化工裝置管道支吊架設計淺析

代紅兵

【摘 要】配管設計既要滿足工藝的要求還要考慮設備、機泵、管道及其組成件的受力情況。選擇合理的支架類型與尺寸規(guī)格，是保證管道系統(tǒng)長期安全運轉的關鍵。

【關鍵詞】支架類型；支架選型；注意事項

概述

管道支架的設置對于管道設計來說是一項極為重要的工作，尤其對于那些高溫高壓、有毒可燃、強腐蝕性的管道。正確的支架設置可以滿足管道強度和剛度的需要，同時能夠有效的降低管道對機械設備產生較大的附加載荷，防止因管道的震動，位移等原因造成的泄露、爆炸等事故的發(fā)生，可以有效的保護管道和設備管口，保障化工裝置的正常生產運行。

一、管道支吊架的分類及支架選用和設置

1.管道支吊架的分類

按支架的功能管道支吊架分為承重支吊架、限制性支吊架、恒力彈簧支吊架、防振支架。承重支吊架：支吊管道的重量；進一步分為：剛性支吊架、可調剛性支吊架、可變彈簧支吊架、恒力彈簧支吊架。恒力彈簧支吊架：用于垂直位移大或希望保持管道在冷熱狀態(tài)下支吊點的荷載變化率不大于6%的場合。

可變彈簧支吊架：有位移且允許荷載變化率大于6%的場合。限制性支吊架進一步細分為：固定支架（用于在固定點處不允許有線位移和角位移的場合；限位支架（用于限制某一方向位移的場合）；導向支架（用于允許管道有軸向位移但不允許有橫向位移的場合。在所限制的軸線上，至少有一個方向被限制；垂直管路上的導向支架，除能限制管路的位移外，并能防止管路振動，但不承受管路重量，導向架一般設置在應力管線上，由應力專業(yè)對應力管系經(jīng)過計算后給出。防振支架：用于限制或緩和往復式機泵進出口管道和由地震、風壓、水擊、安全閥排出反力引起的管系振動。防震支架按名稱分為減振裝置、阻尼裝置。

2、管道支架選用和設置

2.1管道支架選用原則

（1）管道支架的選用應根據(jù)管道支承點處所承受的各類荷載大小及其方向、位移情況、工作溫度、是否隔熱、管道材質、生根位置、限位或防振要求等綜合考慮，選用具有足夠強度和剛度的支架。

（2）設計時應盡量選用標準管卡、管托和管吊。

（3）針對那些常常需要拆卸、檢修的化工管道應安置卡箍管托，不適宜選用焊接管托；對一些薄壁管道管托宜選用管夾型。

（4）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省鋼材且制作簡單、施工方便。除下列情況外應盡量選用焊接型的管托和管吊：管內介質溫度等于或高于400℃的碳素鋼材質的管道；輸送冷凍介質的管道；輸送濃堿液的管道；合金鋼材質的管道；生產中需要經(jīng)常拆卸檢修的管道；架空敷設且不易施工焊接的管道。

（5）對于不絕熱的管道，無特殊情況一般不設管托，直接放置在管支架上，但對大直徑薄壁管道宜在管道底部襯托加強板保護。

（6）在腐蝕較大的地方設置支吊架時，為保證安全起見選用高一級荷載支架。

（7）在選擇管道支架過程中材料選擇是否得當會對其造成一定影響，碳鋼鍍鋅需設置絕緣墊板，不銹鋼管道管夾從經(jīng)濟方面考慮常常選用碳鋼管夾，碳鋼與不銹鋼之間加絕緣墊板。

（8）水平敷設在支架上的有隔熱層的管道應設置管托，當管道熱脹量超過100mm時，應選用加長管托，以免管托滑到管架梁下；當隔熱層厚度≤80mm時，管托高度為100mm、當隔熱層厚度>80mm時，管托高度為150mm、當隔熱層厚度>130mm時，管托高度為200mm。

（9）為防止管道過大的橫向位移和可能承受的沖擊荷載一般在下列情況應設置導向支架：

a.在長距離輸送物料的管廊上，如果沒有設置膨脹彎，在設置兩個滑動架后應該設置一個導向架。

b.管廊上管道方向發(fā)生改變后應在相應的位置上設置導向架。

c.塔頂輸送下來的物料管線，第一個支架以后的支架都應該設置為立管上的導向架。DN>150的管道支架應該設置為四個方向的導向架，以防止管道因風荷載產生的搖晃。

d.橫向位移過大可能影響鄰近管道時，固定支架之間的距離過長，可能產生橫向不穩(wěn)定時；

e.為防止法蘭和活接頭泄漏要求管道不宜有過大的橫向位移時；

f.“Π”型補償器兩側的管道上應設導向支架，其位置距補償器彎頭宜為管道公稱直徑的40倍；

g.安全閥出口高速放空管道和可能產生振動的兩相流管道。

2.2敏感設備（泵、壓縮機）、罐管架設計

（1）泵入口處應該安置可調支架（運行中的泵在常溫下可以不用設置）假如有必要可以依據(jù)應力分析結果在安裝彈簧支吊架。泵附屬管道應盡量成組布置以便安裝支架，未經(jīng)泵制造廠許可不得在泵底座上安裝支架；在泵出口管道上，在距泵出口最近拐彎處設置支吊架；對于大型機泵的高溫進出口管道，為減輕泵管口受力而設置的支架應盡量使約束點和泵管口之間的相對熱伸縮量最小。

（2）在進行吸入過程的往復式壓縮機或者排除管道或者其它劇烈振動的化工管道，應該獨立安置管卡型支架（支架位于管架上或者是地面的管墩上），避免把振動傳達到構建筑物的梁柱上。一般壓縮機出入口管道均為應力管道應由應力專業(yè)計算后加相應的支架。

（3）除振動外，應盡量利用建筑物、構筑物的梁柱的生根點，且應考慮生根點所能承受的荷載，生根點的面積和形狀應滿足生根構件的要求，必要時應減少跨距以降低生根點的荷載。

（4）承重支架應安裝在靠近設備管口處，以減少管口受力。如果管道重量過重，一個承重支架承重有困難時，可增設一個彈簧承重支架。

（5）沿直立設備（塔、罐）布置的立管應設置承重支架和導向支架。承重支架應設置在靠近設備管口處，以減少管口受力。當管道垂直荷載過大時，為降低承重支架生根點處塔體的局部應力，可在垂直管中間增設彈簧支架分擔垂直荷載。在承重支架之下，按一定間距設導向支架，防止風荷載等引起的橫向位移，需要注意的是最下面的導向支架距管道拐彎處的距離至少為1/3垂直管道的導向支架間最大間距。

（6）由于罐基礎沉降支架需做到金屬軟管后，且靠近軟管。

3、管道支架設計注意事項

3.1.管道運行工況

管道支架的設計不僅要考慮正常操作條件，還要考慮開工、停車、除焦、再生和蒸汽吹掃等各種工況。

3.2.管道支架的生根

管道支架的生根部位應具有足夠的強度和剛度，對于所有生根在建筑物的支吊架，應將其生根點設置在立柱等承重構件上。

3.3.支架拉桿的長度

當管道支架選用吊架形式時，需要注意的是吊桿不能太短，防止管道發(fā)生水平熱位移后吊桿過度偏斜，而產生較大的水平力，影響管道的柔性。

3.4.彈簧支架的設計

彈簧支架選用的型式需要考慮支架本身需要的安裝空間尺寸、管道和設備布置的要求。當支架荷載較大，單個彈簧不能滿足要求時，可選用兩個相同規(guī)格的彈簧并聯(lián)安裝使用；施工單位可根據(jù)水壓試驗的荷載確定是否在彈簧支、吊架附近添加臨時支吊架，以保護彈簧支吊架。

3.5.管道支吊架應在管道的允許跨距內設置，并符合下列要求：

a.盡量使設備管口受力減小，如支架靠近設備管口，對管口不會產生較大的熱脹彎矩；

b.在集中荷載大的管道組成件附近設承重架；

c.設在彎管和大直徑三通式分支管附近；

d.宜利用建筑物、構筑物的梁、柱等設置支吊架的生根構件；

e.設在不妨礙管道與設備的連接和檢修的部位，（例如考慮維修方便，使拆卸管段時不需做臨時支架）

f.做柔性分析的管道，支架位置根據(jù)分析結果決定，并考慮支撐的可能性。

g.低溫化工管道（操作溫度小于且等于零下20℃）的管架不適宜與鋼結構直接接觸，應該在鋼結構和管架間墊隔冷塊或保冷管托，以避免鋼結構產生冷脆現(xiàn)象而遭到破壞。

h.非應力管道的調節(jié)閥順介質流向的第一個支架應該設置為固定架，應力管線支架形式按應力分析結果加。

3.6支架生根件焊在需整體熱處理設備上時，應向設備專業(yè)提出所用墊板的條件；不得用高溫管道、低溫管道、振動管道和蒸汽管道支撐其他管道；直接與設備管口相接或靠近設備管口的公稱直徑等于或大于150mm的水平安裝閥門應考慮支撐。

3.7三通處亦應視導出支管的荷重情況考慮裝設支吊架，輸送冷介質的管路不得與支吊架直接焊接。

3.8管路允許跨度的大小取決于它自身的強度、剛度、以及所要求的敷設坡度。管路的允許跨度可根據(jù)介質輸送的特征按強度或剛度條件選定，不能機械的取小者為準。另外敷設在管廊上的保冷管道應考慮好管間距，以防相鄰管道因間距過近保冷管托加不上。

3.9彈簧支架、減振支架和阻尼支架，應考慮在支架周圍留有足夠的維護空間。

3.10在很多情況下都強制設置固定支架，目的是保護管道避免發(fā)生撕裂、震動等情況的發(fā)生。一般情況下，下列幾種情況必須設置固定架：

a.在長距離輸送的管廊上，有膨脹彎的管線，兩個膨脹彎之間必須設置一個固定架，目的是使兩個固定架之間的管道應力能夠全部消失在膨脹彎上。裝置出入口和外管網(wǎng)相連接的管段，其固定支架的設置，應和外管統(tǒng)一考慮。

b.塔頂輸送下來的管線，第一個支架應該設置為固定架，以緩解管口的受力情況。支架應設置在封頭焊縫下方大于200mm的地方。

3.11彈簧支架：可變彈簧支吊架為了方便安裝起見，一般出廠時均帶定位銷。彈簧支架安裝前應檢查彈簧支吊架指針位置，確保指針指向安裝荷載，并核對彈簧的基礎數(shù)據(jù)待水壓試驗完成后，裝置開車前取下定位銷。

總結

綜上所述可知，管道支架的類型較多，應根據(jù)各種要求選擇出合理的支架形式、尺寸規(guī)格和相匹配的布置方式，確保整個管道系統(tǒng)的安全、實用、美觀、經(jīng)濟合理性。另外，作為設計人員，應具備良好的設計理念，充分了解與掌握設計意圖以及生產要求，結合實際情況加以分析，不斷的總結，開拓思路，以將自身的設計水平全面提高。

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