淺談管道支吊架的分類和應(yīng)用

楊曉靜 郝培波 于天玲（海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266000）

管道支吊架是管道系統(tǒng)中的組成組件之一，也是配管技術(shù)的重要組成部分。目前石化裝置隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐步向大型化、長周期安全運(yùn)行方向發(fā)展，這對管道支吊架的設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面都提出了更高的要求。

1 管道支吊架的分類

每個(gè)管道支吊架一般都是由承載體、結(jié)構(gòu)連接件和支承組件三大部分組成。管道支吊架的功能主要可以概括為：承受管道荷載、限制管道位移和控制管道振動(dòng)[1]三個(gè)方面。其中以承受管道荷載為管道支吊架最基本、最普遍的功能[2]。盡管管道支吊架的型式多種多樣，究其實(shí)質(zhì)只是剛度及其作用方向的不同，由此也可將其分為剛性支吊架和柔性支吊架兩大類。

1.1 剛性支吊架

剛性支吊架具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是在配管設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮使用的管道支吊裝置。

1.1.1 固定支架

固定支架是最能體現(xiàn)剛性支吊架功能特點(diǎn)的管道支架。用于限制管道在支承處任何方向上的線位移和角位移。選用時(shí)應(yīng)考慮對承載體的要求或影響。

1.1.2 承重支架

承重支架具有占用空間小、允許較大水平位移等優(yōu)點(diǎn)，最為常用。在管道荷載較大處或敏感設(shè)備進(jìn)出口處使用時(shí)要考慮摩擦力對管道及設(shè)備的影響。

1.1.3 導(dǎo)向支架

導(dǎo)向支架是引導(dǎo)管道沿預(yù)定方向位移，而限制其它方向位移。

1.1.4 止推支架

止推支架僅能限制管道在某一方向上的線性位移，一般用于防止管系嚴(yán)重變形或管道對設(shè)備產(chǎn)生過大的力和力矩。

1.2 柔性支吊架

柔性支吊架剛度較小，允許有較大位移。柔性支吊架的共同特點(diǎn)是其構(gòu)成中都包含有彈性功能組件。

1.2.1 可變彈簧支吊架

可變彈簧支吊架是指支架的承載力隨支吊點(diǎn)的位移及位移方向而變化。一般規(guī)定在允許荷載變化率≤25%時(shí)可以選用可變彈簧支吊架。建議選用時(shí)，對于簡單管系，采用“吊零”原則，即管道在支吊處因自重引起的垂直位移為零。對于復(fù)雜管系應(yīng)根據(jù)詳細(xì)柔性分析結(jié)果來確定。這時(shí)可不受“吊零”原則的限制。

1.2.2 恒力彈簧支吊架

恒力彈簧支吊架是恒力支吊裝置中最常用的一種。按其結(jié)構(gòu)可分為：三連桿式、四連桿式、雙杠板式等幾種。其基本工作原理是將壓縮彈簧產(chǎn)生的線性變化的彈簧力通過某種杠桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換輸出為相對恒定的反力。

2 管道支吊架的設(shè)置原則和設(shè)計(jì)程序

在實(shí)際應(yīng)用中，只有做到合理設(shè)置、正確選型，才能充分發(fā)揮支吊架的功能，保證管道及設(shè)備安全可靠地運(yùn)行。

2.1 管道支吊架的設(shè)置原則

通?？筛鶕?jù)以下原則：

2.1.1 考慮管徑、重量較大的閥門及管件位置；

2.1.2 應(yīng)滿足管道許用跨距的要求；

2.1.3 應(yīng)盡量避免在管道應(yīng)力集中處設(shè)置，如焊縫、管件等處；

2.1.4 應(yīng)盡量減少設(shè)備管嘴的受力；

2.1.5 對輸送介質(zhì)溫度≥4000C的碳鋼管道、不易進(jìn)行焊接操作的管道、需經(jīng)常拆卸的管道、合金鋼管道應(yīng)優(yōu)選卡箍式管托、管吊；

2.1.6 對管道某一（或多個(gè)）方向的位移需要限制或引導(dǎo)時(shí)，應(yīng)選用限位支吊架；

2.1.7 對可能產(chǎn)生振動(dòng)的管道，應(yīng)采用專門的減振止振措施；

2.1.8 當(dāng)需要詳細(xì)分析時(shí)，應(yīng)首先對所屬管系進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力計(jì)算，并以其計(jì)算結(jié)果作為支承組件的設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.2 管道支吊架的設(shè)計(jì)程序

盡管很多支吊架并不需要經(jīng)過詳細(xì)的設(shè)計(jì)就可以確定，但實(shí)際上這正是管道支吊架的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化以及大量工程經(jīng)驗(yàn)積累的結(jié)果。因此，對設(shè)計(jì)人員來講，了解一個(gè)支吊架的完整設(shè)計(jì)程序是必要的。一個(gè)支吊架的完整設(shè)計(jì)程序大致可分為以下幾個(gè)步驟：

2.2.1 收集設(shè)計(jì)所需資料[3]

2.2.1.1 規(guī)范規(guī)定：適用的管道（包括支吊架）設(shè)計(jì)規(guī)范；項(xiàng)目設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定；材料選用規(guī)定；支吊架設(shè)計(jì)專業(yè)規(guī)定（包括支吊架通用圖）及標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品樣本等。

2.2.1.2 圖紙資料：管線或管架平面圖和必要的縱斷面圖、配管及其它有關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)或規(guī)劃圖；

2.2.1.3 管道荷載（包括管道荷載、介質(zhì)重、其他集中荷載、固定支架的水平推力、端點(diǎn)位移等）。

2.2.2 初定支吊架位置

按前面所述支吊架設(shè)置原則，對照管道規(guī)劃圖及其它有關(guān)專業(yè)圖紙，初步選定支吊架位置，并在管段圖上標(biāo)出初步選定支吊架位置和預(yù)測的作用方向。

2.2.3 應(yīng)力分析（非必須）

如需要，繪制管段圖及收集其它管道設(shè)計(jì)條件進(jìn)行管道應(yīng)力分析，按管道應(yīng)力分析結(jié)果調(diào)整管道走向并確定支吊架的最終位置、型式、荷載和作用方向。

2.2.4 支吊架詳細(xì)設(shè)計(jì)

根據(jù)使用過程中各種可能出現(xiàn)的工況下確定支吊架設(shè)計(jì)的最苛刻承載條件，選定所要設(shè)置的支吊架的結(jié)構(gòu)型式，確定支吊架最終結(jié)構(gòu)尺寸。

3 結(jié)語

在整個(gè)石化裝置的投資中，雖然管道支吊架的投資比重并不大，但其對于整個(gè)裝置的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，如果支吊架選型不合理，可導(dǎo)致管道脫空、限制管道正常熱位移、增大設(shè)備管嘴受力等問題，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生管道撕裂、設(shè)備管嘴損壞等嚴(yán)重事故。因此應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件，按照管道支吊架的設(shè)置原則和設(shè)計(jì)程序認(rèn)真規(guī)劃、詳細(xì)設(shè)計(jì)。

[1]GB/T17116.1—管道支吊架第1部分：技術(shù)規(guī)范.

[2]管道支吊技術(shù)—林其略周美芳著.

[3]管道支架設(shè)計(jì)手冊—國振喜曲紹嘉著.

[4]SH3073—石油化工企業(yè)管道支吊架設(shè)計(jì)規(guī)范.

[5]管道支吊技術(shù)概論—郭蘆山著.