石油化工管架設(shè)計有感

胡春紅

(濟寧市化工設(shè)計院有限責(zé)任公司，山東 濟寧 272000)

管架的設(shè)計對剛進入化工設(shè)計的人員來說通常很模糊，相對其他來說是個難點，但是只要多看規(guī)范，多去企業(yè)學(xué)習(xí)，掌握管架的基本類型和管架設(shè)計的基本原則，理論和實踐相結(jié)合，你會發(fā)現(xiàn)管架設(shè)計并不難。

1 管架分類

1.1 管架本體分類

1.1.1 結(jié)構(gòu)部分

支架、吊架，如圖1。

設(shè)計原則：怎么方便怎么做，既能支又能吊的，選用吊架，不擋道。但須考慮相應(yīng)的預(yù)焊件、土建預(yù)埋件條件及點載荷條件。

1.1.2 功能部分

管托、導(dǎo)向架，如圖1。

管托：用于保溫保冷管。

導(dǎo)向架：用于長度達到須設(shè)置導(dǎo)向架的管道，防止其擺動。

軸向限位架：非應(yīng)力管極少用。

圖1 管架本體分類示意圖

1.2 按功能分管架類型

1.2.1 承受管道荷載

1.2.1.1 恒力彈簧支吊架

管道在支撐點有垂直位移且荷載變化率不大于6%時，應(yīng)選用恒力彈簧支吊架。當(dāng)管道支吊點處垂直方向位移較大或有特殊要求的地方，宜選用恒力彈簧支吊架，恒力彈簧支吊架可并聯(lián)安裝。選用恒力彈簧支吊架時，其公稱位移量應(yīng)比計算位移量大20%，且應(yīng)力大于20 mm。計算位移量應(yīng)考慮有雨水平位移引起的吊桿長度的增加。

1.2.1.2 可變彈簧支吊架

管道在支撐點有垂直位移且荷載變化率大于6%時，應(yīng)選用可變彈簧支吊架。當(dāng)管道荷載超過一個可變彈簧支吊架的最大允許荷載時，可選用兩個或兩個以上相同型號的可變彈簧并聯(lián)安裝。每個彈簧承受的荷載，應(yīng)按并聯(lián)彈簧數(shù)平均分配?？勺儚椈芍У跫艿脑O(shè)計應(yīng)考慮限制彈簧偏移、翹曲、偏心受載或過應(yīng)力的設(shè)施。

1.2.1.3 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部位。

1.2.1.4 滑動支架

1.2.1.5 滾動支吊架

1.2.2 限制管道位移

1.2.2.1 導(dǎo)向支架

當(dāng)管道在支承點處有軸向位移且需限制橫向位移時，應(yīng)選用導(dǎo)向支架。對于柔性較大、直管段較長的管道，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架。設(shè)置導(dǎo)向支架時，應(yīng)不影響管道的自然補償。

1)垂直管段的導(dǎo)向間距見表1。

表1 立管支架間的最大間距

2)水平管段導(dǎo)向支架(常見型式見圖2、圖3)間距見表2。

表2 水平管段導(dǎo)向支架間的最大間距

圖2 水平管段導(dǎo)向支架間距

圖3 水平管段導(dǎo)向支架間距(帶∩形補償器)

1.2.2.2 限位支架

對管道位移有限制時，應(yīng)選用限位支架。

1.2.2.3 固定支架

當(dāng)管道在支撐點處不得有任何位移時，應(yīng)選用固定支架。介質(zhì)溫度等于或大于100℃或需用蒸汽吹掃的進出裝置管道，應(yīng)在裝置邊界的鄰近管架上固定，固定點的位置，應(yīng)與裝置外的管道布置綜合考慮。補償器應(yīng)設(shè)在兩固定支架(限位支架，下同)之間?！切脱a償器距固定支架的距離，不宜小于兩支架間距的1/3。有熱伸長管道的調(diào)節(jié)閥組，一端宜設(shè)固定支架。設(shè)在管系中部的固定支架承受的水平力為較大一側(cè)水平力減去較小一側(cè)水平力的80%。

1.2.3 控制管道振動

減振裝置和阻尼裝置。

綜上，支吊架的結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強度和剛度，并應(yīng)盡量簡單。除選用的標(biāo)準(zhǔn)支吊架零部件外，支吊架結(jié)構(gòu)和連接應(yīng)進行強度或剛度計算。支吊架的間距，應(yīng)小于或等于管道的允許跨距。當(dāng)有閥門等集中荷載時，支吊架宜設(shè)置在靠近集中荷載處。支吊架宜設(shè)置在直管段上，不宜設(shè)置在局部應(yīng)力較高的部位。水平敷設(shè)在支架上的隔熱層的管道，應(yīng)設(shè)置管托。垂直敷設(shè)的有隔熱層的管道，在支架處應(yīng)設(shè)置能保護隔熱層的筋板或支耳等結(jié)構(gòu)。輸送介質(zhì)溫度等于或高于400℃的碳鋼管道和合金鋼、不銹鋼管道以及需要進行焊后熱處理的管道應(yīng)優(yōu)先選用卡箍式管托、管吊或選用帶同類材質(zhì)墊板的支吊架。架設(shè)在高空不易焊接的管道、經(jīng)常拆卸的管道和襯里管道，宜選用卡箍式管托、管吊。保冷管道，應(yīng)選用保冷管托、管吊。當(dāng)?shù)跫苡兴轿灰茣r，拉桿兩端應(yīng)為鉸接，拉桿應(yīng)具有足夠長度。

2 確定管道支吊架位置的要點

(1)首先要滿足管道最大允許跨度的要求。

(2)在有集中荷載時，支架位置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)在往復(fù)式壓縮機的吸入或排出管道以及其他有強烈振動的管道，宜單獨設(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，以避免將振動傳遞到建筑物上。

(5)承重支架應(yīng)安裝在靠近設(shè)備的管嘴處，以減少管嘴受力。如果管道重量過重，一個承重支架承重有困難時，可增設(shè)一個彈簧承重支架。

(6)除振動管道外，應(yīng)盡可能利用建筑物、構(gòu)筑物的梁柱作為支架的生根點，且應(yīng)考慮生根點所能承受的荷載。生根點的面積和形狀應(yīng)滿足生根構(gòu)件的要求。必要時應(yīng)減小跨距以降低生根點的荷載。

(7)對于復(fù)雜的管系，尤其需要作較精確的的熱應(yīng)力計算的管系，宜按下面步驟設(shè)置管架：

1)將復(fù)雜管系用固定支架或?qū)蛑Ъ軇澐譃閹讉€較為簡單的管系；

2)在集中荷載點附近配置支架；

3)按規(guī)定的最大允許跨距設(shè)置其余支吊架的位置。

3 管架編號方法

3.1 管架類別

如圖4所示。

圖4 管架類別示意圖

A類-標(biāo)準(zhǔn)件；B類-剛性支吊架；C類-彈簧支架；D類-懸臂、三角架；E類-導(dǎo)向架；F類-支腿；G類-托架；J類-管托；K類—軸向限位架。

3.2 常用的各類管架用途介紹

3.2.1 A類

A1、A2用于DN≤3”的管道，如公用工程站的管道可選用∠50的角鋼加A1b。A9用于DN≤3”的穿平臺的管道。

3.2.2 B類

B2、B7吊桿承重架用于單根小管L≥1000mm的管道。B12、B13視土建結(jié)構(gòu)不同普遍使用，單根小管、多跟并排管均可使用。B10、B11、B15常用于單根小管(DN≤3”)，保溫管、不保溫管均可使用，高度不宜過大。通常高度L≥1000 mm的宜選用B1、B2。

3.2.3 C類

彈性管架用于管道有垂直位移的支架，如泵出口。

3.2.4 D類

此類支架盡量選用三角架D5、D6。D1、D2懸臂用于小管。D12、D13用于較大立管常與F19或E14、E15、E16組合使用。如高塔管道的承重架或?qū)蚣?。D17可 用于支撐類似公用工程站等一排豎直小管。

3.2.5 E類

可根據(jù)管徑及管架結(jié)構(gòu)部分的情況選用。E26可用于泵入口管，如圖5。

圖5 管架E26應(yīng)用示意圖

3.2.6 F類

主要用于離地面、平臺較近的管道。F1、F12用于碳鋼，F(xiàn)2、F13用于不銹鋼、鉻鉬鋼等合金鋼管。F6用于保冷管。F19用于穿平臺的大管承重，如果管道在平臺邊可用F19+D2(2個)如圖6。

圖6 管架F19+D2應(yīng)用示意圖

F22～F27用于各種彎頭支架，要求DN/2≤DN1≤DN，見圖7。

圖7 管架F22～F27應(yīng)用示意圖

F1～F6要求DN/2≤DN1≤DN，A≤1000mm，如果過大則可加一個G7、G8，見圖8。

圖8 管徑過大加G7、G8應(yīng)用示意圖

3.2.7 G類

G1～G4用于單根管道，被情況選用。G8用于一排多跟距地面或平臺較近的管道。

3.2.8 J類

可直接焊接到管道上的管托J1、J2、J5、J6，由于現(xiàn)在做的工程較大，鋼結(jié)構(gòu)較大優(yōu)選J2、J6(L=450 mm)，J2、J6根據(jù)管徑選用。不適合直接焊C.S管托的管道選J3、J4、J7、J8，同理優(yōu)選J4、J8(L=450 mm)L=450 mm指管托長度。

3.2.9 K類

軸向限位，一般多用于管廊。另外，一般情況下不選用支墩，管架直接置于地面上，如需要支墩，提條件給土建做。

4 管道最大跨距

(1)碳鋼及厚壁不銹鋼管道最大跨矩見表3。

表3 碳鋼及厚壁不銹鋼管道最大跨矩

(2)管道壁厚 10S的不銹鋼管道最大跨矩見表4。

表4 管道壁厚 10S的不銹鋼管道最大跨矩

(3)垂直管道最大跨距見表5。

表5 垂直管道最大跨距

5 結(jié)束語

從事化工設(shè)計的人知道，每一個項目都與管架不可分割，管架是管道的支撐，要想讓整個廠區(qū)的管道井然有序，必須做好管架的設(shè)計。同時，管架的設(shè)計還牽系著整個工程的安全，只要把管架設(shè)計好了，才能保障整個廠區(qū)的安全生產(chǎn)。

參考文獻

[1]張德姜.全國壓力管道設(shè)計審批教材人員培訓(xùn)教材[M].3版.北京:中國石化出版社,2015.

[2]中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計手冊[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.