關(guān)于化工管道的支吊架設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考

張浩

（山西陽(yáng)煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

關(guān)于化工管道的支吊架設(shè)計(jì)要點(diǎn)的思考

張浩

（山西陽(yáng)煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

本文章主要講述了化工裝置設(shè)備中作為運(yùn)輸通道的管道支吊架的分類、作用、設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，著重解析了幾種常規(guī)支架的類型，提出在明確管道支吊架定位以及設(shè)置時(shí)需要注意的問(wèn)題，并且盡量努力做到與專家學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，分析化工管道支吊架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要謹(jǐn)慎對(duì)待的幾點(diǎn)問(wèn)題。

彈性支吊架；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；化工管道系

支吊架系統(tǒng)作為管道的應(yīng)力承托設(shè)備，雖然在整套設(shè)備中的投資占比較少，但一直被作為管道設(shè)計(jì)的重要組成部分，被提到十分著重的位置。因其對(duì)確?；す艿老档陌踩\(yùn)行有著深遠(yuǎn)的作用，在管道的運(yùn)行中，若不能有效控制各種應(yīng)力推力的作用所造成的管道變形，減少管理當(dāng)中的動(dòng)作情態(tài)，是無(wú)法確保設(shè)備運(yùn)行安全的。

1 幾種典型的石油化工管道支吊架

（1）恒力支吊架。這種支吊架主要的支撐效果是，能夠限定管道在固定負(fù)荷情況下的上下位移，恒力彈簧支吊架是在支吊架中的代表，一般較多地應(yīng)用在垂直方向上可能產(chǎn)生的位移空間較大的石油管道上，作為固定的支承，如圖1所示。

（2）彈性支吊架。這種支吊架主要的支撐效果是，能夠在有效控制和轉(zhuǎn)移的同時(shí)，限定管道有熱位移等，小幅度而產(chǎn)生大應(yīng)力的變形支點(diǎn)部位的變位，通過(guò)彈性限定的方式，調(diào)整和減少整個(gè)過(guò)程中支承對(duì)于管道產(chǎn)生的應(yīng)力載荷。恒力彈簧支吊架和可變彈簧支吊架是支吊架形式里的主要代表。前者大多被使用在電站鍋爐等管道的主要熱源部位，以及發(fā)電廠的水、汽、風(fēng)、煙等管道的熱源主要散發(fā)部位的懸吊部分，后者大多被使用在設(shè)備或者管道有可能因?yàn)闇刈兌a(chǎn)生位移的鍋爐等設(shè)備，如圖2所示。

圖1 恒力支吊架

（3）限制性支吊架。包括固定支吊架、限位支吊架和導(dǎo)向支吊架，主要的作用是限制管道在某個(gè)方向上的變位自由度，從完全固定到限制至少一個(gè)方向，直至以導(dǎo)向的方式支吊，能夠給予管道最大的變位自由度，從而適用于各種有變位需求的管道布設(shè)場(chǎng)合。

圖2 彈性支吊架

2 化工管道支吊架的作用

（1）滑動(dòng)架，通過(guò)托架在管道支承點(diǎn)下方形成應(yīng)力作用點(diǎn)或者作用面，能夠很好地應(yīng)對(duì)水平摩擦和產(chǎn)生作用力方向較單一垂直支撐的多種情況，這樣的實(shí)驗(yàn)化工管道設(shè)計(jì)人員在分析應(yīng)力管道前常用的支架?？紤]到設(shè)備的成本和應(yīng)用的形式，滑動(dòng)架可以普遍應(yīng)用于除非應(yīng)力管線的情況。常用的滑動(dòng)架類型有臨管支架、平管支托、假管支托、懸臂支架等。

（2）導(dǎo)向架，通過(guò)對(duì)化工管道位移的方向進(jìn)行引導(dǎo)，最大限度地減少對(duì)管道產(chǎn)生較大破壞的橫向位移，而促使管道盡可能沿軸向位移。另一方面，它也可以對(duì)水瓶化工管道起到承重的作用，一般被安置在應(yīng)力管線上，通過(guò)導(dǎo)向而非限定的方式，對(duì)管路系統(tǒng)的應(yīng)力分布可產(chǎn)生錯(cuò)峰平谷的效果。

3 化工管道系統(tǒng)裝配中支吊架的定位和安置方式要點(diǎn)

（1）必須準(zhǔn)確計(jì)算管道的強(qiáng)度，以及靜態(tài)應(yīng)力和動(dòng)態(tài)應(yīng)力的波動(dòng)范圍，以及波動(dòng)的頻率，承重架間距不應(yīng)超過(guò)管架跨距的公允最大值，對(duì)于有壓力脈動(dòng)管道情況，如果要計(jì)算固有的頻率來(lái)確定管架的間距，就得防止設(shè)備管道發(fā)生共振。

（2）應(yīng)最大限度地利用建筑結(jié)構(gòu)和支承構(gòu)建的強(qiáng)點(diǎn)來(lái)支撐管道系統(tǒng)或者作為主要的應(yīng)力承接點(diǎn)，特別是建筑物的柱和梁等承重構(gòu)件，如果建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)該向土建施工的環(huán)節(jié)明確提出，在建設(shè)同步安置化工管架所要求的預(yù)埋件和管墩等條件，并且應(yīng)當(dāng)滿足符合標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度。

（3）應(yīng)當(dāng)結(jié)合管道的工藝、工序?qū)艿赖膽?yīng)力狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，應(yīng)依據(jù)分析結(jié)果，以盡量均勻管道系統(tǒng)的整體應(yīng)力分布為原則來(lái)確定管架支點(diǎn)位置，并且要思考到支撐的可能性。

（4）應(yīng)最大限度地減少管道系統(tǒng)以及支吊架系統(tǒng)上的剪切應(yīng)力和撓度力矩，在垂直管段比較長(zhǎng)的彎頭部分或者是在垂直管段重心的上面安排承重架，這樣就可在它的下部多加一個(gè)導(dǎo)向架。

（5）應(yīng)當(dāng)采取集中加固的方式，確保管道在工作狀態(tài)下的應(yīng)力強(qiáng)度，如設(shè)置承重架在荷載較大的化工管道組成件附近。

（6）應(yīng)當(dāng)充分考慮管架與管道的緊定配合和熱防護(hù)方式，例如管架靠近設(shè)備管口可以減小管口的受力，也能夠有效地減小在管口內(nèi)產(chǎn)生的熱膨脹彎矩。當(dāng)化工管道支吊架的生根件所連接的管道裝置組件有熱載荷需求時(shí)，應(yīng)該向設(shè)備專業(yè)提出需要使用墊板的條件。

（7）在管架的類別和位置的選擇方面，應(yīng)當(dāng)充分考慮生根部的減力強(qiáng)度和受力特性，應(yīng)盡量減少作用力對(duì)生根部件的不好影響。

（8）協(xié)調(diào)好管道系統(tǒng)的工藝需求和工序需求，不僅要考慮管架的位置和設(shè)備的需要，也要為人工的操作檢修留出充足的空間。

4 化工管道支吊架設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)之談

（1）為了避免電腐蝕，不銹鋼化工管道和支吊架間應(yīng)該墊不銹鋼（或是不含有氯離子的橡膠、塑料）墊板，避免不均勻電阻率材料分布的電位差，防止碳鋼和不銹鋼觸碰產(chǎn)生晶間腐蝕。

（2）對(duì)于工作動(dòng)態(tài)復(fù)雜的裝置組件，如離心泵的入口化工管道處，應(yīng)該充分考慮各種可能的位移情況，對(duì)相關(guān)的可調(diào)支架做安置，如有必要，可以依據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果再安置彈簧支吊架。

（3）應(yīng)充分考慮設(shè)備動(dòng)量復(fù)合作用的安全防護(hù)措施，以及采取措施延長(zhǎng)動(dòng)量作用時(shí)間，以減少破壞性的力和力矩的產(chǎn)生，如采取措施，通過(guò)增加緩沖，加長(zhǎng)力臂等，如在化工管道和管卡之間加上橡膠墊等，另一方面還可增大管卡的緊固性。

（4）充分考慮支吊架系統(tǒng)的可拆卸裝配特性，應(yīng)該安置卡箍型管托，以方便組裝和拆卸，不適宜用焊接型管托。

（5）在考慮材料的溫度是否穩(wěn)定性，對(duì)操作溫度小于零下20 ℃的低溫甚至超低溫化工管道管架，應(yīng)當(dāng)采取一定的低溫防護(hù)，不宜與鋼結(jié)構(gòu)直接地接觸，或采用管道熱防護(hù)層，或在鋼結(jié)構(gòu)和在化工管架間墊上隔冷塊，這樣可以避免鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生冷脆的現(xiàn)象出現(xiàn)而遭到破壞。

5 設(shè)計(jì)實(shí)例分析

以某l00 kt/a環(huán)已酮管線導(dǎo)流項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)為例，設(shè)定起點(diǎn)為其加氫裝置，使用一根管道直徑為600 mm從塔頂引導(dǎo)出來(lái)，一直下到換熱器，假定水平落差的垂直長(zhǎng)度大約30 m，經(jīng)計(jì)算，若只在換熱器的出口處，按照無(wú)工藝情況，只設(shè)置一個(gè)承重架，在平均管線的載荷，管架載荷高達(dá)200 kN，按照固定支撐點(diǎn)的最大受力面可能考慮，設(shè)備勢(shì)必?zé)o法承受。因此，可根據(jù)本文思考的設(shè)計(jì)思路，在管道垂直段，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾觾蓚€(gè)彈簧吊架，按照受力均分的原則，每個(gè)彈簧架的指定載荷為60 kN。如此，增加的支撐點(diǎn)可將管道的應(yīng)力載荷均勻分擔(dān)，既可有效避免出口處載荷過(guò)大，多點(diǎn)固定的效果更能有效確保了管道的穩(wěn)定性。

綜上所述，化工管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，管道和支吊架系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)作為一體進(jìn)行考慮，因?yàn)槎咧g的引力作用是互相影響，甚至互為決定的。而管道的設(shè)計(jì)必須優(yōu)先考慮工藝和工序的需求，在此前提下，支吊架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得十分重要，只有合理地選用支吊架的型式和定位、安置的方式，充分調(diào)和安全與效率的各方面因素，才能保障化工裝備穩(wěn)健、安全地運(yùn)行。

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［2］ 蘇紅.管道支吊架的設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的若干問(wèn)題［J］.山西化工，2010（6）.

［3］ 張文彬.石油化工裝置管道支吊架的設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)與財(cái)富，2011（2）.

［4］ 張利，李巖，魏韜，等.石化管道應(yīng)力分析及支吊架設(shè)計(jì)綜述［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2009，35（1）：36-39，41.

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Refl ections on hangers design elements of the chemical pipeline

TQ055.81

1009-797X（2015）22-0073-03

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.030

張浩（1981-），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楦叻肿硬牧稀?/p>

2015-10-08