針對(duì)化工管道的支吊架設(shè)計(jì)論述

何　杰（廣西工聯(lián)工業(yè)工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司,南寧　530000）

針對(duì)化工管道的支吊架設(shè)計(jì)論述

何杰
（廣西工聯(lián)工業(yè)工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司,南寧530000）

管道是化工生產(chǎn)中重要構(gòu)件，主要用來輸送高腐蝕性、毒性以及高溫高壓等物質(zhì)，其設(shè)計(jì)安裝效果如何，在很大程度上影響了整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的安全性。對(duì)于化工管道的支吊架設(shè)計(jì)，需要明確各項(xiàng)影響因素，確保設(shè)計(jì)方案滿足管道剛度與強(qiáng)度要求，并且能夠降低管道對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的附加荷載，降低生產(chǎn)中管道位移量，提高生產(chǎn)活動(dòng)的安全性。本文分析了化工管道支吊架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

化工管道；支吊架設(shè)計(jì)；生產(chǎn)安全

管道支吊架的設(shè)計(jì)作為化工管道設(shè)計(jì)中的一部分，尤其是針對(duì)負(fù)責(zé)輸送特殊生產(chǎn)原料的管道，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要保證方案的合理性，確定支吊架不但要負(fù)責(zé)管道的支撐，同時(shí)還要承受多方面作用力與力矩的實(shí)際情況。因此在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合生產(chǎn)活動(dòng)的實(shí)際需求，對(duì)管道本身特點(diǎn)進(jìn)行分析，合理確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保證支吊架設(shè)計(jì)方案滿足生產(chǎn)活動(dòng)要求。

1　化工管道支吊架分析

1.1管道支架作用

化工管道支吊架以承載形式不同，可以分為支架與吊架兩部分，而以形式為依據(jù)則可以分為承重架、限制性支架與減振架三種。承重架主要作用是來承載管道自重以及其他持續(xù)荷載，避免各項(xiàng)荷載強(qiáng)度或者剛度超出允許范圍，確保生產(chǎn)活動(dòng)的安全性。限制性支架主要目的則是約束并限制因熱膨脹而出現(xiàn)的管道位移情況，通過合理的設(shè)計(jì)，降低支撐點(diǎn)的位移，將管系變形或者位移方向控制在有利于保護(hù)設(shè)備或者熱補(bǔ)償范圍內(nèi)[1]。減振架主要作用是在限制除重力、熱膨脹力以外其余外力造成的管道振動(dòng)，如機(jī)械振動(dòng)、地震荷載、物料沖擊以及風(fēng)荷載等。

1.2管道支架類型

（1）彈性支吊架。此種類型支吊在受到外力影響時(shí)，會(huì)產(chǎn)生形變或者位移，并且還具有一定的剛度。在生產(chǎn)活動(dòng)中，即便是結(jié)構(gòu)受外力影響產(chǎn)生形變，也不會(huì)失去全部的分配荷載，能夠更好的將荷載轉(zhuǎn)移到加有效控制范圍內(nèi)。常見的彈性支吊架有恒力彈簧支吊架與可變彈簧支吊架兩種，其中恒力彈簧支吊架其特點(diǎn)是在管系垂直方向發(fā)生位移，荷載不發(fā)生變化，因此常被應(yīng)用于垂直方向位移量比較大，或者化工裝置需要減少位移應(yīng)力的部位[2]。可變彈簧支吊架特點(diǎn)是垂直方向產(chǎn)生位移后，彈簧會(huì)出現(xiàn)壓縮或者伸長(zhǎng)的變化，如果一支點(diǎn)壓力發(fā)生變化，則該支點(diǎn)荷載會(huì)轉(zhuǎn)移到臨近支點(diǎn)位置，并且荷載的變化率在25%以內(nèi)。

（2）恒力支吊架。此種支吊架可以在一定的行程內(nèi)，如果管系發(fā)生上下或者垂直位移時(shí)，其中負(fù)荷無(wú)變化，則次負(fù)荷變化率為零。基于此特點(diǎn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)將其應(yīng)用在垂直方向位移比較大的管系位置，并多為恒力彈簧支吊架。

（3）限制性支吊架。常見有固定支吊架、限位支吊架以及導(dǎo)向支吊架三種，應(yīng)用的位置均存在一定特性。其中，固定支吊架通常被應(yīng)用在固定管道于支架的位置，減少管道線位于與角位移程度；限位支吊架其在方向上可以限制一個(gè)以上的變位；導(dǎo)向支吊架通常被應(yīng)用于特定并需要限制管線橫向位移與角位移的部位。

2　化工管道支吊架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1管道承重荷載

承受管道自重與外部荷載是支吊架基本要求之一，通過合理的設(shè)計(jì)來將外荷載引起的法向應(yīng)力與剪應(yīng)力控制在允許范圍內(nèi)，降低管道的變形量。就化工管道生產(chǎn)活動(dòng)來看，在衡量其運(yùn)行安全性時(shí)，基本上是用一次應(yīng)力指標(biāo)，如果一次應(yīng)力過大會(huì)導(dǎo)致管道嚴(yán)重變形，而管道配件界面、管系荷載等都影響著一次應(yīng)力的大小。針對(duì)此，在對(duì)管道支吊架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整管道一次應(yīng)力與支撐端荷載大小，來降低一次應(yīng)力對(duì)管系造成的影響。其中，如果水平管道支架數(shù)量比較少，也會(huì)導(dǎo)致一次應(yīng)力增大甚至超出允許范圍，而加大管道的變形量，降低管道運(yùn)行的安全性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求適當(dāng)調(diào)整支架數(shù)量。

2.2避免荷載轉(zhuǎn)移

對(duì)于化工管道支吊架設(shè)計(jì)是否合理，決定了最終管系所要承受的荷載大小，在根本上決定了管道運(yùn)行的安全性。支吊架位置如果設(shè)置不當(dāng)會(huì)造成荷載的轉(zhuǎn)移，如上文所述數(shù)量不足將會(huì)增加一次應(yīng)力或者過梁撓度，但如果只是一味的增加支吊架布置數(shù)量，無(wú)論是空間、生產(chǎn)還是經(jīng)濟(jì)等方面都不允許。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在降低二次應(yīng)力以及熱推力上，以最少的支吊架數(shù)量來避免荷載的轉(zhuǎn)移，減少對(duì)管道的束縛，為其提供一個(gè)變形的機(jī)會(huì)。其中，非剛性支吊架在管道應(yīng)力分析中可以消除管系布置不當(dāng)而產(chǎn)生的荷載，例如恒力支吊架可以消除剛性支吊架造成的失載。

2.3合理確定二次應(yīng)力

以提高化工管道支吊架設(shè)計(jì)效果為目的，不但可以對(duì)支吊架一次應(yīng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二次應(yīng)力端點(diǎn)推力的調(diào)節(jié)。對(duì)化工管道所受的一次應(yīng)力進(jìn)行分析，其具有非自限性特點(diǎn)，如果一次應(yīng)力峰值在管材允許應(yīng)力范圍內(nèi)時(shí)，可以確定管道運(yùn)行狀態(tài)為安全。而當(dāng)管道受高溫影響產(chǎn)生形變時(shí)，變形受阻會(huì)引發(fā)二次應(yīng)力，而二次應(yīng)力為自限性，為保證管道運(yùn)行的安全性，必須要將二次應(yīng)力數(shù)值控制在允許范圍內(nèi)，通常是利用以下公式來計(jì)算二次應(yīng)力所許數(shù)值：σA=f(1.25σc+0.25σh)，其中σA表示熱脹許用應(yīng)力范圍，單位為MPa；σh、σc表示為熱態(tài)與冷態(tài)管材許用應(yīng)力，但是為MPa；f表示根據(jù)管道在工作年限內(nèi)伸縮總循環(huán)次數(shù)確定的應(yīng)力降低系數(shù)[3]。

2.4支吊架敷設(shè)

一般情況下，化工管道支架上水平敷設(shè)管道包括兩種，即有隔熱層與無(wú)隔熱層，對(duì)于無(wú)特殊要求的管道，在設(shè)計(jì)時(shí)可以不用設(shè)置管托結(jié)構(gòu)。而對(duì)于有設(shè)計(jì)要求的管道設(shè)計(jì)，如有隔熱層的管道，在敷設(shè)支吊架時(shí)需要設(shè)置管托結(jié)構(gòu)，當(dāng)管道隔熱層厚度大于130mm時(shí)，管托高度應(yīng)保證大于200mm；如果管道隔熱層厚底大于80mm，則管托高度應(yīng)控制在100mm左右，確保支吊架設(shè)計(jì)的合理性。

3　結(jié)束語(yǔ)

化工管道具有一定的特殊性，為保證其運(yùn)行安全性，必須要加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)的管理。支吊架設(shè)計(jì)是化工管道設(shè)計(jì)的重要部分，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合管道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以滿足實(shí)際需求為目的，確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從多個(gè)角度著手爭(zhēng)取不斷提高設(shè)計(jì)有效性。

[1]劉鏡鋒.關(guān)于石油化工裝置支吊架設(shè)計(jì)在配管設(shè)計(jì)中的探討與研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(12):75+90.

[2]鄭敏.簡(jiǎn)述石油化工裝置管道支吊架的設(shè)計(jì)[J].化工管理,2013(20):151.

[3]范德新,畢傳福.淺談石油化工管道支吊架的選用及設(shè)置[J].價(jià)值工程,2011(06):6.

何杰（1986—），男，廣西南寧人，本科，研究方向：化工設(shè)計(jì)。