摘要：火炬單元基本是每個(gè)石油化工裝置都需配備的，為整個(gè)裝置提供安全保護(hù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油化工裝置不斷增大，帶來(lái)的安全問(wèn)題日益突出，火炬單元的重要性也越來(lái)越高。從火炬管線總體安全風(fēng)險(xiǎn)的角度來(lái)看，管線應(yīng)力是不可忽略的一個(gè)重要因素。要進(jìn)行有效的應(yīng)力設(shè)計(jì)，就需要對(duì)應(yīng)力作用機(jī)制進(jìn)行有效的分析，并采取相應(yīng)的靈活、恰當(dāng)?shù)膶?duì)策，以達(dá)到降低管線安全事故的目的。文章重點(diǎn)闡述了火炬管線的應(yīng)力設(shè)計(jì)，對(duì)火炬管線的應(yīng)力狀況進(jìn)行了分析，提出了在火炬管線中進(jìn)行應(yīng)力設(shè)計(jì)的必要性，并對(duì)如何進(jìn)行應(yīng)力設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

　　前言：近幾年，石油化工行業(yè)得到了快速的發(fā)展，石油化工體系也得到了進(jìn)一步的改善。這既是石油化工技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，也是石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方面。火炬管線長(zhǎng)期在高溫高壓下使用，其內(nèi)部應(yīng)力對(duì)管線的負(fù)面影響很大，從而造成很多事故，因此，在火炬管線的前期設(shè)計(jì)中，必須對(duì)管線進(jìn)行優(yōu)化控制，以減小后續(xù)應(yīng)力對(duì)管線的影響。

　　一、火炬管線應(yīng)力分類(lèi)

　　火炬管線的應(yīng)力是復(fù)雜的。在石油化工裝置的運(yùn)行中，火炬管線會(huì)受到不同程度的應(yīng)力影響，并呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。一般認(rèn)為：首先，在火炬管線中應(yīng)力以一次應(yīng)力為主。一次應(yīng)力在幾乎每一種管線中都是普遍存在的，它對(duì)管線的沖擊和威脅是比較直接的。如果超出了火炬管線材料的許用應(yīng)力，就一定會(huì)出現(xiàn)故障。其主要應(yīng)力表現(xiàn)為：彎應(yīng)力和膜應(yīng)力，它對(duì)火炬管線的安全造成了很大的影響，是造成管線破裂的主要原因。其次，二次應(yīng)力也是火炬管線受外部因素的影響而產(chǎn)生的一種重要的應(yīng)力形式。二次應(yīng)力對(duì)火炬管線的破壞、變形也有較大的影響。比如，在火炬管線長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，熱應(yīng)力是最普遍的一種，其產(chǎn)生的原因是在環(huán)境溫度的變化下，會(huì)對(duì)管線的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響，其產(chǎn)生的變形危險(xiǎn)也是不容忽視的。另外，火炬管線的受力還應(yīng)考慮峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)力也是造成石油管線破損的主要原因。盡管與主、次應(yīng)力比較，峰值應(yīng)力是比較少見(jiàn)的，但其危險(xiǎn)性較大。在火炬管線長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，易造成疲勞和嚴(yán)重的損害。

　　二、火炬管線應(yīng)力分析的必要性

　　火炬管線的應(yīng)力設(shè)計(jì)是火炬管線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)確?；鹁婀芫€的正常使用具有重要意義?；鹁婀芫€通常都是大尺寸的，大部分還是不銹鋼的。有時(shí)候減少一個(gè)彎頭，可能就會(huì)節(jié)省十幾萬(wàn)的費(fèi)用，所以在火炬單元的設(shè)備布置時(shí)，就需要進(jìn)行配管研究，同時(shí)進(jìn)行火炬管線的應(yīng)力分析，從而可以達(dá)到優(yōu)化布置，節(jié)省材料，保證安全的目的。

　　三、改善火炬管線應(yīng)力方法

　　1、火炬管線柔性設(shè)計(jì)

　　在過(guò)去的火炬管系設(shè)計(jì)中，金屬波紋管膨脹節(jié)是一種重要的應(yīng)力補(bǔ)償形式。 由于波紋管膨脹節(jié)補(bǔ)償量大，不改變管系的走向，過(guò)去的許多應(yīng)力分析計(jì)算書(shū)中都采用了這種膨脹節(jié)進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)償。但考慮到膨脹節(jié)會(huì)成為火炬管系的薄弱點(diǎn)， 尤其是當(dāng)管道中存在凝結(jié)液時(shí)，膨脹節(jié)容易損壞，2014年開(kāi)始執(zhí)行的《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3009－2013[3]中明確要求：新建工程管道（指可燃性氣體排放管道）應(yīng)采用自然補(bǔ)償，擴(kuò)建、改建工程管道宜采用自然補(bǔ)償，且補(bǔ)償器宜水平安裝。但是在2021年6月1日實(shí)施的新版《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道 第三部分：設(shè)計(jì)和計(jì)算》GB/T20801－2020 中[4]規(guī)定：“火炬排放總管的熱補(bǔ)償應(yīng)采用自然補(bǔ)償，如因工藝和空間條件的限制，全場(chǎng)火炬總管公稱(chēng)直徑大于或等于DN400時(shí)，宜采用金屬波紋膨脹節(jié)進(jìn)行熱補(bǔ)償，且在管道的適當(dāng)位置應(yīng)采取軸線限位和導(dǎo)向措施。”同時(shí)規(guī)定，“應(yīng)有防止凝結(jié)液在波紋膨脹節(jié)處聚集的措施”，并要求“金屬波紋膨脹節(jié)的補(bǔ)償量至少應(yīng)是熱補(bǔ)償管段的全溫度范圍位移量的 1.15 倍”。兩部規(guī)范有矛盾之處，現(xiàn)階段各大工程設(shè)計(jì)院的選擇有了分歧，SEI傾向于第一種，采取自然補(bǔ)償；而寰球則傾向于金屬膨脹節(jié)。這兩家大的設(shè)計(jì)院都有很多已經(jīng)在運(yùn)行的項(xiàng)目，經(jīng)驗(yàn)都很豐富。我們目前的執(zhí)行的思路是按“從嚴(yán)從新”，即選擇要求最嚴(yán)格，規(guī)范最新的。這樣做的好處就是安全肯定得到了保證，不足之處就是增加了材料，費(fèi)用有所增加。

　　2、火炬管線材料的選擇

　　在火炬管線的受力設(shè)計(jì)中，從管線自身入手是火炬管線安全可靠運(yùn)行的一個(gè)重要先決條件。對(duì)管道材料的選擇，進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的。在火炬管線的材料選用中，除了要滿(mǎn)足輸送介質(zhì)的性質(zhì)，溫度、壓力等條件外，還要注意對(duì)所選管道材料的沖擊機(jī)制和影響進(jìn)行全面的分析。避免管線自身存在的問(wèn)題，影響其長(zhǎng)期使用。目前，火炬管線的材料已有較多的獨(dú)立應(yīng)用。設(shè)計(jì)者要重視對(duì)主要指標(biāo)進(jìn)行全面的分析與評(píng)估，盡量避免選用管材不當(dāng)。

　　3、合理設(shè)計(jì)火炬管線支架

　　火炬管線的尺寸現(xiàn)在都比較大，在內(nèi)蒙古久泰火炬項(xiàng)目，最大的火炬管線已經(jīng)達(dá)到了DN2200，。在管線應(yīng)力的分析過(guò)程中，應(yīng)該慎重對(duì)待支吊架的布置、支吊架的型式以及個(gè)數(shù)，以減少管道的應(yīng)力，并且保證每個(gè)支吊架都具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠取？梢詢(xún)?yōu)先通過(guò)調(diào)整支架位置、支架數(shù)量以及支架型式來(lái)降低管道應(yīng)力。為了避免支架托空，受力均勻，可以使用彈簧支架，設(shè)計(jì)彈簧支架時(shí)，應(yīng)盡量避免彈簧受到偏心載荷或者其他可能導(dǎo)致支吊架失穩(wěn)的載荷，并應(yīng)防止支撐處以外脫載。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　火炬單元不僅僅是化工裝置安全生產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施，同時(shí)也能減少環(huán)境污染，改善周?chē)h(huán)境的環(huán)保措施。隨著規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，裝置規(guī)模的擴(kuò)大，人們對(duì)安全要求的提高。對(duì)火炬管線進(jìn)行應(yīng)力分析是保證火炬管線安全的重要手段。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]唐建偉， 何林杉， 姜玲. 石油化工管道應(yīng)力設(shè)計(jì)探究[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2019（4）：1.

　　[2]楊楠. 石油化工管道應(yīng)力設(shè)計(jì)探究[J]. 石化技術(shù)， 2019， 26（10）：2.

　　[3]黃旭. 石油化工管道應(yīng)力設(shè)計(jì)探究[J ] . 中國(guó)化工貿(mào)易， 2017， 9（032）：19.

　　[4]王寶全. 火炬管道的應(yīng)力補(bǔ)償和坡度設(shè)計(jì)[J]. 化工設(shè)計(jì)， 2021，31（6）：11

關(guān)注讀覽天下微信， 100萬(wàn)篇深度好文， 等你來(lái)看……