浅谈工业管道的柔性设计

ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０２２，３２（３）石油化工管道的柔性设计胡艳求 武汉金中石化工程有限公司　武汉　４３０２２３摘要　本文介绍了管道柔性设计的意义及影响管道柔性的因素，对管道柔性设计的方法进行探讨。

提出了改善管道柔性的几种方法。

通过设计实例，详细分析通过优化管道空间走向来改善管道柔性，降低管道热载荷的技巧，为同类管道的设计提供参考。

关键词　管道　柔性　刚度　载荷胡艳求：工程师。

２００９年毕业于武汉工程大学过程装备与控制工程专业。

主要从事管道应力分析和配管校审。

联系电话：１５０７２３２６０９２，Ｅ ｍａｉｌ：ｈｕｙａｎｑｉｕ１６８＠１６３ ｃｏｍ。

１　管道的柔性设计管道柔性反映了管道变形的难易程度，表示管道通过自身变形吸收由于温度变化引起热胀、冷缩和其它位移产生变形的能力。

压力管道柔性设计的目的，就是使管道系统在各种工况下具有足够的柔性，防止由于管道的温度、自重、内压和外载变化或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况［１－２］：①管道应力超标或金属疲劳导致管道破坏；②管道接头连接（含弯头、三通）处泄漏；③管道的热胀冷缩引起推力或力矩过大，造成设备管口受力超过设备设计标准，影响设备正常运行；④管道热胀冷缩引起的推力或力矩过大引起管道支架或生根结构件破坏。

１ １　管系柔性改善的方法１ １ １　优化管架位置及型式不同的支架型式对管系的热胀约束作用是不同的。

刚性支架的刚度无穷大，限制了约束方向的位移；弹性支架的刚度较小，它对管道有一定的约束作用，同时又允许管道有一定的位移［３］。

优化管道支吊架的型式和位置来改善管道柔性时只能在一定范围内改善管道柔性。

１ １ ２　优化管道的空间走向在管道布置时，设备布置一般不再调整，因此管系两端的位置也就固定不变了。

当管道在某一方向过于刚硬时，增加与其垂直方向的管道长度可减小管道刚度［２］。

可以在平面和空间布置允许的情况下，将管道走向优化，将管道整体走向改为“Ｌ”形管段、“Ｕ”形管段或空间“Ｚ”形。

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压力管道柔性设计 1. 管道的基础条件包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。

2. 管道的计算温度确定管道的计算温度应根据工艺设计条件及下列要求确定： 1) 对于无隔热层管道：介质温度低于 65℃时，取介质温度为计算温度；介质温度等于或高于 65℃时，取介质温度的 95%为计算温度； 2) 3) 4) 5) 6) 7) 对于有外隔热层管道，除另有计算或经验数据外，应取介质温度为计算温度；对于夹套管道应取内管或套管介质温度的较高者作为计算温度；对于外伴热管道应根据具体条件确定计算温度；对于衬里管道应根据计算或经验数据确定计算温度；对于安全泄压管道，应取排放时可能出现的最高或最低温度作为计算温度；进行管道柔性设计时，不仅应考虑正常操作条件下的温度，还应考虑开车、停车、除焦、再生及蒸汽吹扫等工况。

3. 4. 5. 1) 2) 3) 6. 1) 管道安装温度宜取 20℃（除另有规定外）。

管道安装温度管道计算压力应取计算温度下对应的操作压力。

管道计算压力管道钢材参数按《石油化工管道柔性设计规范》管道钢材参数按《石油化工管道柔性设计规范》SH/T3041－2002 执行－钢材平均线膨胀系数可参照附录 A 选取。

钢材弹性模量可参照附录 B 选取。

计算二次应力范围时，管材的弹性模量应取安装温度下钢材的弹性模量。

管道壁厚计算内压金属直管的壁厚根据 SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》确定：当 S0< Do /6 时，直管的计算壁厚为： S0 = P D0/(2[σ]tΦ+2PY) 直管的选用壁厚为：式中 S = S0 + CS0――直管的计算壁厚， mm；P――设计压力， MPa；D0――直管外径， mm；[σ]t――设计温度下直管材料的许用应力， MPa；Φ――焊缝系数，对无缝钢管，Φ＝1； S――包括附加裕量在内的直管壁厚， mm； C――直管壁厚的附加裕量， mm； Y――温度修正系数，按下表选取。

关于化工管道应力分析和柔性设计探讨摘要：在化工管道的设计工作中，设计人员需要对管道材料和应力进行全面分析，保证管道的使用效果。

因此，相关设计人员要注重对管道进行应力分析，强化管道的柔性设计，保证管道的结构质量，为化工企业的生产经营提供根本保障。

本文主要关于化工管道应力分析，并探讨柔性设计。

关键词：化工企业；管道应力；管道柔性设计；结构质量在化工企业中，管道应力分析是化工管道设计过程中尤为关键的一环，而就其中的化工管道设计而言，也是整个化工工厂设计中非常重要的组成部分。

一、化工管道应力的基本分类第一，管道一次应力是指管道外加载荷，如在管道设计工作中，经常遇到的重力和压力是常见的一次应力。

由于这种应力作用不会受到限制，使得一次应力成为管道无法抵制的外力和压力。

所以，无论管线如何变形，都需要承担非自限性的一次应力。

管道在设计过程中，需要充分考虑一次应力的影响，通过合理的设计来保证管系受力能够满足一次应力外载负荷的要求。

此外，管道材料的选择会影响管道的设计质量和使用效果，因为管道在实际使用过程中，容易发生塑性变化，导致管道出现破损和震动等问题，使得管道承受不同负荷，加大了管道的一次应力。

第二，管道二次应力是由于管道变形受约束而产生的正应力或剪应力。

二次应力的特点是具有自限性，随着管线的变形而减小。

管道在受到温度影响，热胀冷缩导致管道变形产生的应力为二次应力。

二次应力产生的原因还有管道相连的设备沉降不均匀等。

第三，管道峰值应力主要是因为在设计过程中，其结构中的某些零部件会出现松动现象或者脱落问题，导致管道的一次应力和二次应力出现迅速增加的现象。

虽然管道的峰值应力不会导致管道结构出现塑性变形，但是，管道的整体结构会慢慢损坏，从而导致管道在使用过程中出现裂缝、裂痕等现象，直接瓦解管道整体结构，失去使用价值。

图1 化工管道二、化工管道应力的分析方法第一，经验判断法主要针对运行状态良好，且柔性相当或相同的管道。

利用以往的工作经验或者已经完成分析的管道进行新管道的类比分析。

浅析化工管道设计中的管道应力与柔性设计方法作者：于亮来源：《市场周刊·市场版》2017年第17期摘要：在化工管道设计中，管道应力分析和柔性设计是重要环节之一。

采用柔性设计可以有效控制管道应力，尽可能减小管道磨损，延长化工管道使用年限。

本文对管道系统进行建模，通过静态分析，在管道布局中的所有节点处找到排序的代码应力，代码顺应性应力，元素力和坐标中的力矩以及位移，并提出了柔性设计的方法。

关键词：化工管道；管道应力；柔性设计一、化工管道特点化工管道系统是管道网络，通过使用管道配件和其他特殊组件来执行将流体（液体/气体/泥浆）从一个位置转移到另一个位置所需的模式。

它是输送流体的有效方法，在流体的性质和质量上没有相当大或几乎没有损失。

在工业上，所有管道活动都遵循国际和工业规范与标准的合规性和指导方针以及各地方的法律法规。

通常，化工管道工程应用于以下工业系统中：建筑物服务管道系统；制冷和传热管道系统；液体输送和分配管道（管道）系统；气体输配管道系统；电力管道系统；工艺管道系统；泥浆输送管道系统。

化工管道系统是一种管道工程，用于运输工业过程和制造中使用的材料，以确保其符合健康和安全标准，并满足特定制造工艺的需要。

化工管道可由水管工，以及专门安装工厂组件的承包商安装，与制造设施的其他固定元件一样，需要经过政府监管机构的检查和批准。

这种管道可以广泛使用各种方式。

例如，在食品制造中，化工管道可用于将食品配料运输到装配线上的各个点。

化学制造设施使用工艺管道来运输其产品的组件以及制造中使用的天然气等材料。

炼油厂和类似设施也利用工艺管道来移动化合物。

二、化工管道应力类型有各种故障模式可能会影响管道系统。

管道工程师可以根据管道规范进行应力分析，以防止这些故障模式中的某些故障。

除应力分析之外的一些方法提供了对其他故障模式的保护。

例如，通过材料选择提供防止脆性断裂的保护。

管道规范解决了以下故障模式：塑性变形过大，塑性不稳定或增量坍塌，以及高应变—低周疲劳。

基于应力分析的化工管道柔性设计分析摘要：伴随着我国社会经济的不断发展，化工行业也蒸蒸日上，在百姓的生活经济中扮演者重要角色，因此对于化工管道的安装要求也逐渐增高。

本文主要对基于应力分析的化工管道柔性设计进行分析。

关键词：应力分析；化工管道；柔性设计引言化工工艺管道的伴热设计可防止管道内部的介质凝固、分离、冷凝，还能使管道内部长期保持一个温度。

简言之，伴热设计能优化管道内部的性能，从而实现热量有效传输。

1柔性设计的目的及要求化工管道的特殊性相对较强，除了介质具有很强的危险性以外，在管道沿线位置处存在大量的机械设备，当管道内的介质升温或者降温的过程中，管道将会产生热胀冷缩反应，进而对周围的设备和其它类型设施产生作用力，设备或者其它类型设施会对管道产生反作用力，此时，管道所承受的应力将会大幅提升，对于部分管道而言，其刚度相对较高，在对设备或者其它设施施加作用力的情况下，可能会对设备或者其它设施产生一定的破坏，因此，在对管道进行设计研究的过程中，需要尽可能提高管道的柔性。

2基于应力分析的化工管道柔性设计分析2.1化工工艺管道伴热设计基于应力分析的化工管道柔性设计分析之一是化工工艺管道伴热设计。

在化工工艺管道伴热设计中，应采取套夹伴热的方式，以免出现化工热量消散过多的现象。

实际上，使用管道输送化工介质期间应考虑到介质终端温度、管道内部温度，确保二者温度相同，如二者温度不一致，就要考虑温差问题。

与其他伴热管道方式相比，该方式更有利于保护热能和补充热能。

工作人员应注意管道内部凝点，确保凝点不超过50 ℃。

此时，在根据管道材料选择伴热方式。

在工程中，工作人员应用管道进行气体输送时，应用伴管伴热这一方式的次数较多。

相关工作人员可根据实际情况选择伴管种类，现阶段，常用的伴管种类有两种，分别是蒸汽伴管、夹套伴管。

当装置工况下管道内部积累大量凝固蒸汽，此时，工作人员可考虑选择套夹伴管进行输送。

实际安装期间，工作人员需考虑到伴热设计基本要求选择伴管安装。

78CPCI 中国石油和化工化工设计浅谈离心泵管道的柔性设计和应力分析耿云飞　姜黎明　丁春春（江苏中圣高科技产业有限公司）摘 要：管道柔性设计是指在管道的设计过程中考虑管道的柔性，柔性管道能够有效避免管道因热胀冷缩、端点附加位移及管道支撑不当设置引起的管道受力超限，同时可以防止管道与相连的离心泵之前因过大变形而产生的应力超限，保证管道及相应设备的正常运转。

本文首先介绍了管道柔性设计的目的和方法，提出了控制离心泵嘴管道应力的具体措施，为工程实践提供参考。

关键词：管道柔性设计　推力和力矩　正常运行引言随着我国石油化工产业的飞速发展，工厂中需要输运的物料越来越多。

离心泵是我国工业领域最重要的输运设备之一，工厂中的物料介质有冷态和热态也有气态或固态，离心泵管道常被应用在工业中输送液体物料。

设计管道时应当做到技术先进，经济合理，安装方便，同时还必须保证具有足够的安全度，对离心泵管道进行设计时应当首先遵守柔性设计准则。

另一方面，对管道进行应力分析时管道设计的基础，通过合理的应力计算，可对管道进行完整的强度与安全评估。

管道中的应力是由于管道承受外部荷载、内部液体压力或者热胀冷缩引起，管道在这些状态下的工作应力是非常复杂的，因此有必要对管道进行完整的应力分析和安全评估。

1 管道柔性设计的目的对管道结构进行柔性设计的主要目标是在设计条件下，增大管道柔性。

首先，避免管道受热膨胀或遇冷收缩使管道变形应力过大，导致管道破坏；其次，管道在端部连接处可能因附加位移而断开并产生泄漏；其次，防止因管道支撑设置不当使管道推力和力矩过大，从而对与管道连接的设备造成影响；最后，防止管道推力或力矩值超限，破坏管道的支吊架。

2 管道柔性设计的一般方法管道设计过程中，改变管道走向、增设波纹管膨胀节或者选用弹簧支吊架的方法可以用来增加管道的柔性。

若条件允许，增加管道柔性的首要方法应考虑改变管道的走向或选取合适的弹簧支吊架。

若两根相交管道的固定点位于相同位置时，可以增加管道的相应长度或者增设更多的弯头来提高管道的柔性。

热力管道柔性设计在工程中的应用1. 引言1.1 背景介绍热力管道是工业生产中常见的管道形式，用于输送高温高压流体。

在工程中，热力管道的设计对于工艺流程的安全稳定运行至关重要。

而在热力管道设计中，柔性设计是一个重要的方面。

柔性设计可以有效地减小受热膨胀和受外力影响导致的管道变形和应力，保证管道系统的安全可靠运行。

热力管道柔性设计在工程中的应用已经得到了广泛认可，并且在工程实践中取得了良好的效果。

深入研究热力管道柔性设计的原理、应用范围、设计方法和设计考虑因素，对于提升工程质量和保障工程安全具有重要意义。

本文将着重探讨热力管道柔性设计的相关内容，希望能为工程领域的相关从业者提供参考和借鉴。

1.2 研究意义热力管道柔性设计在工程中的应用具有重要的研究意义。

随着工程技术的不断发展和进步，热力管道系统在工业生产和生活中扮演着越来越重要的角色。

而热力管道柔性设计作为热力管道系统设计的重要组成部分，可以有效地保证管道系统的灵活性和稳定性，提高管道系统的安全性和可靠性。

热力管道柔性设计的研究意义还体现在提高工程施工效率和降低工程成本方面。

通过合理的柔性设计，可以减少在管道安装和维护过程中出现的问题，减少工程延误和故障率，提高工程的施工效率和质量。

优化的柔性设计可以减少管道系统的材料和人力资源的浪费，降低工程建设和运行的成本，对于工程的可持续发展具有重要意义。

研究热力管道柔性设计在工程中的应用具有重要的理论意义和实践意义，对于提高管道系统的安全性、稳定性和经济性具有重要的意义。

在今后的研究和实践中，应该加强对热力管道柔性设计的研究和应用，推动该领域的发展和进步。

【字数：219】。

1.3 研究目的研究目的是通过对热力管道柔性设计在工程中的应用进行深入探讨与分析，探索其在工程实践中的优势和局限性，为工程设计和施工提供参考依据。

具体目的包括：1) 研究热力管道柔性设计的原理和机制，深入了解其在工程中的作用与意义；2) 探讨热力管道柔性设计的应用范围，包括在不同工程类型和环境条件下的适用性；3) 分析热力管道柔性设计的具体方法和步骤，探讨设计过程中的关键技术与注意事项；4) 探讨热力管道柔性设计中需要考虑的因素，包括管道类型、材质特性、载荷情况等影响设计的因素；5) 借助实际案例对热力管道柔性设计进行分析与评价，验证其在工程实践中的可行性与效果。

化工管道设计中的管道应力与柔性设计策略分析摘要：本文将对化工管道管道应力的设计内容进行分析，探讨化工管道设计中的管道应力与柔性设计策略，为化工管道安全生产和生产效率提供有价值的参考，提高化工管道生产质量，促进化工产业的可持续发展。

关键词：化工管道设计；管道应力；柔性设计策略随着科技水平的不断发展，我国的化工产业也有了突飞猛进得进步，但是，虽然化工产业获得了很大的进步，但是这几年化学安全事故产生的次数也越来愈多，其中造成安全事故发生的主要原因就是化工管道的安全隐患。

化工生产本是一项复杂性的系统性工程，化工生产内容、生产条件、生产内容都具有特殊的要求，化工管道在化学生产中就是将生产物料进行输送、传导，这直接关系化学生产效率和施工人员的生命安全。

因此，为了切实保障化工生产工作的稳定进行，需要从根本上解决化工管道生产中存在的问题，全面掌控化工管道的设计工作，严格按照化工产业设计标准，分析、研究和论证对管道对应力。

针对我国目化工管道设计来说，化工管道设计中管道应力设计水平较高，出现问题的主要原因就是因为采取科学有效的措施发挥化工管道应力的作用，在设计管道应力实施措施的时候，管道柔性设计也具有相当重要的作用。

1化工管道管道应力概述管道用力的主要内容就是静力分析和动力分析。

其中静力分析的主要目的就是得到管道的应力值，然后在得到准确性的数据以后开展化工管道的设计工作，这样可以有效保障工业管道设计工作有效进行，切实提高工业生产安全稳定性，工业管道变形、震动等想象的发生以及降低工业安全事故发生频率，有效提升化工产业的生产效率，静力分析的应用方法就是利用计算机对工业管道的荷载力来判断工业管道可以承载的外界载力。

除此之外，管道应力静力分析的主要内容还包括了分析工业管道作用力，在分析工业管道作用分析的过程中，具有严格的标准约束分析过程，保证作用力分析的准确性和规范性。

动力分析的内容主要就是包括了管道震动与管道系统的震动频率，全面分析管道震动以及管道系统的振动频率，这样可以更好地控制管道应用，以此来提升工业管道的荷载力。

浅谈热力管道的柔性设计随着改革开放的进一步深化，我国各行业领域均得到了快速发展，特别是管道设计水平的提升，为人们乃至社会提供了极大的便利。

文章介绍了管道柔性设计在热力管道设计中的应用，包括具体计算方法及实际工程设计中需要注意的问题。

希望通过文章的叙述，可以为相关人员提供理论帮助。

标签：热力管道；柔性设计；应用1 概述热力管道在工程中常用来输送高温介质，如：锅炉给水、汽轮机主蒸汽、汽轮机抽汽等，管道材质多为金属。

在实际运行中经常由于外部温度变化导致热胀冷缩、管道支承设置不当等一系列原因，从而造成以下情况：（1）管道受较大的交变应力影响导致金属材料疲劳损坏；（2）管道轴向推力过大造成管道支架破坏；（3）管道轴向拉应力或力矩过大，导致与其连接的设备变形，进而影响设备的整体正常运行[1-3]。

设计人员在进行热力管道设计时，应使管道具有适当的柔性，将由热胀冷缩引起的热应力和位移控制在允许的限度内，从而保证管道本身、管道支架和相连设备的安全。

当热应力和位移超出规定是限度时，就应采取有效补偿措施使管道柔性得到提高。

2 明确管道柔性设计的范围通过上述内容，可以看出管道柔性设计是很有必要的，但其也有一定的范围。

符合下列条件之一的管道，应列入柔性设计范围：（1）管道设计温度应该≤-50℃或≥100℃；（2）管道属于受室外环境温度影响并且无隔热层的长距离管道；（3）管道端点的附加位移量较大，通过经验无法判断其柔性；（4）管道有大小支管连接现象，且大支管有位移并会影响判断其柔性的管道。

当然另一些情况下的管道可以不做柔性分析和设计，例如：（1）该管道与某一运行情况良好的管道相同时，可以不分析其柔性；（2）该管道与已经过柔性分析合格的管道相比较，几乎没有变化[6]。

3 了解管道柔性设计的计算方法3.1 计算管道的热伸长量管道热伸长量的计算公式为式（1）：式中：？驻L-管道热伸长量；L-计算管长；？琢-管道材料线性膨胀系数；t2-管道内介质温度；t1-管道设计安装温度，可取20℃。

管道柔性设计范文
清楚
柔性管道是一种可用于输送液体、气体、热水和热空气的碳钢管道系统，其长度可根据要求调节，可以实现较大的高度调整，避免了弯管、三
通和接头。

柔性管道是指可以灵活弯曲、折叠和延伸的管道，具有很好的柔韧性，能够调节管道系统的位置、形状和可能的变形。

柔性管道可用于弯管和三
通的替代，可以有效地减少安装时间，减少系统的故障率，提高系统性能，节省管路系统的安装成本。

柔性管道的设计考虑了许多因素，主要包括：管径，管长，管壁厚度，管接头类型，材料，抗冲击性，温度特性，耐腐蚀性，耐高压性，管道设计，制造工艺，焊接，支撑器，管路的安装等。

管径：柔性管道的管径大小主要取决于流体的性质以及流体的流量，
需要考虑流体的物理特性、流量和压力，以及柔性管道的可控性等因素。

管长：柔性管道的管长是根据实际使用场合的要求来确定的，在实际
应用中，要根据实际情况来决定管道结构的长度、管子的管径和管路的穿
越方向。