康宇鑫 吳劍軍 張 博

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司 河南洛陽(yáng) 471023

管道支吊架的設(shè)計(jì)是管道設(shè)計(jì)中的重要組成部分，它必須考慮相關(guān)設(shè)備、管道及其組成件的綜合受力情況，通過(guò)正確、合理的管道支吊架設(shè)置，來(lái)完成對(duì)管系一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的約束和矯正，以此來(lái)保證管道的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

1 管道支吊架的大致分類(lèi)

管道支吊架按照性能可以分為剛性支吊架、彈性支吊架、柔性管架和減振阻尼器。剛性支吊架具有較高的剛度，在作用力的作用下，理論上是不發(fā)生形變的，其一般應(yīng)用于沒(méi)有豎向位移的管道支撐點(diǎn)上。彈性支吊架是指加入了彈性元件的支吊架，一般應(yīng)用于在豎直方向上具有較大位移的管道支撐點(diǎn)上。柔性管架是一種在管道主位移方向上剛度較小的支架，即管道位移不受支吊架的限制，而是將位移傳遞給支架使之共同移動(dòng)，適用于對(duì)大口徑單根管道的支撐。減振阻尼器是一種特殊的管道支吊架，其主要作用是抑制管道的震動(dòng)和沖擊荷載，限制管道和設(shè)備的線加速度及線速度，但允許管道及設(shè)備的最終熱位移。以下重點(diǎn)討論彈簧支吊架的安裝和調(diào)整。

2 彈簧支吊架的分類(lèi)及簡(jiǎn)介

彈簧支吊架分為兩大類(lèi)，一是可變彈簧支吊架（圖1），二是恒力彈簧支吊架（圖2）。可變彈簧支吊架的荷載隨著位移的變化而變化，其允許位移范圍一般為0～120mm，荷載變化率不應(yīng)該大于25%。恒力彈簧支吊架的荷載理論上不隨位移的變化而變化，它是通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)保證力矩平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)荷載的恒定。但在現(xiàn)實(shí)中，要保證荷載完全恒定是不現(xiàn)實(shí)的，一般認(rèn)為將荷載變化率控制在6%以內(nèi)，即認(rèn)為合格，允許位移范圍一般為50～400mm?？勺儚椈珊秃懔椈删纱?lián)和并聯(lián)使用。當(dāng)荷載過(guò)大時(shí)，采用并聯(lián)；當(dāng)位移變化過(guò)大時(shí)，采用串聯(lián)。設(shè)計(jì)中，彈簧支吊架的最大串聯(lián)數(shù)不宜超過(guò)3 個(gè)。需要注意的是，在實(shí)際工程建設(shè)中，即便將質(zhì)量完全合格的彈簧安裝在管道及設(shè)備上之后，也不能保證其在日后的生產(chǎn)運(yùn)行中完全滿足設(shè)計(jì)要求。影響彈簧支吊架性能的最大因素就是其安裝和調(diào)整，且對(duì)日后管道及設(shè)備的安全運(yùn)行起著決定性的作用。如果彈簧支吊架安裝調(diào)整不到位，會(huì)導(dǎo)致彈簧無(wú)法正常工作，引起管道及設(shè)備損害，甚至發(fā)生事故。

圖1 可變彈簧支吊架典型結(jié)構(gòu)圖

圖2 恒力彈簧支吊架典型結(jié)構(gòu)圖

3 彈簧支吊架的安裝和調(diào)整

3.1 明確正確的拆除時(shí)間

當(dāng)管道完成所有的過(guò)載測(cè)試及絕熱施工后，在開(kāi)車(chē)試運(yùn)之前，應(yīng)當(dāng)將所有彈簧支吊架的限位銷(xiāo)釘移除。只有在這個(gè)時(shí)候拆除掉彈簧的限位銷(xiāo)釘，才能夠保證將彈簧調(diào)整到正確的設(shè)計(jì)荷載，從而滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也能夠避免管道或設(shè)備在過(guò)載測(cè)試的過(guò)程中造成彈簧卡阻及損壞。另外，有一種比較特殊的情況就是，對(duì)于和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備接口相連的管道上的彈簧支吊架的調(diào)整，應(yīng)當(dāng)在施工完成后，管道強(qiáng)度試驗(yàn)之前進(jìn)行，其目的是為了使管法蘭和設(shè)備法蘭的間距、平行度、同軸度等重要參數(shù)在配管過(guò)程中得到充分保證。待完成這類(lèi)管道的配管安裝后，再重新鎖定彈簧支吊架的限位銷(xiāo)釘，進(jìn)行管道的后續(xù)過(guò)載試驗(yàn)。

3.2 明確彈簧的“三態(tài)”

彈簧的“三態(tài)”，即彈簧的剛態(tài)、冷態(tài)和熱態(tài)。彈簧的剛態(tài)，也就是彈簧的安裝狀態(tài)。由于彈簧的限位銷(xiāo)釘還未移除，整個(gè)彈簧處于一種剛性狀態(tài)，既不能被拉伸，也不能被壓縮，此時(shí)的彈簧是一個(gè)幾何尺寸不能變化的剛體，彈簧的總高度就是彈簧的安裝高度。彈簧的冷態(tài)，是指在正式開(kāi)工試運(yùn)之前，將彈簧的定位銷(xiāo)釘拆除后，彈簧恢復(fù)彈性時(shí)的狀態(tài)。彈簧的熱態(tài)是指裝置開(kāi)工后，在一個(gè)預(yù)定的溫度下工作時(shí)彈簧的狀態(tài)。

3.3 對(duì)彈簧的安裝和調(diào)整要求

彈簧處于剛態(tài)時(shí)，是按照管道的應(yīng)力分析要求，將彈簧預(yù)壓縮或預(yù)拉伸到一個(gè)預(yù)定的位置，即安裝標(biāo)尺（冷態(tài)位置）處，并用限位銷(xiāo)釘鎖死，此時(shí)彈簧支吊架是一個(gè)幾何尺寸不能變化的的剛體。對(duì)于彈簧的安裝和調(diào)整有如下技術(shù)要求：

（1）彈簧在安裝時(shí)，要使彈簧的觀察面板朝向日后便于觀察的方向；

（2）安裝時(shí)要保證彈簧的安裝預(yù)留空與彈簧自身的安裝高度相符；

（3）彈簧的限位銷(xiāo)釘移除時(shí)，可通過(guò)調(diào)整彈簧，形成無(wú)約束條件，在無(wú)約束條件下予以移除，嚴(yán)禁強(qiáng)力移除；

（4）移除限位銷(xiāo)釘后，可再對(duì)彈簧做適當(dāng)調(diào)整，使彈簧準(zhǔn)確處于冷態(tài)標(biāo)尺指示位置，以滿足設(shè)計(jì)要求；

（5）彈簧和相關(guān)管道或設(shè)備應(yīng)當(dāng)形成緊密連接，不得留有安裝曠量。

由上述彈簧的安裝和調(diào)整要求，可以發(fā)現(xiàn)，彈簧支吊架存在兩種狀態(tài)下的調(diào)整：第一是剛態(tài)調(diào)整，其目的是保證彈簧在無(wú)約束狀態(tài)下限位銷(xiāo)釘?shù)囊瞥?；第二是冷態(tài)調(diào)整，其目的是為了在拔出限位銷(xiāo)釘后將彈簧精確調(diào)整到冷態(tài)指示位置，以滿足設(shè)計(jì)需求。通常所說(shuō)的彈簧支吊的調(diào)整，指的就是冷態(tài)調(diào)整。

恒力彈簧支吊架主要由彈簧、固定框架、回轉(zhuǎn)框架、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、荷載調(diào)整裝置、位移指示板和位移調(diào)整裝置構(gòu)成；變力彈簧支吊架主要由彈簧、固定殼體、位移指示板和位移調(diào)整裝置構(gòu)成。其中位移調(diào)整裝置主要分為兩類(lèi)：一種是可旋螺桿，主要適用于彈簧支架，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降螺桿來(lái)達(dá)到對(duì)彈簧壓縮量的精確控制；另一種是花籃螺母，主要適用于彈簧吊架，通過(guò)花籃螺母的旋緊或放松來(lái)達(dá)到對(duì)彈簧壓縮量的精確控制。特別應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于恒力彈簧支吊架，一定不要將位移調(diào)整裝置和荷載調(diào)整裝置混淆，以免造成彈簧失效。安裝前，要仔細(xì)檢查彈簧支吊架的銘牌標(biāo)識(shí)，核對(duì)好彈簧支吊架位號(hào)、位移量、位移方向和安裝荷載，保證將正確的彈簧支吊架安裝到正確的位置上，并與其承載的管道或設(shè)備緊密連接，不得留有安裝曠量。完成強(qiáng)度試驗(yàn)之后，在管道和設(shè)備正式運(yùn)行之前，首先要對(duì)彈簧支吊架進(jìn)行剛態(tài)調(diào)整，通過(guò)調(diào)整花籃螺母或者可旋螺桿的松緊直至用手能在無(wú)約束狀態(tài)下自由地取出限位銷(xiāo)釘，并且對(duì)限位銷(xiāo)釘加以妥善保管，以備日后對(duì)彈簧支吊架維護(hù)和調(diào)整。隨后，再對(duì)彈簧支吊架進(jìn)行冷態(tài)調(diào)整。

4 彈簧支吊架的粗調(diào)、細(xì)調(diào)和精調(diào)

4.1“三步調(diào)整法”步驟

對(duì)于彈簧支吊架的冷態(tài)調(diào)整，當(dāng)一個(gè)管系上只有一個(gè)彈簧支吊架時(shí)，很容易將彈簧調(diào)整到指定的冷態(tài)標(biāo)尺處。但對(duì)于在一個(gè)管系或設(shè)備上有多個(gè)彈簧支吊架的情況，由于在調(diào)整時(shí)不同彈簧間的相互影響，往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整到位，此時(shí)就需要采用彈簧支吊架的“三步調(diào)整法”，即粗調(diào)、細(xì)調(diào)和精調(diào)的“三步調(diào)整法”，具體如圖3 所示。具體步驟如下：

圖3 彈簧支吊架的“三步調(diào)整法”示意圖

（1）以靠近上端設(shè)備口的第一個(gè)彈簧支吊架A 為起點(diǎn)開(kāi)始調(diào)整，當(dāng)彈簧A 被調(diào)整到指定的冷態(tài)標(biāo)尺處時(shí)，完成彈簧A 的第一次調(diào)整，此為該彈簧A 的“粗調(diào)”。

（2）之后，依次向下調(diào)整第二個(gè)彈簧支吊架B，將B 調(diào)整到指定的冷態(tài)標(biāo)尺處時(shí)，完成該彈簧B 的第一次調(diào)整，即該彈簧B 的“粗調(diào)”。此時(shí)，由于受到彈簧B的荷載變化影響，彈簧A 的實(shí)際冷態(tài)位置會(huì)發(fā)生偏移，因此再重新返回調(diào)整彈簧A，將彈簧A 再一次調(diào)整到指定的冷態(tài)標(biāo)尺處。此時(shí)，就完成了彈簧A 的第二次調(diào)整，也就是常說(shuō)的“細(xì)調(diào)”。

（3）然后，繼續(xù)依次向下對(duì)第3 個(gè)彈簧C 進(jìn)行“粗調(diào)”，將彈簧C 調(diào)整到指定的冷態(tài)標(biāo)尺處后，由于受到彈簧C 的荷載變化影響，彈簧A 和B 的實(shí)際冷態(tài)位置會(huì)發(fā)生偏移，所以要重新返回依次完成對(duì)彈簧A 和B的調(diào)整，將彈簧A 和B 依次再次調(diào)整到指定的冷態(tài)標(biāo)尺處；此時(shí)，就完成了彈簧A 的第三次調(diào)整，也就是常說(shuō)的“精調(diào)”，同時(shí)也完成了彈簧B 的第二次調(diào)整，即彈簧B 的“細(xì)調(diào)”。如此循環(huán)反復(fù)后，就完成了同一個(gè)管系或設(shè)備上所有彈簧支吊架的調(diào)整。這就是關(guān)于彈簧支吊架的“三步調(diào)整法”。

這里需要特別注意的是，對(duì)于同一個(gè)管系上多個(gè)彈簧支吊架調(diào)整的先后順序，應(yīng)當(dāng)遵循“從上至下、從設(shè)備口到固定支架”的原則，依次完成所有彈簧支吊架的正確調(diào)整。另外，對(duì)于安裝和調(diào)整要求特別嚴(yán)格的情況，也要適當(dāng)考慮施工作業(yè)時(shí)的環(huán)境溫度，一般常溫20℃是較為理想的施工作業(yè)環(huán)境溫度。

4.2 嚴(yán)格操作意義重大

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格要求將每一個(gè)彈簧調(diào)整指示到冷態(tài)指示位置，這里有4 個(gè)重要目的：（1）使得彈簧支吊架的狀態(tài)設(shè)置滿足設(shè)計(jì)需求；（2）對(duì)施工方的一個(gè)保護(hù)，以此來(lái)證明完成了無(wú)約束拆除限位銷(xiāo)釘；

（3）在將彈簧支吊架調(diào)整到指定冷態(tài)位置的過(guò)程中，也是對(duì)彈簧是否可以進(jìn)行正常機(jī)械動(dòng)作的一個(gè)最直觀的檢查；

（4）為了便于開(kāi)工后的準(zhǔn)確觀察，觀察彈簧在相應(yīng)工況下是否發(fā)生了相應(yīng)的位移，以此來(lái)判斷管道或者設(shè)備的自由度是否得到了保障，是否被其他因素約束。如果沒(méi)有發(fā)生位移，說(shuō)明管道或者設(shè)備的自由度沒(méi)有得到充分保障，此時(shí)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候，就要求迅速排查出問(wèn)題所在，將隱患立即予以消除，保障生產(chǎn)安全運(yùn)行。

由于在管道設(shè)計(jì)中涉及到的各類(lèi)型荷載很多，比如風(fēng)荷載、雪荷載、安全閥反力、地震荷載和水平力等，彈簧支吊架在正常工況下，其位移指示只要處于冷熱態(tài)標(biāo)定之間一般就認(rèn)為是合格的。如果有異議，也可以提出申請(qǐng)?jiān)俅芜M(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，彈簧支吊架的安裝與調(diào)整是在管道工程建設(shè)中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，安裝與調(diào)整的正確與否，將直接關(guān)系到彈簧支吊架以后是否可以進(jìn)行正確動(dòng)作，補(bǔ)償管道或設(shè)備的熱位移，從而確保管道或設(shè)備的安全運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)在實(shí)際的生產(chǎn)建設(shè)中，對(duì)此提高認(rèn)識(shí)，嚴(yán)肅施工紀(jì)律，確保工程建設(shè)質(zhì)量。