變力彈簧支吊架在化工管道上的應用

朱存英，崔俊良

（邯鄲市新陽光化工有限公司,河北 邯鄲 056000）

變力彈簧支吊架是一種比較特殊的管道與設備支架，通過它來懸吊和支撐管道及設備。該支吊架內裝有圓柱螺旋彈簧，在承載的同時，既能適應管道或設備的熱位移，也能吸收管道的振動，起到減震作用。當管道或設備在垂直方向產生位移時,在預先載荷位移內,可以通過彈簧支吊架而始終獲得符合要求的支撐力。從而不會給管道或設備帶來新的附加壓力，避免造成重大安全事故。

常用的剛性支架，在管道與設備因溫度、承載發生變化時，支點承載超負荷或脫離支點失去支撐作用，其后果是極其嚴重的，輕者，造成管道、設備焊縫發生裂紋，重者，造成管道斷裂、設備撕裂，一些化工企業，尤其是新建的化工企業，在試車過程中曾因未使用或未恰當選擇彈簧支架發生過多起安全事故。

變力彈簧支吊架在新陽光化工公司生產裝置中得到了良好運用，提高了管系柔性，滿足了管道和設備應力要求，在試生產過程中，很好地解決了熱應力問題，未發生任何安全事故，保障了安全生產。

1 變力彈簧支吊架概況

變力彈簧支吊架主要由圓柱螺旋彈簧、位移指示板、殼體、荷重柱及調節螺柱（花籃螺母）等零件組成(見圖1)。彈簧支吊架化工設計院標準VS系列主要用于石油化工行業，位移范圍為0～180 mm，載荷范圍為154～217 384 N，使用溫度范圍-20～200℃。

變力彈簧支吊架之所以稱為變力，是相對于恒力彈簧支吊架而言，其荷載隨著所支吊管道的位移而變化，其荷載變化率≤25%，而恒力彈簧支吊架要求荷載變化率小于6%。變力彈簧支吊架比恒力彈簧支吊架經濟、荷載變化率范圍大，因此，在應力計算允許的情況下，變力彈簧支吊架在實際化工生產裝置中應用更廣泛。

2 變力彈簧支吊架種類

可變彈簧支吊架按安裝方式的不同，分為A、B、C、D、E、F、G 7 種型式。

（1）A型----上螺紋懸吊型。上吊桿一端與根部相連，另一端用螺紋擰入彈簧支吊架頂板螺孔內，并用螺母鎖緊。花籃螺母下端與管道吊桿上端用螺紋相連，旋轉花籃螺母，將管道吊裝到規定的安裝位置，然后用螺母鎖緊。

（2）B、C型----單耳、雙耳懸吊型。彈簧支吊架上端與吊桿或吊板相連，吊桿、吊板另一端固定在鋼梁或樓板上。

A、B、C 3種類型都是懸吊型的吊架，主要的區別是上吊桿與彈簧支點架頂板連接方式上，三者區別不大，見圖2。

（3）D型----上調節擱置型。用螺栓將彈簧支吊架固定在鋼梁或樓板上，吊桿穿過吊架本體與管道相連，旋轉頂部螺母，將管道吊裝到規定的安裝位置，然后用螺母鎖緊，見圖3。

（4）E型----下調節擱置型。E型與D型基本相同，區別為調節螺母位置，D型在上，E型在下，見圖4。

（5）F型----支撐擱置型。用螺栓將彈簧支吊架底板固定在基礎、鋼梁或樓板上，頂部支撐水平管道或彎道底部。當現場實際支撐高度與設計提供安裝高度有出入時，可轉動荷重柱進行微調，其微調量為Lmax與Lmin之間。彈簧型號VS30F0～9為±6 mm；VS30F10～24 為±12.5 mm； 彈 簧 型 號VS60F、VS90F、VS120F、VS150F、VS180F 均 為 ±25 mm，見圖5。通常情況F型選擇使用的較多。

（6）G型----并聯懸吊型。旋轉花籃螺母，使固定在鋼梁或樓板上的吊桿拉緊，將吊架調整到設計的安裝高度，再用螺母將花籃螺母鎖緊，見圖6。

3 彈簧支吊架常用位置

（1）傳動設備進出口

物料溫度較高、工作載荷變化大的傳動設備，其進出口管道應該配備彈簧支吊架，這樣可以減輕傳動設備附加壓力，保證傳動設備安全穩定運轉，尤其是比較精密的設備，如屏蔽泵、高速離心泵等，輸送物料溫差較大時，更需精心選擇變力彈簧支吊架，見圖7。

（2）靜止設備進出口

介質溫度較高的容器或換熱器等靜止設備，側位連接的垂直管道較長時，管道應設置彈簧支吊架。否則連接靜止設備的一側，在管道附加壓力下，極易撕裂設備，引發安全事故，2011年邯鄲市某化工企業，造成在試車過程中，1臺蒸發器再沸器中間完全斷裂，造成物料泄漏事故，見圖8。

（3）較長的垂直管道上下彎頭處

物料溫度較高，管線垂直段又較長的管道，在使用時載荷變化大，位移大，應設置彈簧支架，這樣，可以減輕對連接設備的帶來的附加壓力，防止管道局部受力拉斷管道，引發泄漏事故。2012年邯鄲市某3個化工企業，在試生產時，發生多起管道焊縫開裂、管道斷裂事故。

（4）較長、較重垂直管道中部

特別長的管道在管道中間可使用1個或多個支吊架，以減輕上下二端受力，防止對相連管道和設備帶來較大附加力，見圖10。

4 選購彈簧支吊架時需提供的數據

選購彈簧支吊架時，需向生產廠家提供使用參數。參數的選擇和計算非常重要，如參數提供誤差太大，可能造成彈簧支吊架不能使用或發揮不到應有作用。

（1）彈簧支吊架的型式

根據裝置的性質和特點，合理選擇支點或吊點的位置，在上述7種類型中選擇1種。型式選擇是根據管道所處空間決定的，在空間環境允許情況下選擇最優型式，要充分考慮安裝的簡易性、美觀性、安全性、牢固性及空間利用最優性等，并結合經驗選擇。

（2）彈簧支吊架冷載荷、熱載荷和整定載荷

需計算使用管道設備的冷載荷、熱載荷與整定載荷。管道在冷態下，彈簧支吊架所承受的載荷為冷態載荷，即管道未使用時的載荷，也叫安裝載荷，根據承重管道和管件材質、規格，計算重量；管道在熱態下，彈簧支吊架所承受的載荷為熱態載荷，即管道使用時的載荷，也叫工作載荷，熱載荷包括物料重量，如果物料為氣態，重量較輕，可忽略不計；彈簧支吊架在安裝時整定的載荷為整定載荷，一般情況下，整定載荷等于冷載荷。

（3）彈簧支吊架位移數據

根據管道材料、長度、溫差，計算管道在冷態與熱態下位移量。并說明冷熱態變化時，彈簧位移方向，說明工作時支點是上移動還是下移動，否則無法對變力彈簧支吊架進行整定。

5 彈簧支吊架的安裝、使用與維護

（1）安裝彈簧支點吊架時，固定點要保證在最大受力情況下安全可用，吊架的拉桿不宜太短，支架與支撐點之間不得焊接或螺栓固定，給支點和吊點保留一定的橫向移動空間，這樣使支點在縱向和橫向上都有一定的彈性，充分發揮支吊架的作用。每一個彈簧支吊架根據計算的數據，在未使用時對彈簧進行整定，用上、下二塊定位塊將彈簧支吊架的指示板固定在與安裝載荷相應的位置上，使彈簧支吊架暫處于剛性狀態，在安裝時，嚴禁將整定塊拔下，否則無法使支點定位，也極易損壞彈簧。

（2）彈簧支吊架在未投入使用前，嚴禁拔下整定塊，要保持彈簧支吊架處于剛性狀態。

（3）管道經清洗、水壓試驗后，在投入使用前取下上、下定位塊，否則，變力彈簧支吊架處于剛性狀態，與一般的剛性之間無任何區別，起不到應有的作用。

（4）彈簧支吊架投入使用前（定位塊去掉后），要檢查指示板指針指示位置是否在應有位置，如誤差較大，說明冷載荷計算有誤，需重新選擇彈簧支吊架。

（5）彈簧支吊架使用時，首先檢查在安裝載荷到工作載荷的位移過程中，有無卡阻現象，如發現異常要及時查找原因。

（6）管道投入正常運行后，檢查在工作載荷時，指針位移是否與計算的一致。檢查彈簧支吊架管道停止運行后，指示板是否復位到安裝載荷的位置，如誤差較大，可考慮重新選擇。

（7）由于管道支吊架在設計、安裝過程中可能存在一些問題，加上經一段時間運行后,管線的形態、位置以及支吊架彈簧等部件的性能等可能發生一定變化,均會發生支吊架損壞、過載、欠載及位移受阻等問題,造成管道局部區域滾珠絲杠應力增高、對端點(或設備)推力增大等情況，必然會影響到設備運行的安全性和經濟性。因此，對異常情況要及時檢查、及時處理，必要時進行更新。