化工裝置管道支吊架設(shè)置原則與管系柔性設(shè)計(jì)

劉 敏

(湖北省化學(xué)工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430074)

管道支吊架是管道系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響到管系強(qiáng)度的安全可靠性，在管道布置工程中是必不可少的。所有管道布置都必須借助各種不同形式、不同功能的支吊架來(lái)完成。支吊架不僅僅起著支撐管道的作用，即承受管道的垂直載荷，還需要承受各方面的力和力矩，只有這樣，管道和與之相連的設(shè)備的安全才能得到保證[1-2]。隨著化工工業(yè)的發(fā)展，裝置的大型化導(dǎo)致管徑也相應(yīng)增大，對(duì)支吊架的設(shè)置要求也越來(lái)越高。

1 管道支吊架的分類

根據(jù)管道支吊架的作用可以將其分為三大類：承重支吊架、限制性支吊架和防振支架。

(1)承重管架：用以承受包括管道自重、隔熱或隔聲結(jié)構(gòu)荷載或管道中介質(zhì)的荷載等。

(2)限制性管架：用以限制和約束因熱脹而引起的管道在任一方向的位移。

(3)減震架：專門用于控制管道的振動(dòng)，常用于限制和緩和往復(fù)式機(jī)泵進(jìn)出口管道和由地震、動(dòng)載荷包括安全閥排出反力引起的管道振動(dòng)。

2 管道支吊架布置的基本原則[3]

管道支吊架的位置應(yīng)考慮以下原則：

(1)除振動(dòng)管道外，應(yīng)盡可能利用已有的建構(gòu)筑、構(gòu)筑物的梁柱作為支架的生根點(diǎn)，且要核實(shí)生根點(diǎn)的構(gòu)架和所能承載的荷載是否滿足支吊架的生根要求和承載能力。

(2)管道支吊架不應(yīng)設(shè)置在管道與設(shè)備連接和檢修的部位。

(3)對(duì)于有集中載荷的地方，管道支吊架位置應(yīng)盡量靠近集中載荷處，以保持管道應(yīng)力最小。

(4)靠近管系的兩端，當(dāng)管系與設(shè)備相接時(shí)，盡可能靠近設(shè)備管嘴，以減少其受力。

(5)支吊架應(yīng)設(shè)在彎管和大直徑三通分支管附近。

(6)管系中有較長(zhǎng)的垂直管道時(shí)，應(yīng)在垂直管段的上部及下部設(shè)承重支架，中間設(shè)置導(dǎo)向支架。

(7)對(duì)于復(fù)雜管系，可用固定支架將其分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的管段，支架位置應(yīng)考慮有利于兩點(diǎn)之間管段的自然補(bǔ)償。

(8)∏形補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)置在兩固定支架之間?！切窝a(bǔ)償器與支架之間的距離不宜小于兩支架間距的1/3；水平管道上的∏形補(bǔ)償器兩側(cè)應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架，兩者之間的間距應(yīng)為32DN～42DN。

(9)當(dāng)管道直線距離較長(zhǎng)且中間無(wú)固定點(diǎn)和止推支架，或管道橫向位移過大影響鄰近管道，或安全閥出口的放空管道，或宜產(chǎn)生振動(dòng)的兩相流管道，應(yīng)在這些管道上設(shè)置導(dǎo)向支架。

(10)在管道的自然補(bǔ)償?shù)奈恢萌鐝濐^、分支處，不應(yīng)設(shè)導(dǎo)向支架。

(11)應(yīng)在有可能發(fā)生水擊、兩相流等并能引起振動(dòng)的管道上設(shè)置止推支架。

(12)防振支架宜單獨(dú)設(shè)立，盡量生根于地面的管墩或管架上，以免將振動(dòng)傳遞到建筑物上。

3 管系的柔性設(shè)計(jì)

通常情況下，管系的走向并不是以完成有利于管系的柔性來(lái)確定的，而是應(yīng)首先滿足管道與設(shè)備的連接位置、支吊架的生根條件、工藝條件、操作條件、安全消防等要求，并在滿足這些要求的基礎(chǔ)上做到盡可能的節(jié)省。在這種情況下確定的管系若能滿足柔性的要求，即為最佳方案。如果這種情況下不能滿足柔性的要求，則可適當(dāng)調(diào)整管道的走向或支吊架的類型使其柔性得到滿足。

(1)在管道布置過程中，如碰到介質(zhì)溫度較高、管道直徑較大、管道壁厚較厚或者與敏感設(shè)備相連的管道時(shí)，應(yīng)在滿足其它要求的情況下有意識(shí)的關(guān)注管系的柔性問題，并在管系走向與結(jié)構(gòu)尺寸上適當(dāng)予以考慮，盡可能的形成自然補(bǔ)償，從而做到運(yùn)行可靠，投資又少。

(2)將某些剛性支吊架改為彈簧支吊架可以增加管系的柔性。彈性支架對(duì)管系有一定的約束作用，但同時(shí)又允許它沿約束方向有一定的位移，因此能緩解支架的約束作用，從而增加管系的變形能力。

(3)通常情況下，設(shè)備管口沿著管口方向的剛度較大，而垂直于管口方向的剛度較小。因此可以通過改變管系與設(shè)備管口的主要連接方向，沿設(shè)備管口剛度較小的方向布置管系的主要熱膨脹方向，在滿足管口受力要求的情況下充分利用設(shè)備管口的柔性[4]當(dāng)然，這種利用設(shè)備管口的柔性緩解管系柔性矛盾的潛力很小。

(4)利用補(bǔ)償器增加管系柔性。管道補(bǔ)償器自身剛度較小，可以有效吸收管系的熱膨脹力，達(dá)到緩解管系中的應(yīng)力和對(duì)邊界約束的附加力的作用。常見的管道補(bǔ)償器有波形補(bǔ)償器、套管式補(bǔ)償器和球形補(bǔ)償器。對(duì)于非工藝管道，當(dāng)符合下列情況時(shí)，可考慮采用柔性管件進(jìn)行熱補(bǔ)償：受設(shè)備布置、空間、支撐條件等限制，無(wú)法采用自然補(bǔ)償時(shí)；當(dāng)管系對(duì)相連設(shè)備管口或支撐結(jié)構(gòu)的推力太大時(shí)；對(duì)于大直徑管道，采用自然補(bǔ)償并不比用柔性管件補(bǔ)償更經(jīng)濟(jì)時(shí)；與有較大不均勻沉降的設(shè)備相連接時(shí)。

(5)摩擦力對(duì)管系柔性的影響。管系中的管線在受熱膨脹時(shí)會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，從而造成管線與其接觸面或支撐面之間產(chǎn)生摩擦力，這將會(huì)影響管線的熱膨脹，降低管系的柔性。因此當(dāng)產(chǎn)生的摩擦力較大且會(huì)危及到支架的安全時(shí)，往往將其承重支架改為滾動(dòng)支架或自潤(rùn)滑低摩擦支架等。

4 結(jié)論

管道的支吊架設(shè)計(jì)是伴隨著管道布置進(jìn)行的。配管工程師在確定管道走向時(shí)就應(yīng)初步考慮可能的支撐點(diǎn)、生根條件和支撐型式，待管系的力學(xué)分析完成后再對(duì)其進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，最終使得管道布置既能滿足強(qiáng)度要求又符合管道布置的一般要求。因此管道支吊架的設(shè)計(jì)應(yīng)與管道布置及管系力學(xué)計(jì)算緊密配合、合理調(diào)整，才能做出優(yōu)良的管道設(shè)計(jì)。