石油化工管道支吊架適用性分析與應(yīng)用

溫慧

摘 要：在整個(gè)石油化工裝置中的投資中，管道支吊架對(duì)于管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。管道支吊架的設(shè)計(jì)和管系的應(yīng)力狀態(tài)有著緊密的聯(lián)系，直接影響管系的安全運(yùn)行。因此，正確設(shè)置及選用管道支吊架，對(duì)于改善管系振動(dòng)、適應(yīng)管系變形等有著重要的作用。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)；安裝；管道支吊架；

在長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)與安裝中，既要滿足工藝過程的要求，還要考慮設(shè)備、機(jī)泵、管道及其組成件的受力情況，保證裝置的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。管道支吊架是管道設(shè)計(jì)中的重要組成部分，所有管道敷設(shè)都必須借助各種不同形式、不同性能的支吊架來完成。本文介紹了在石油化工裝置的管道設(shè)計(jì)中，管道支吊架的分類及用途和管道支吊架的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的設(shè)置方法及選用原則，并說明在石油化工管道設(shè)計(jì)中管道支吊架的重要性及意義。

1 石油化工管道支吊架的分類及用途

管道支吊架按其用途可分為承重管架、限制性管架和減振管架三大類。對(duì)這三類管架的用途作如下簡(jiǎn)單的介紹。承重管架：承受管道荷載（包括管道自身荷載、隔熱或隔聲機(jī)構(gòu)荷載和介質(zhì)荷載等）；限制性管架：用于限制、控制和約束管道在任一方向的變形；減振管架：用于限制或緩和往復(fù)式機(jī)泵進(jìn)出口管道和由地震、風(fēng)壓、水擊、安全閥排出反力等引起的管道振動(dòng)。

1.1 承重管架詳細(xì)分類及用途

承重管架按其用途可分為：剛性架、可調(diào)剛性架、可變彈簧架、恒力彈簧架。對(duì)這四類管架的用途作如下簡(jiǎn)單的介紹。剛性架：用于無(wú)垂直位移的場(chǎng)合；可調(diào)剛性架：用于無(wú)垂直位移，但要求安裝誤差嚴(yán)格的場(chǎng)合；可變彈簧架：用于有少量垂直位移的場(chǎng)合；恒力彈簧架：用于垂直位移較大或要求支吊點(diǎn)的荷載變化不能太大的場(chǎng)合。

1.2 限制性管架詳細(xì)分類及用途

限制性管架按其用途可分為：固定架、限位架、軸向限位架、導(dǎo)向架。對(duì)這四類管架的用途作如下簡(jiǎn)單的介紹。固定架：用于固定點(diǎn)處不允許有線位移和角位移的場(chǎng)合；限位架：用于限制管道任一方向線位移的場(chǎng)合；軸向限位架：用于限位點(diǎn)處需要限制管道軸向位移的場(chǎng)合；導(dǎo)向架：用于允許有管道軸向位移，但不允許有橫向位移的場(chǎng)合。

1.3 減振管架詳細(xì)分類及用途

減振管架按其用途可分為：一般減振架、彈簧減振器、油壓減振器。對(duì)這三類管架的用途作如下簡(jiǎn)單的介紹。一般減振架：用于需要減振的場(chǎng)合；彈簧減振器：用于需要彈簧減振的場(chǎng)合；油壓減振器：用于需要油壓減振的場(chǎng)合。

2 石油化工管道支吊架的設(shè)置

2.1 管道允許跨度的確定

一個(gè)管系通常包括各種形式和不同荷載條件的管段，由于其承受重量荷載的能力各不相同，應(yīng)根據(jù)情況按照管道的基本跨距及管段的形狀，確定不同管段的最大允許跨度。

2.1.1 連續(xù)敷設(shè)的管道允許跨距

連續(xù)敷設(shè)的管道允許跨距L 應(yīng)按三跨連續(xù)梁承受均布荷載時(shí)的剛度條件計(jì)算，按強(qiáng)度條件校核，取兩者中的小值。按剛度條件計(jì)算管道允許跨距

裝置內(nèi)計(jì)算公式： （1）

裝置外計(jì)算公式： （2）

式中：L1-裝置內(nèi)管道由剛度條件決定的跨距，m；L 1'-裝置外管道由剛度條件決定的跨距，m；Et-管道材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，MPa；I-管道扣除腐蝕欲量及負(fù)偏差后的截面慣性矩，mm4；q-每米管道的重量，N/m。按強(qiáng)度條件計(jì)算管道允許跨距

不考慮內(nèi)壓計(jì)算公式： （3）

考慮內(nèi)壓計(jì)算公式： （4）

式中：L1-不考慮內(nèi)壓由強(qiáng)度條件決定的跨距，m；L2' -考慮內(nèi)壓有強(qiáng)度條件決定的跨距，m；[σ]t -管道材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；W-管子扣除腐蝕欲量及負(fù)偏差后的抗彎截面模量，mm3。I 和W 分別按以下兩式計(jì)算：

（5）

（6）

式中：D0-管道內(nèi)徑，mm；Di—管道外徑，mm。

2.1.2 非連續(xù)敷設(shè)的管道允許跨距

水平管道的彎管部分，其兩支架間的管道展開長(zhǎng)度，應(yīng)為水平直管跨距的0.6～0.7 倍；水平管道末端直管的允許跨距，應(yīng)為水平直管跨距的0.7～0.8 倍。

2.2 管道允許導(dǎo)向間距的確定

當(dāng)對(duì)管道需要考慮約束由風(fēng)載、地震、溫度變形等引起的橫向位移，或要避免不平衡內(nèi)壓、熱脹推力及支撐點(diǎn)摩擦力造成管段軸向失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置必要的導(dǎo)向架，并限制最大導(dǎo)向間距。

2.3 管道支吊架的設(shè)置要點(diǎn)

（1）首先要滿足管道最大允許跨度的要求；設(shè)置導(dǎo)向架時(shí)，也應(yīng)同時(shí)滿足最大導(dǎo)向間距的要求 。（2）在有集中荷載時(shí)，管道支吊架要布置在靠近荷載的地方，以減少偏心荷載和彎曲應(yīng)力。（3）在敏感設(shè)備（泵、壓縮機(jī)等）附近，應(yīng)設(shè)置支架，以防管道荷載作用于設(shè)備管嘴。（4）往復(fù)式壓縮機(jī)的吸入或排出管道以及其他有強(qiáng)烈振動(dòng)的管道，宜單獨(dú)設(shè)置支架，（支架生根于地面上的管墩、管架上）并與建筑物隔離，以避免將振動(dòng)傳遞到建筑物上。（5）承重支架應(yīng)安裝在靠近設(shè)備管嘴處，以減少管嘴受力。如果管道重量過重，一個(gè)承重支架承重有困難時(shí)，可增設(shè)一個(gè)彈簧承重支架。（6）除振動(dòng)管道外，應(yīng)盡可能利用建筑物、構(gòu)筑物的梁柱作為支吊架的生根點(diǎn)，且應(yīng)考慮生根點(diǎn)所能承受的荷載。生根點(diǎn)的面積和形狀應(yīng)滿足生根構(gòu)件的要求。必要時(shí)應(yīng)減小跨距以降低生根點(diǎn)的荷載。（7）對(duì)于復(fù)雜的管系，尤其需要作較精確的熱應(yīng)力計(jì)算的管系，宜按下面步驟設(shè)置管架：第一步將復(fù)雜管系用固定支架或?qū)蛑Ъ軇澐譃閹讉€(gè)較為簡(jiǎn)單的管段，如L 形管段、U 形管段、Z形管段等；第二步在集中荷載點(diǎn)附近配置支架；第三步按規(guī)定的最大允許跨距設(shè)置其余管架；第四步進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算，根據(jù)核算結(jié)果調(diào)整支吊架的位置。（8）管道固定支架的設(shè)置：穿越界區(qū)的管道在跨界區(qū)分界線段1 m 處應(yīng)設(shè)置固定架；調(diào)節(jié)閥組應(yīng)設(shè)兩個(gè)支架，一般第一個(gè)支架（按介質(zhì)流入方向）應(yīng)為固定架；確定管道固定點(diǎn)位置時(shí)，使其有利于兩固定點(diǎn)間管段的自然補(bǔ)償；選用π 形補(bǔ)償器時(shí)，宜將其設(shè)置在兩固定點(diǎn)的中部，π 形補(bǔ)償器距固定支架的距離不宜小于兩固定支架間距的1/3；固定點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在需要承受管道振動(dòng)、沖擊荷載或需要限制管道多方向位移的地方；作用于管道中固定點(diǎn)的荷載，應(yīng)考慮其兩側(cè)各滑動(dòng)支架的摩擦反力。固定點(diǎn)宜靠近需要限制分支管位移的地方；進(jìn)出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置分界處設(shè)固定點(diǎn)。

3 石油化工管道支吊架的選用

（1）按照支承點(diǎn)所承受的荷載大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、是否保溫或保冷、管道的材質(zhì)和安裝空間等條件選用合適的支吊架。（2）設(shè)計(jì)管道支吊架時(shí)，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)支吊架。（3）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省鋼材，且制作簡(jiǎn)單，施工方便。因此，除下列情況外，應(yīng)盡量采用焊接型的管托和管吊：管內(nèi)介質(zhì)溫度大于或等于400 ℃的碳素鋼材質(zhì)的管道；低溫管道；合金鋼材質(zhì)的管道；生產(chǎn)中需要經(jīng)常拆卸檢修的管道；架空布置且不易施工焊接的管道。（4）當(dāng)架空布置的管道熱膨脹量超過100 mm 時(shí)，應(yīng)選用加長(zhǎng)管托，以免管托滑落。（5）支架生根焊在鋼制設(shè)備上時(shí)，所用墊板應(yīng)按設(shè)備外型成型。當(dāng)鋼管設(shè)備壁厚大于38 mm 時(shí)，應(yīng)取得設(shè)備專業(yè)的同意。當(dāng)生根在合金設(shè)備上時(shí)，墊板材料應(yīng)與設(shè)備材料相同，并應(yīng)取得設(shè)備專業(yè)的同意。（6）對(duì)于荷載較大的支架位置要事先與有關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人聯(lián)系，并提出支架位置、標(biāo)高和荷載情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范德新， 畢傳福. 淺談石油化工管道支吊架的選用及設(shè)置[J]. 價(jià)值工程， 2011， 30（6）：6-6.