定运行的关键与基础，直接关系到管线的最终收益。而与管线的应力的基本概念相联系，可以看到它的特点主要有以下3个方面的表现。

2.1.1主应力

油气管线的初级应力，主要是在地球引力的作用下，在管线内的压力和其它各种力的共同作用下，在某种程度上是平衡的。当管线在外力作用下，管线将产生不可恢复的几何形变，在没有相应的外力作用下，管线仍将发生塑性流变，从而导致管线结构的失效。实际上，主应力可以分为突发性和长期性的，前者包括了由地震荷载等原因引起的，而后者则是在一定的外部压力因素的作用下所产生的应力。按其作用区域可划分为初始弯曲应力、初始局部膜应力和初始总膜应力等。因此，在进行管线设计时，必须严格控制初始应力，并根据极限分析和弹性分析等因素，对管线的主应力进行校核，以保证其不超过管线的允许应力。

2.1.2次生应力

油气管线二次应力是指当管线受到外部因素的作用而产生的应力，如剪切应力、正应力等。从这一点来看，该压力来自于管道本身，具有对应的自我限制。例如，在长期服役过程中，由于外部温度的作用，管线会发生变形，进而产生二次应力，从而影响管线的稳定。在二次应力作用下，输油管所受的损伤即为疲劳损伤。实际上，由于目前管线成形良好，初期产生的二次应力不会引起管子的破裂。只有在反复的、多因素的共同作用下，才有可能发生疲劳损伤。

2.2管线受力计算模型

2.2.1管线应力分析的目标和目标

管线受力分析。①保证管线的受力在规定的范围之内，从而防止管线在后期由于应力的作用下发生各类破坏现象。②对管线的结构进行优化，既能提高管线的利用率，又能延长管线的使用寿命。③为实现管线的安全稳定运行提供理论依据。④对相应的支护结构进行受力分析，得到优化的支护方案。

2.2.2管线压力分析的具体内容和目的

针对石化管线的受力特点，对其进行了静态分析与动态分析。

静力学分析包括：①主应力的分析。该方法主要是结合连续加载，加载，加载，加载等方法，求出应力资料。②对二次应力进行分析。该方法的基本思想是根据终端位移和热胀冷缩等因素，进行应力参量的计算。③对设备进行受力分析。该方法主要是根据管线与设备之间产生的力来求取各种力。其主要目标是防止外力太大，从而影响管线设备的正常运转；④对支架的受力进行了分析，以便为后期支架的设计和构造等工序的制定奠定基础；⑤计算法兰受力资料，以防止因接法兰而造成管线渗漏。

研究内容包括：①对管线的固有频率进行分析，以防止管线发生共振；②受迫地震反应的研究，旨在掌握管线的受力状态和振荡状态；③对管线的压力波动进行分析。根据往复式压缩机的工作原理，对其数据进行了分析.其目标是控制管线的脉动压力；④以消除气柱谐振为目标，对气柱频率（液体）进行了分析。

2.2.3管线的安全性影响因子

一是对主应力的安全性进行分析；对这一问题的研究应采用弹性原理。它的基本涵义就是要对管线的初始应力进行适当的限定，使之不能超出管线的设计限值[4]。然后，将安全系数导入到结构的分析和计算中。从分析方法的精度、分析方法的检验方法、载荷数值的偏离程度、材料的稳定性等方面进行了分析。另一方面对二次应力的安全状况进行了分析。其安全性评价准则是：如果管线在多次改变的条件下，没有发生塑性变形，也没有继续受力，可以视为安全。如果管线在连续停用或使用期间反复发生塑性变形，则可判断管线的应力失稳，从而判定管线不安全。

3石化管线的受力分析方法

根据以上几种主要的受力形式和计算模式，在进行管线设计时，应该考虑如下几个方面。

1.对管路的挠性设计应给予足够的重视

实践表明，对管线进行柔性设计，可以提高管线的受力性能。所以，在管线的柔性设计中应该引起足够的重视。考虑到管线的柔度受诸多因素的影响，在加强和柔度设计中应考虑如下几点。

(1)在满足应力要求的情况下，应对管线的几何参数进行优化

管线的几何尺寸对管线的使用性能有很大的影响，并可能引起各种各样的病害。①要根据管线的具体运行环境和生产企业的具体技术，对管线的外形进行优化，使之更接近于实际的应用环境[5]；②根据管线的布置方向等因素，进行补偿曲线的设计，以保证管线的柔度，应适当增加弯头的数目；③要全面考虑管线的最优构型，并对管线可能产生的受力状况进行分析，确保管线的挠性设计合理。

(2)对弹簧吊架的科学应用

弹性支吊架的合理应用，可以减少各种外部因素对管线设备的影响。造成这种现象的主要原因是，如果弹簧支吊架的用量太大或太小，将对管线的结构体系产生不利的影响。为此，设计者在进行管线受力分析和数值模拟时，必须考虑管线的变形保证规范，并考虑不同环境和情景下的管线弹性支吊架对管线的约束和防护效应，从而提高管线的防护效能。

(3)预留应力

主要是在管线的敷设过程中，要按照预先设计好的预应力对管线施加应力，以此来减少管线所受的应力，使管线处于稳定可靠的规范应力状态。

4结语

面向石油化工管道安全可靠、有序输送的新要求，基于此种管道应力分析理念的内涵与价值，必须以安全发展为导向，持续优化应力分析的思想与技术体系，持续完善管道应力控制方式，为油气管道的安全稳定运行创造一个更好的环境，为油气管道的深度发展打下坚实的基础。对石化管线的受力进行了详细的分析，为石化管线的受力分析提供了有益的借鉴。但也有一些不足之处，需要对其进行更有效的受力分析，以促进这一学科的深入发展。

参考文献

[1]杨学松.管道应力计算软件在化学工程设计中的应用探讨.

[2]王进飞.安全阀门在化工生产过程中的技术设计和管线的受力情况..化学管理，2022 (1):120-122.

[3]刘志强.《化工管路设计中的管路受力问题》.《化学工程》，2019 (2):202-203.

[4]张峰燕.化学工程设计中的管线受力分析与讨论[J].化学管理，2019 (16):201.