石油化工压力管道柔性设计的浅析

石油化工压力管道柔性设计的浅析
李洪昌;王晓迎
【摘要】管道柔性的好坏通常与管道应力有关,目前对于管道柔性与应力分析问题的研究越来越多.在这一背景下首先阐述了石油化工管道应力分析方法,然后分析了管道应力的设计要求,之后说明了管道应力分析步骤及管道布置调整问题,最后通过几种管道应力分析设计,对石油化工压力管道柔性设计要点进行说明,希望能为相关人员带来一定的启示,提高压力管道的设计与布置水平.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2019(045)003
【总页数】1页(P27)
【关键词】管道应力;石油化工压力管道;柔性设计;应力分析
【作者】李洪昌;王晓迎
【作者单位】洛阳瑞泽石化工程有限公司,河南洛阳 471003;洛阳瑞泽石化工程有限公司,河南洛阳 471003
【正文语种】中文
【中图分类】TQ055.81
在石油化工装置中，压力管道是重要组成部分之一，管道设计的合理性直接影响化工装置能否正常运行，一旦管道柔性不足，就有可能导致位置移动，管道断裂等现象。

所以相关设计人员都要非常关注管道布置与管道柔性设计问题，要按照工艺要
求，提高管道柔性设计水平，本文主要分析了石油化工压力管道柔性设计问题。

1 管道应力分析方法
要想判断石油化工管道柔性是否合理，首先要对管道进行应力分析，具体考虑内在应力与外在负荷问题，具体对管道的一、二、三次应力进行分别验算，通常可以采用公式法、经验法和计算机技术进行分析。

目前最常用，最有效的方法是计算机分析法，工作人员可以使用CAESR/Ⅱ管道应力分析软件操作，这样可以提高分析效率。

而公式法分析较为复杂，如今已经很少应用。

2 石油化工压力管道应力分析的设计要求
在进行管道应力分析设计时，需要注意管道布置的问题，为了提升应力分析与设计的方便程度，工作人员可以调节管道空间走向与支架数量，选择科学的支架形式进行管道连接，尽可能避免管道热胀冷缩出现泄漏现象。

一旦管道柔性不够，在推力过大时就可能使设备变形、管道支架移动，最终导致管道断裂，所以要注重管道布置的合理性。

另外，判断管道柔性是否达标，需要分析管道应力及其作用力，具体可以从三方面入手进行判断。

第一，在内压和外在作用下，管道会出现一次应力，一次应力应该高于材料所需应力，通常情况下，只需按照规定进行管道选择即可承受一次应力。

当出现持续外在应力时，管道也可凭借支吊架的作用抵挡受力。

第二，管道热胀冷缩时会出现二次应力，此应力应该小于材料膨胀的许用应力承受范围内，当管道二次应力超过范围，而一次应力小于管道所需应力时，可以将一次用力加入许用应力，达到提高许用应力范围的目的。

第三，对于气压机、汽轮机等机械的管道而言，出口嘴上的管道推力与力矩在制造商提出的允许规定内即可。

3 管道应力分析步骤及管道布置调整
在具体进行石油化工管道应力分析和布置时，需要做好以下几方面的工作。

①要根据化工装置的具体情况确定应力分析范围。

②根据应力计算与装置的要求，提前设计管道走向以及支架位置、形式，一般选用吊架或滑动支架较好，而垂直管道科学
要设置导向支架。

③工作人员要提前规划管道应力计算的三维视图，标清管道等级、操作温度、阀门位置等相关信息。

④可利用应力分析软件进行具体的应力分析。

⑤工作人员要根据应力分析结果，进行管道空间布置，适当调整支架吊架位置，直到确保应力和作用力符合标准为止。

4 几种重要管道的应力分析设计要点
4.1 加热炉转油线
在设计加热炉转油线时，应该考虑到减压蒸馏装置布置问题，塔前蒸发段直管应该大于15m，各分支管需要对称布置，这样利于对转油线进行应力计算。

在具体设
计时，可以将炉出口前的炉管作为参考部分，之后将支架设置在圆筒炉的立管顶部，将导向管套设置在下部回弯头处，这样即便管道发生热胀下移，也不会对上部连接管产生影响。

顶部支架可以设置为承重支架，这样可以提高活动范围，活动范围应尽量保持在50mm内，这样既可以提高管道柔性，也利于实际现场操作。

在操作带有再生或烧焦系统的转油线时，需要结合管道自重与垂直方向位移问题进行具体分析，尤其吊架设计方面，要先进行条件计算，之后再核算管道柔性。

4.2 汽轮机与气压机进出口连接管道
气压机这类高速转动设备的管道连接要求较高，不仅需要预留机器膨胀裕度，还要尽量使部件位置紧凑。

所以具体进行管道布置设计时，要在管道满足应力设计需求的基础上，达成出口嘴的允许受力要求。

可以在距离出口嘴较近的位置放置固定支架，管道方向尽量与出口嘴的位移方向一致。

例如出口嘴向下，可以在下方设置弹簧支架。

同时要限制对嘴口的力矩与作用力，为了防止管道发生激烈震动和侧向位移等问题，一定要和设置导向支架，并对支架的负荷进行计算，尽量减少嘴口的受力程度。

5 结束语
为了实现石油化工压力管道的正常运行，需要进行管道的应力分析。

尤其在进行压
力管道设计与布置时，要考虑到管道自身的用力设计要求，还要结合具体情况，考虑到设备的允许受力要求，全方位地提高管道的柔性，避免管道断裂问题的发生。

参考文献
【相关文献】
[1] 华斌.压力管道柔性设计及金属波纹管膨胀节的选用[J].中外企业家，2018（2）：156.。