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1.管道应力简介
为研究并有效控制管道的强度及刚度破坏，就产生了应力这一概念。材料因为外界因素而出现变形现象时，会在材料内部各部分之间形成一种相互作用的内力，进而对这种外因作用形成有效的冲击，这种内力旨在使材料由变形后的位置恢复到变形前的状态，而应力系指截面某一点单位面积上的内力。鉴于此，管道应力的影响因素并不包括管子及其构件的实际规格、壁厚，可是，外部荷载的因素使得材料所形成的应力超过材料强度标准，也就意味着管子及其构件极有可能会出现强度破坏的故障。
1.1管道分类
管道在压力荷载、机械荷载与热负荷等影响下，整个管路或某些区域会形成不同的应力，鉴于此，管道上的应力，通常包括下面三类：（1）一次应力：因为外加荷载的影响为形成的应力，其本身和外力处于平衡状态。（2）二次应力：因为变形被约束，进而形成的正应力或是剪应力，并不会直接和外力处于平衡状态。（3）峰值应力：因为荷载或是结构形状所产生的局部突变，进而形成的局部应力集中的较高应力值。
1.2管道应力分析目的
管道应力分析旨在将管道的强度、刚度及振动等难题妥善处理，运用科学的方式，有效布置、安装、配置管道，基本要求包括下面几点：（1）保障管道系统设计安全性管道安全性能的总体要求涵盖了耐压强度、耐腐蚀性及密封性。（2）保障装置运行的安全性要是管道布置存在安全隐患，就会导致整个装置运行过程中存在极大的风险，还会存在各种应力难题。例如，在温度变化的条件下，管道会形成过大的热应力，进而引发下列问题：设备管口被拉坏或是顶坏的风险增加，各管件连接处被破坏，甚至会导致燃烧或是爆炸的严重事故。此外，要是动力设备，如果震源的激振和管系固有频率一致，整个装置系统就会产生共振的现象，这时候，设备及其相连的建筑物就会被严重损坏。
2.需要进行详细应力分析管道的确定方法
分析管道应力的时候，一定要针对具体管道进行应力分析，因为不必要分析全部管道的应力。但若没有分析需要进行详细应力分析的管道，就会使得整个装置运行的安全隐患较大。鉴于此，针对具体的管道进行详细应力分析尤为重要，而管径、温度以及所连接的器材是管道需不需要应力分析的主要判断依据是：要是管径相对较大、温度较高，或是与管道相连的设备在整个系统中非常重要的话，详细应力分析的操作是必不可少的。此外，管内介质、配管规范性及配管设计师的技能同样会影响需要详细应力分析管道的范围。鉴于此，各个领域、各个工程单位，甚至不同项目在类型不一致的管道，其应力分析的范围及相关规定同样是不同的。本文深入分析石油化工管道柔性设计规范（SH/T3041—2002）中的相关规定。
2.1管道柔性设计分析方法
管道柔性设计方法：简化分析方法、计算机分析方法。一定要分析管道相连装置种类、管道操作温度、公称直径等，运用的分析方法。
2.2管道柔性设计中的计算机分析方法
此种分析方法的适用情况主要包括下面几种：管道运行温度-50~400℃；连接加热炉、反应器或是汽轮机、蒸汽发生器的管道；与离心泵、离心压缩机往复式压缩机相连的管道；管口需要施加特殊受力的。运用柔性设计中的计算机分析方法，应该预先运用简化分析的方式，然后针对具体的管道开展详细分析的操作。
2.3可不进行柔性设计的管道
不需要进行柔性设计的管道：柔性较大的管道；对直径、壁厚一致，没有支管装置，两端处于固定状态，不被中间所限制，满足SH/T3041—2002的，并且不失极度危害或者高度危害介质类型的管道。
3.CaesarⅡ的理论基础以及应用范围
在工程施工过程中，受力点的应力状态均具备一定的复杂性，因此，这种状态下所进行的材料试验，相对于单向拉伸而言，其操作难度更大。因此，在表述具体问题的时候，一般会选择强度理论阐述的方式。强度理论其实就是围绕实验结果，联系缜密的推理及判断，设定存在一定逻辑性的假说。按照材料来划分的话，包括流动破坏与断裂破坏这两种破坏形式，而强度理论包括下面四种：较大拉应力理论、较大伸长线应变理论、较大剪应力理论、形状改变比能理论，分别对应的是及时至第四强度理论。由于第三强度理论形式相对简单，也不存在概念模糊的缺点，在二向应力存在的情况下，根据第三强度理论得到安全性较高的理论结果，这也是其在工程中得到普及的重要原因。CaesarⅡ软件其实就属于一种梁单元模型，并且在此基础上创设了有限元分析方式，其刚性件就属于一种典型的假定单元模型，变形的问题不会在局部产生。CaesarⅡ能够在大型管系、钢结构分析中非常适用，其数据库中存在ASMEB31系列与国际标准，进而使得应力校核趋于规范化、合理化，并且性及可行性较高，当然，其中的API、WRC、NEMA等也是非常关键的，可以使得敏感设备、动设备受力校核的合理性得到强化。
4.管道应力分析的程序
4.1接收三维图
要是已经获得相关指令，得知应该进行详细分析，就可以基于此，编制详细应力分析管道表。然后，负责此项目的配管工程师就能够开始设计并且规划，绘制科学、可行的三维图，下面是配管工程师应该提交到应力工程师处的内容：（1）管径、壁厚改变点；（2）管道外载荷位置；（3）保温材料改变点及保温厚度；（4）对分析结果关心的位置。（5）管道的设计温度、设计压力与相应的改变位置；（6）管道约束点、支吊架点与给定位移处；（7）管道材料改变点；
4.2模型的建立
建立模型其实就是将需要开展分析操作的力学模型，按照特定规范，使得力学模型更加具体化，设计成可以机算的数学模型：（1）导入各项单元数据；（2）将管系转化成节点相连的单元；（3）边界范围。Caesar所构建的人机对话界面非常完善，这就使得录入操作更加便捷，并且能够完成初步的错误检查，这就能够使得输入效率得到极大的强化。CaesarⅡ能够完成各项动力分析，包括地展谱剖析、时间历程剖析等。要想计算程序得到简化，同样能够运用静态等效分析的方式来进行地震分析等动态分析。在实际运用的过程中，分析不同管系的时候，应该做到下面几点：（1）通常来说，修改程序的背景温度应该控制在21.1℃。当然，不同项目所处的地理环境不同，所以温度肯定也不同，因此一定要有机结合项目的具体状况，统一规定并且修订相应的内容；（2）导入弯头单元。程序中弯头的曲率半径一般是1.5D，有的时候能够手动导入；（3）导入刚性单元。刚性单元的范围包括管道上的阀门、法兰、小型在线设施等；（4）边界范围的划定。其中就涵盖了位移边界条件、力边界条件及弹簧边界条件，运用Caesar工具能够进行弹簧计算及人工校核弹簧；（5）工况的组合。程序能够显示推荐工况的实际性能，但是载荷与均布载荷并未集中到工况组合，还需要借助人工操作完成这些信息的加入。
5.结束语
在整个石油化工装置中的管道设计过程中，管道系统运行安全性的主要影响因素就是管道的应力分析。而CaesarⅡ的应用，能够有效促进管道应力分析质量及水平的提升，并且有效提升管道系统的整体质量及水平。但是CaesarⅡ还存在一些不足，因此，应该在实践过程中，不断优化完善此软件，进而有效提升整个系统运行的安全性及质量。
