張浩

（山西陽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)計要點的思考

張浩

（山西陽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)備中作為運輸通道的管道支吊架的分類、作用、設(shè)計關(guān)鍵點，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)置時需要注意的問題，并且盡量努力做到與專家學(xué)者的經(jīng)驗相結(jié)合，分析化工管道支吊架的設(shè)計過程中，需要謹(jǐn)慎對待的幾點問題。

彈性支吊架；設(shè)計要點；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)計的重要組成部分，被提到十分著重的位置。因其對確?；す艿老档陌踩\行有著深遠(yuǎn)的作用，在管道的運行中，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)中的動作情態(tài)，是無法確保設(shè)備運行安全的。

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，限定管道有熱位移等，小幅度而產(chǎn)生大應(yīng)力的變形支點部位的變位，通過彈性限定的方式，調(diào)整和減少整個過程中支承對于管道產(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為溫變而產(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方向上的變位自由度，從完全固定到限制至少一個方向，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)場合。

圖2 彈性支吊架

2 化工管道支吊架的作用

（1）滑動架，通過托架在管道支承點下方形成應(yīng)力作用點或者作用面，能夠很好地應(yīng)對水平摩擦和產(chǎn)生作用力方向較單一垂直支撐的多種情況，這樣的實驗化工管道設(shè)計人員在分析應(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，滑動架可以普遍應(yīng)用于除非應(yīng)力管線的情況。常用的滑動架類型有臨管支架、平管支托、假管支托、懸臂支架等。

（2）導(dǎo)向架，通過對化工管道位移的方向進(jìn)行引導(dǎo)，最大限度地減少對管道產(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，通過導(dǎo)向而非限定的方式，對管路系統(tǒng)的應(yīng)力分布可產(chǎn)生錯峰平谷的效果。

3 化工管道系統(tǒng)裝配中支吊架的定位和安置方式要點

（1）必須準(zhǔn)確計算管道的強(qiáng)度，以及靜態(tài)應(yīng)力和動態(tài)應(yīng)力的波動范圍，以及波動的頻率，承重架間距不應(yīng)超過管架跨距的公允最大值，對于有壓力脈動管道情況，如果要計算固有的頻率來確定管架的間距，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)點來支撐管道系統(tǒng)或者作為主要的應(yīng)力承接點，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)力分布為原則來確定管架支點位置，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，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)計的幾點經(jīng)驗之談

（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）對于工作動態(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)備動量復(fù)合作用的安全防護(hù)措施，以及采取措施延長動量作用時間，以減少破壞性的力和力矩的產(chǎn)生，如采取措施，通過增加緩沖，加長力臂等，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)計實例分析

以某l00 kt/a環(huán)已酮管線導(dǎo)流項目工程設(shè)計為例，設(shè)定起點為其加氫裝置，使用一根管道直徑為600 mm從塔頂引導(dǎo)出來，一直下到換熱器，假定水平落差的垂直長度大約30 m，經(jīng)計算，若只在換熱器的出口處，按照無工藝情況，只設(shè)置一個承重架，在平均管線的載荷，管架載荷高達(dá)200 kN，按照固定支撐點的最大受力面可能考慮，設(shè)備勢必?zé)o法承受。因此，可根據(jù)本文思考的設(shè)計思路，在管道垂直段，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾觾蓚€彈簧吊架，按照受力均分的原則，每個彈簧架的指定載荷為60 kN。如此，增加的支撐點可將管道的應(yīng)力載荷均勻分擔(dān)，既可有效避免出口處載荷過大，多點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)計過程中，管道和支吊架系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)作為一體進(jìn)行考慮，因為二者之間的引力作用是互相影響，甚至互為決定的。而管道的設(shè)計必須優(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、安全地運行。

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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，研究方向為高分子材料。

2015-10-08