關于化工管道的支吊架設計要點的思考

張浩

（山西陽煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

關于化工管道的支吊架設計要點的思考

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備中作為運輸通道的管道支吊架的分類、作用、設計關鍵點，著重解析了幾種常規支架的類型，提出在明確管道支吊架定位以及設置時需要注意的問題，并且盡量努力做到與專家學者的經驗相結合，分析化工管道支吊架的設計過程中，需要謹慎對待的幾點問題。

彈性支吊架；設計要點；化工管道系

支吊架系統作為管道的應力承托設備，雖然在整套設備中的投資占比較少，但一直被作為管道設計的重要組成部分，被提到十分著重的位置。因其對確保化工管道系的安全運行有著深遠的作用，在管道的運行中，若不能有效控制各種應力推力的作用所造成的管道變形，減少管理當中的動作情態，是無法確保設備運行安全的。

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，一般較多地應用在垂直方向上可能產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移的同時，限定管道有熱位移等，小幅度而產生大應力的變形支點部位的變位，通過彈性限定的方式，調整和減少整個過程中支承對于管道產生的應力載荷。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，以及發電廠的水、汽、風、煙等管道的熱源主要散發部位的懸吊部分，后者大多被使用在設備或者管道有可能因為溫變而產生位移的鍋爐等設備，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力作用點或者作用面，能夠很好地應對水平摩擦和產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計人員在分析應力管道前常用的支架。考慮到設備的成本和應用的形式，滑動架可以普遍應用于除非應力管線的情況。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）導向架，通過對化工管道位移的方向進行引導，最大限度地減少對管道產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，一般被安置在應力管線上，通過導向而非限定的方式，對管路系統的應力分布可產生錯峰平谷的效果。

3 化工管道系統裝配中支吊架的定位和安置方式要點

（1）必須準確計算管道的強度，以及靜態應力和動態應力的波動范圍，以及波動的頻率，承重架間距不應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，就得防止設備管道發生共振。

（2）應最大限度地利用建筑結構和支承構建的強點來支撐管道系統或者作為主要的應力承接點，特別是建筑物的柱和梁等承重構件，如果建筑物為鋼筋混凝土結構，應該向土建施工的環節明確提出，在建設同步安置化工管架所要求的預埋件和管墩等條件，并且應當滿足符合標準的強度。

（3）應當結合管道的工藝、工序對管道的應力狀態進行動態分析，應依據分析結果，以盡量均勻管道系統的整體應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）應最大限度地減少管道系統以及支吊架系統上的剪切應力和撓度力矩，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向架。

（5）應當采取集中加固的方式，確保管道在工作狀態下的應力強度，如設置承重架在荷載較大的化工管道組成件附近。

（6）應當充分考慮管架與管道的緊定配合和熱防護方式，例如管架靠近設備管口可以減小管口的受力，也能夠有效地減小在管口內產生的熱膨脹彎矩。當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，應該向設備專業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，應當充分考慮生根部的減力強度和受力特性，應盡量減少作用力對生根部件的不好影響。

（8）協調好管道系統的工藝需求和工序需求，不僅要考慮管架的位置和設備的需要，也要為人工的操作檢修留出充足的空間。

4 化工管道支吊架設計的幾點經驗之談

（1）為了避免電腐蝕，不銹鋼化工管道和支吊架間應該墊不銹鋼（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生晶間腐蝕。

（2）對于工作動態復雜的裝置組件，如離心泵的入口化工管道處，應該充分考慮各種可能的位移情況，對相關的可調支架做安置，如有必要，可以依據應力分析結果再安置彈簧支吊架。

（3）應充分考慮設備動量復合作用的安全防護措施，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的可拆卸裝配特性，應該安置卡箍型管托，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，應當采取一定的低溫防護，不宜與鋼結構直接地接觸，或采用管道熱防護層，或在鋼結構和在化工管架間墊上隔冷塊，這樣可以避免鋼結構產生冷脆的現象出現而遭到破壞。

5 設計實例分析

以某l00 kt/a環已酮管線導流項目工程設計為例，設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，經計算，若只在換熱器的出口處，按照無工藝情況，只設置一個承重架，在平均管線的載荷，管架載荷高達200 kN，按照固定支撐點的最大受力面可能考慮，設備勢必無法承受。因此，可根據本文思考的設計思路，在管道垂直段，在適當的位置增加兩個彈簧吊架，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力載荷均勻分擔，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定性。

綜上所述，化工管道系統設計過程中，管道和支吊架系統應當作為一體進行考慮，因為二者之間的引力作用是互相影響，甚至互為決定的。而管道的設計必須優先考慮工藝和工序的需求，在此前提下，支吊架系統的設計就顯得十分重要，只有合理地選用支吊架的型式和定位、安置的方式，充分調和安全與效率的各方面因素，才能保障化工裝備穩健、安全地運行。

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［2］ 蘇紅.管道支吊架的設計及應注意的若干問題［J］.山西化工，2010（6）.

［3］ 張文彬.石油化工裝置管道支吊架的設計［J］.科學與財富，2011（2）.

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［5］ 范德新，畢傳福.淺談石油化工管道支吊架的選用及設置［J］.價值工程，2011，30（6）：6-6.

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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