化工管道设计中的管道应力该如何正确分析？

近年来，我国对化工管道的需求不断提高，管道设计技术水平不断提高。管道设计是工厂设计过程中的主要环节。在化学管道设计过程中，更重要的步骤是分析管道的应力。化学管道的应力分析是化学管道设计的基础。只有计算化学管道的应力，才能开始化学管道的设计。因此，我国越来越重视化学管道的应力分析，以节约项目成本，提高项目效率。

1/化工管道应力的分类

应力是物体在连接介质力学的作用下在单位面积上承受的作用力。其概念强调物体在单位面积上承受的附加内力。因此，在化学管道设计过程中，应注意管道不能在载荷作用下，热膨胀、冷收缩、位移或连续外载会使应力过大，防止化学管道在运行过程中塑性变形。这需要在设计化学管道时仔细计算和分析管道的应力，然后根据管道的应力数据选择化学管道的材料。化学管道的应力一般分为一次应力、二次应力和峰值应力三种。下面笔者就来介绍这三种不同应力的特点。

(1)一次应力一般是由于外在赋予的荷载而形成的，比如重力或压力这种外在的作用力。一次应力是非自限的，也就是说，一次应力不能具有化学管道本身的抗压性，抵抗外力，使化学管道本身承受重力或压力等巨大的外力。同时，一次应力可以满足外部载荷所需的承载力，从而达到平衡应力和外部载荷的目的。当化学管道材料承受较大的力时，由于材料承受过多的力，化学管道容易产生塑性变形，导致管道损坏。因此，化学管道承受风载荷、水冲击、地震振动等自然因素时产生的应力应为一次应力。

(2)二次应力化学管道荷载应力类型也是化学管道作业中常见的一种。二次应力一般是由于天气、温度或其他影响引起的化学管道材料的热升或冷缩引起的。与一次应力相反，二次应力本身是自限的。换句话说，当化学管道材料的载荷超过承载能力时，管道的局部区域会因为无法承受外部载荷而在小区域发生塑性变形，但在塑性变形一段时间后，化学管道可以根据自身的张力平衡应力，使管道承受的应力分布均匀，分散塑性变形区域的应力，防止管道损坏。

(3)峰值应力是指一次应力和二次应力的附加应力，由于化学管道部分零件的松动或脱节以及局部热效应的影响而增加。峰值应力不同于一次应力和二次应力，不会对化学管道造成明显的塑性变形，但会使化学管道从内部结构慢慢开裂，不断积累裂纹的量变，然后实现质变，对管道造成损坏。因此，峰值应力的主要原因是人为损坏和零件损坏。

2/化工管道降低应力的方法

由于化学管道在工厂中起着重要的作用，严格地说，化学管道需要进行所有的应力分析、无缝弯曲，并根据管道的温度、直径、压力、壁厚、连接设备的负荷要求来确定降低应力的方法。下面就介绍几种目前我国设计化工管道是应用较多的化工管道降低应力的方法。

(1)增加管道灵活性的方法是改革化工管道的材料。采用更灵活、更耐压的材料，改善化学管道的硬件设施。在选择化学管道材料时，尽量选择更灵活、不易开裂的材料，提高化学管道承受峰值应力的能力，达到不易损坏的目的。同时，选择简单、弯曲小、悬挂线，用指甲固定化学管道。这可以减少化学管道受自然因素的影响，减少应力的作用力，降低工程成本。

(2)利用冷紧的方法采用冷紧的方法就是利用一部分的化工管道的热应力来使化工管道的局部实现热胀应力，在化工管道的热态下，对其某一区域进行集中的推理与力矩，以达到减少区域的应力。这种减少应力的方法可以地防止化工管道的弯度过大而导致的泄漏现象。

(3)化学管道设置管道支架容易损坏的原因之一是承受的重力过大。因此，为了降低化学管道的应力，首先要降低化学管道的重力。这时，就可以利用管道支架来减少化工管道承受的应力。在选择管道支架时，要注意到支架的材料、性能和承重能力。尽量选用、高抗压度的材料，设置在化工管道的弯处，以减轻管道弯路的应力。

3/结语

总而言之，在化学管道的设计过程中，更重要的是分析化学管道的应力，分析化学管道的应力不是目的，然后目的是将分析结果应用于减少管道应力。化学管道由工厂运行。偷工减料的化学管道容易造成化学试剂和有毒物质的泄漏，后果不堪设想。因此，在加强化学管道应力分析技术研究的同时，也要严格监督化学管道的建设，使化学管道的设计技术达到更高的水平。

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