變力彈簧支吊架在化工管道上的應(yīng)用

朱存英，崔俊良

（邯鄲市新陽光化工有限公司,河北 邯鄲 056000）

變力彈簧支吊架是一種比較特殊的管道與設(shè)備支架，通過它來懸吊和支撐管道及設(shè)備。該支吊架內(nèi)裝有圓柱螺旋彈簧，在承載的同時，既能適應(yīng)管道或設(shè)備的熱位移，也能吸收管道的振動，起到減震作用。當管道或設(shè)備在垂直方向產(chǎn)生位移時,在預(yù)先載荷位移內(nèi),可以通過彈簧支吊架而始終獲得符合要求的支撐力。從而不會給管道或設(shè)備帶來新的附加壓力，避免造成重大安全事故。

常用的剛性支架，在管道與設(shè)備因溫度、承載發(fā)生變化時，支點承載超負荷或脫離支點失去支撐作用，其后果是極其嚴重的，輕者，造成管道、設(shè)備焊縫發(fā)生裂紋，重者，造成管道斷裂、設(shè)備撕裂，一些化工企業(yè)，尤其是新建的化工企業(yè)，在試車過程中曾因未使用或未恰當選擇彈簧支架發(fā)生過多起安全事故。

變力彈簧支吊架在新陽光化工公司生產(chǎn)裝置中得到了良好運用，提高了管系柔性，滿足了管道和設(shè)備應(yīng)力要求，在試生產(chǎn)過程中，很好地解決了熱應(yīng)力問題，未發(fā)生任何安全事故，保障了安全生產(chǎn)。

1 變力彈簧支吊架概況

變力彈簧支吊架主要由圓柱螺旋彈簧、位移指示板、殼體、荷重柱及調(diào)節(jié)螺柱（花籃螺母）等零件組成(見圖1)。彈簧支吊架化工設(shè)計院標準VS系列主要用于石油化工行業(yè)，位移范圍為0～180 mm，載荷范圍為154～217 384 N，使用溫度范圍-20～200℃。

變力彈簧支吊架之所以稱為變力，是相對于恒力彈簧支吊架而言，其荷載隨著所支吊管道的位移而變化，其荷載變化率≤25%，而恒力彈簧支吊架要求荷載變化率小于6%。變力彈簧支吊架比恒力彈簧支吊架經(jīng)濟、荷載變化率范圍大，因此，在應(yīng)力計算允許的情況下，變力彈簧支吊架在實際化工生產(chǎn)裝置中應(yīng)用更廣泛。

2 變力彈簧支吊架種類

可變彈簧支吊架按安裝方式的不同，分為A、B、C、D、E、F、G 7 種型式。

（1）A型----上螺紋懸吊型。上吊桿一端與根部相連，另一端用螺紋擰入彈簧支吊架頂板螺孔內(nèi)，并用螺母鎖緊?；ɑ@螺母下端與管道吊桿上端用螺紋相連，旋轉(zhuǎn)花籃螺母，將管道吊裝到規(guī)定的安裝位置，然后用螺母鎖緊。

（2）B、C型----單耳、雙耳懸吊型。彈簧支吊架上端與吊桿或吊板相連，吊桿、吊板另一端固定在鋼梁或樓板上。

A、B、C 3種類型都是懸吊型的吊架，主要的區(qū)別是上吊桿與彈簧支點架頂板連接方式上，三者區(qū)別不大，見圖2。

（3）D型----上調(diào)節(jié)擱置型。用螺栓將彈簧支吊架固定在鋼梁或樓板上，吊桿穿過吊架本體與管道相連，旋轉(zhuǎn)頂部螺母，將管道吊裝到規(guī)定的安裝位置，然后用螺母鎖緊，見圖3。

（4）E型----下調(diào)節(jié)擱置型。E型與D型基本相同，區(qū)別為調(diào)節(jié)螺母位置，D型在上，E型在下，見圖4。

（5）F型----支撐擱置型。用螺栓將彈簧支吊架底板固定在基礎(chǔ)、鋼梁或樓板上，頂部支撐水平管道或彎道底部。當現(xiàn)場實際支撐高度與設(shè)計提供安裝高度有出入時，可轉(zhuǎn)動荷重柱進行微調(diào)，其微調(diào)量為Lmax與Lmin之間。彈簧型號VS30F0～9為±6 mm；VS30F10～24 為±12.5 mm； 彈 簧 型 號VS60F、VS90F、VS120F、VS150F、VS180F 均 為 ±25 mm，見圖5。通常情況F型選擇使用的較多。

（6）G型----并聯(lián)懸吊型。旋轉(zhuǎn)花籃螺母，使固定在鋼梁或樓板上的吊桿拉緊，將吊架調(diào)整到設(shè)計的安裝高度，再用螺母將花籃螺母鎖緊，見圖6。

3 彈簧支吊架常用位置

（1）傳動設(shè)備進出口

物料溫度較高、工作載荷變化大的傳動設(shè)備，其進出口管道應(yīng)該配備彈簧支吊架，這樣可以減輕傳動設(shè)備附加壓力，保證傳動設(shè)備安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，尤其是比較精密的設(shè)備，如屏蔽泵、高速離心泵等，輸送物料溫差較大時，更需精心選擇變力彈簧支吊架，見圖7。

（2）靜止設(shè)備進出口

介質(zhì)溫度較高的容器或換熱器等靜止設(shè)備，側(cè)位連接的垂直管道較長時，管道應(yīng)設(shè)置彈簧支吊架。否則連接靜止設(shè)備的一側(cè)，在管道附加壓力下，極易撕裂設(shè)備，引發(fā)安全事故，2011年邯鄲市某化工企業(yè)，造成在試車過程中，1臺蒸發(fā)器再沸器中間完全斷裂，造成物料泄漏事故，見圖8。

（3）較長的垂直管道上下彎頭處

物料溫度較高，管線垂直段又較長的管道，在使用時載荷變化大，位移大，應(yīng)設(shè)置彈簧支架，這樣，可以減輕對連接設(shè)備的帶來的附加壓力，防止管道局部受力拉斷管道，引發(fā)泄漏事故。2012年邯鄲市某3個化工企業(yè)，在試生產(chǎn)時，發(fā)生多起管道焊縫開裂、管道斷裂事故。

（4）較長、較重垂直管道中部

特別長的管道在管道中間可使用1個或多個支吊架，以減輕上下二端受力，防止對相連管道和設(shè)備帶來較大附加力，見圖10。

4 選購彈簧支吊架時需提供的數(shù)據(jù)

選購彈簧支吊架時，需向生產(chǎn)廠家提供使用參數(shù)。參數(shù)的選擇和計算非常重要，如參數(shù)提供誤差太大，可能造成彈簧支吊架不能使用或發(fā)揮不到應(yīng)有作用。

（1）彈簧支吊架的型式

根據(jù)裝置的性質(zhì)和特點，合理選擇支點或吊點的位置，在上述7種類型中選擇1種。型式選擇是根據(jù)管道所處空間決定的，在空間環(huán)境允許情況下選擇最優(yōu)型式，要充分考慮安裝的簡易性、美觀性、安全性、牢固性及空間利用最優(yōu)性等，并結(jié)合經(jīng)驗選擇。

（2）彈簧支吊架冷載荷、熱載荷和整定載荷

需計算使用管道設(shè)備的冷載荷、熱載荷與整定載荷。管道在冷態(tài)下，彈簧支吊架所承受的載荷為冷態(tài)載荷，即管道未使用時的載荷，也叫安裝載荷，根據(jù)承重管道和管件材質(zhì)、規(guī)格，計算重量；管道在熱態(tài)下，彈簧支吊架所承受的載荷為熱態(tài)載荷，即管道使用時的載荷，也叫工作載荷，熱載荷包括物料重量，如果物料為氣態(tài)，重量較輕，可忽略不計；彈簧支吊架在安裝時整定的載荷為整定載荷，一般情況下，整定載荷等于冷載荷。

（3）彈簧支吊架位移數(shù)據(jù)

根據(jù)管道材料、長度、溫差，計算管道在冷態(tài)與熱態(tài)下位移量。并說明冷熱態(tài)變化時，彈簧位移方向，說明工作時支點是上移動還是下移動，否則無法對變力彈簧支吊架進行整定。

5 彈簧支吊架的安裝、使用與維護

（1）安裝彈簧支點吊架時，固定點要保證在最大受力情況下安全可用，吊架的拉桿不宜太短，支架與支撐點之間不得焊接或螺栓固定，給支點和吊點保留一定的橫向移動空間，這樣使支點在縱向和橫向上都有一定的彈性，充分發(fā)揮支吊架的作用。每一個彈簧支吊架根據(jù)計算的數(shù)據(jù)，在未使用時對彈簧進行整定，用上、下二塊定位塊將彈簧支吊架的指示板固定在與安裝載荷相應(yīng)的位置上，使彈簧支吊架暫處于剛性狀態(tài)，在安裝時，嚴禁將整定塊拔下，否則無法使支點定位，也極易損壞彈簧。

（2）彈簧支吊架在未投入使用前，嚴禁拔下整定塊，要保持彈簧支吊架處于剛性狀態(tài)。

（3）管道經(jīng)清洗、水壓試驗后，在投入使用前取下上、下定位塊，否則，變力彈簧支吊架處于剛性狀態(tài)，與一般的剛性之間無任何區(qū)別，起不到應(yīng)有的作用。

（4）彈簧支吊架投入使用前（定位塊去掉后），要檢查指示板指針指示位置是否在應(yīng)有位置，如誤差較大，說明冷載荷計算有誤，需重新選擇彈簧支吊架。

（5）彈簧支吊架使用時，首先檢查在安裝載荷到工作載荷的位移過程中，有無卡阻現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)異常要及時查找原因。

（6）管道投入正常運行后，檢查在工作載荷時，指針位移是否與計算的一致。檢查彈簧支吊架管道停止運行后，指示板是否復(fù)位到安裝載荷的位置，如誤差較大，可考慮重新選擇。

（7）由于管道支吊架在設(shè)計、安裝過程中可能存在一些問題，加上經(jīng)一段時間運行后,管線的形態(tài)、位置以及支吊架彈簧等部件的性能等可能發(fā)生一定變化,均會發(fā)生支吊架損壞、過載、欠載及位移受阻等問題,造成管道局部區(qū)域滾珠絲杠應(yīng)力增高、對端點(或設(shè)備)推力增大等情況，必然會影響到設(shè)備運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，對異常情況要及時檢查、及時處理，必要時進行更新。