彈簧支吊架在工程設(shè)計中的應(yīng)用

【摘要】彈簧支吊架在煉油裝置中的作用，介紹彈簧支吊架設(shè)計要點，彈簧支吊架的設(shè)置及安裝。

【關(guān)鍵詞】管道支吊架；應(yīng)力；CAESARII；彈簧支吊架；安裝

1.概述

在石油化工裝置中，管道支吊架的投資所占比例不大，但管道支吊架在管道設(shè)計中有著相當重要的作用。彈簧支吊架是眾多支吊架的-種，被廣泛應(yīng)用在石油化工裝置中，其合理設(shè)置和正確選用，能是管系具有適當?shù)娜嵝?，從而是管系的?yīng)力滿足要求，對管系的安全平穩(wěn)運行起著相當主要的作用。

2.管道支吊架的分類

根據(jù)管道支吊架承載、限位和防振等作用對管道支吊架分類。

2.1承重支吊架

承重支吊架用于支吊管道的重量。

2.1.1恒力彈簧支吊架。恒力彈簧支吊架用于管道垂直位移較大或需要限制轉(zhuǎn)移荷載的地方。

2.1.2可變彈簧支吊架。可變彈簧支吊架用于管道垂直位移不太大的地方。

2.1.3剛性支吊架。剛性支吊架用于管道無垂直位移或垂直位移很小且允許約束的地方。

2.2限制性支架

限制性支吊架用以限制和約束因熱脹引起管系自由位移為目的的支架。

2.2.1固定支架。固定支架用于管道上不允許有任何方向位移（包括線位移、角位移）的地方。

2.2.2限位支架。限位支架用于限制某一方向位移的地方。

2.2.3導(dǎo)向支架。導(dǎo)向支架用于允許管道有軸向位移但不允許有橫向位移的地方。

2.3防振支架

防振支架用于制止管道擺動、振動或沖擊的控制裝置。

2.3.1減振器。減振器用于需要彈簧減振的地方。

2.3.2阻尼器。阻尼器用于緩和往復(fù)式機泵、地震、水擊、安全閥排出反力等引起的油壓式振動。

3.彈簧支吊架在管道設(shè)計中的應(yīng)用

在管道設(shè)計過程中，當管道支撐點有上下位移時，該支撐點就有脫空或承受過大荷載，對管道的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力都有較大的影響。為減少對管系產(chǎn)生不利影響，在有上下位移的支撐點處設(shè)置彈簧支吊架。在與敏感設(shè)備（如機泵、壓縮機等）相連接的管系中，也經(jīng)常采用彈簧支吊架，以減少對敏感設(shè)備嘴子的作用力?？傊?，合理的選用彈簧支吊架，對管系的安全、平穩(wěn)運行起著相當重要的作用。

4.彈簧支吊架的選用

彈簧支吊架的選用方法通常分為三種，（1）簡支梁法：（2）靜力平衡法：（3）吊零分配法，對于簡單管系，可以用第一種和第二種方法進行簡單計算，能夠很容易判斷出管道支撐點的位移方向，通過管系中的相應(yīng)參數(shù)，計算出該點的位移量和垂直荷重，選取相應(yīng)的彈簧支吊架。但是，對與比較復(fù)雜的管系，通過手工方法是不可能計算出支撐點的位移和荷重，這就要用到第三種方法，應(yīng)用CAESARII應(yīng)力計算軟件，才能精確的計算出支撐點的位移及荷重。選用彈簧支吊架應(yīng)按照支撐點所承受荷重大小、位移量、位移方向，來選用合適的彈簧支吊架。

彈簧支吊架又分為可變彈簧支吊架和恒力彈簧支吊架，可變彈簧支吊架的特點是管系上下位移時，其荷重是在變化的，當管系向上位移時荷重減少，反之增加，管系支點處的荷重發(fā)生轉(zhuǎn)移。為使管系能夠常周期平穩(wěn)運行，可變彈簧應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)工作，這個衡量值就是荷載變化率，即工作荷載減去安裝荷載除以工作荷載的絕對值應(yīng)不大于25%

恒力彈簧支吊架的特點是管系上下位移時， 其荷重不發(fā)生變化，荷載變化率為零。當管系支點處有較大位移，或與敏感設(shè)備連接時，可選用恒力彈簧支吊架，即能使支撐點保持恒定的作用力，也能降低管系的二次應(yīng)力。

5.CAESARII應(yīng)力計算軟件選用彈簧的原則

CAESARII管道應(yīng)力分析軟件是由美國COADE公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析專業(yè)軟件。它既可以分析計算靜態(tài)分析，也可進行動態(tài)分析。管道應(yīng)力分析應(yīng)保證管道在設(shè)計條件下具有足夠的柔性，防止管道因熱脹冷縮、管道支承或端點附加位移造成應(yīng)力問題。應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力，一次應(yīng)力是由管道的內(nèi)壓和外載產(chǎn)生的，對管系來說，一次應(yīng)力的大小是衡量管系能否安全運行的標準之一。二次應(yīng)力是由于管系變形受阻而引起的，正確選用支吊架，能夠起到使管系適應(yīng)變形的需要，同時，還可以根據(jù)需要，選擇某種支架去限制管系某個方向的位移，以減少設(shè)備管嘴子的受力。CAESARII計算時，是用吊零分配法對管系進行應(yīng)力分析。當垂直管道或水平管道的重量盡量由彈簧支吊架來承擔(dān)時，就采用對某些承重點給定載荷，而對其它點按支點垂直位移為零分配荷重。在計算程序中，計算機以虛擬的大剛度支架代替吊零處的彈簧支吊架，即此點垂直位移為零，進行吊零分配荷載，當把管系的有關(guān)數(shù)據(jù)輸入程序后，就可得知管系支點的荷重、位移大小。在CAESARII計算中，彈簧支吊架的選用彈簧的原則是：在彈簧特性能承受冷態(tài)荷載和熱態(tài)荷載，而且荷載變化率不超過規(guī)定值的前提下，力求選用較小規(guī)格的彈簧。當選用的彈簧荷載變化率>25%時，程序會調(diào)節(jié)彈簧剛度，選用范圍大一級的彈簧。

6.彈簧支吊架的安裝

1.彈簧支吊架必須根據(jù)支架編號及相應(yīng)的彈簧型號進行安裝，不得裝錯。

2.彈簧支架安裝之前應(yīng)確認冷態(tài)下的載荷數(shù)值和位移符合安裝文件，安裝完畢后必須進行檢查，確認其與被支撐面接觸良好，不得有松脫現(xiàn)象。

3.在水壓實驗和清洗管路時不得拆除彈簧支吊架定位銷，在準備開工運行前方可將全部彈簧的定位銷取出，使之投入到運行狀態(tài)。

7.結(jié)論

從以上分析可知，彈簧支吊架在管系中具有相當重要的作用，合理設(shè)置和正確選用彈簧支吊架，能夠增加管系的柔性，滿足管系安全運行及設(shè)備受力要求，因此清楚地了解彈簧支吊架的特性，選用經(jīng)濟合理的彈簧支吊架，對確保管系平穩(wěn)安全運行尤為重要。

參考文獻

[1]張德姜.《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊》（第四版） .中國石化出版社

[2]《石油化工管道支吊架設(shè)計規(guī)范》SH/T3073-2004

[3]《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB50160-2008