熱力管道支架設計和安裝技術分析

伊笑嫻

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250101）

北方城市冬季供暖離不開龐大的供熱管網系統，而熱力管道的穩定與安全需要從設計和安裝兩方面提供保證。任何一方面出現偏差都可能導致嚴重的安全事故，故在整個工程設計階段，就應當對熱力管道支架的設計和安排制定穩妥的方案，在施工過程中確定固定架所能承載的負荷，以確保熱力管道運行正常[1]。筆者從熱力管道設計與安裝中常見的管道位移問題展開探討，就其應注意的問題與細節進行分析。以供參考。

1 熱力管道支架設計與安裝相關問題

在熱力管道支架設計與安裝過程中，應對以下幾點提請注意：1）施工圖以及施工現場管道統一排列時，其所用到的支吊架的結構形式應當明確。2）作為熱力管道結構的支撐的管架，其在某種意義上也為管道所支撐，因此二者必須共同構成統一且協調的空間體系。3）在對熱力管道的柱架長度計算時，應當知曉其長度須小于獨立的懸臂柱，因為柱頂就等同于支撐在有限的彈簧座上，熱力管道則起到了支撐的作用[2]。4）在備料的選擇上，應當依照支吊架的結構形式，并以熱力管道實際負荷的需要，選擇適宜的材料。5）在支吊架制作的過程中，操作應精細到位，下料須準確，拼接部位確保平直。每1個支吊架的尺寸都應當精確，形狀規矩統一。同時應注意無論下料或鉆孔，其過程中都嚴禁使用氣燒與焊割工藝。6）同規格支吊架，尺寸必須做到統一標準，不能出現大小不同的情況。7）對于支吊架的拼縫連接，除非設計者特別注明，否則焊縫寬度一致保持≥4mm，并確保全長焊滿。8）施工完成后，須及時對支吊架表面污物，如焊渣、銹蝕斑以及塵土等進行徹底清理。后期上漆的過程中，亦須注意上漆的厚度一定應均勻，厚度符合標準。不可出現漏刷、滴流，更不能出現氣泡、脫皮以及褶皺等現象[3]。9）支吊架在接受防腐處理后，必須經嚴格檢驗，獲得批準后方可運至現場進行安裝。

2 對于熱力管道支架位移因素的分析

支架位移是熱力管道支架安裝常要面對的棘手問題。熱力管道的安裝完成離不開大量的管道元器件，而對支架位移構成影響的因素通常有以下四點，即膨脹彎設置不當、固定支架安裝不穩固、導向與滑動支架出現位移。筆者針對此四類支架的作用逐一介紹如下。

2.1 膨脹彎

為確保熱力管道在受熱過程中的膨脹量得以被有效吸收，在對熱力管道的設計以及安裝施工中，多會設置大量膨脹彎來實現這一目的。為達到最佳的設置效果，應當將膨脹彎的設計方案連同管道應力設計做統一設計考慮，一般而言，直管段每間隔30～50m距離設置一個膨脹彎的設計較為合理。過短，則可能造成壓力與溫度不必要的損耗，同時也會使材料成本增加，構成浪費；過長，支架的位移也會增大，存在支架因受力過大而滑落的風險[4]。

2.2 固定支架

固定支架的安裝固定在整個熱力管道安裝施工中尤其重要，未安裝或者安裝不穩固都可能導致熱力管道支架滑落，引發危險事故，故應引起高度重視。若想對熱力管道膨脹量過于集中現象進行有效控制和避免，可在固定支架安裝過程中，對管道膨脹量進行分段的控制，使其與膨脹彎共同作用以控制熱力管道位移。同時，在熱力管道正式投入使用前，對于固定支架須進行嚴格檢查，確保固定位置以及設置符合要求，力求最大限度的降低管道支架滑落風險。

2.3 導向支架

使用導向支架的目的是控制熱力管道發生位移，通常用于蒸汽管道進汽輪機的前側，以起到控制熱力管道中定向熱膨脹的作用，避免與機組管道間產生應力，引發機組振動。通常，導向支架的跨距須做多方測量與計算，同時還應當根據管道材質和強度等做更為全面的計算。

2.4 滑動支架

滑動支架的主要作用在于對熱力管道的支撐，其可隨著熱力管道的位移而發生位移，也是支架偏移量的設計依據。一旦位移較大，滑動支架就會從管廓中掉落，引發事故。

除上述因素，熱力管道因材質不同、受熱溫度不同所產生的熱膨脹系數差異也是熱力管道發生位移的重要影響因素之一[5]。

3 熱力管道支架安裝中對位移的控制

3.1 固定支架的安裝與設置

固定支架安裝的目的在于承重，因此對承重點管線的要求較為全面，主要針對熱力管道中不允許發生任何位移的位置發揮作用。除外承受熱力管道、附件、流體以及保溫材料之外，其還對熱力管道中各方向產生的位移推力與力矩有所承擔。由此可見，固定支架本身必須具備足夠的剛性與強度。固定支架的安裝要遵循其基本原則，即兩個膨脹彎間有且僅有一個固定支架存在。要求固定支架設置于兩處膨脹彎的中間位置，安裝必須確保與熱力管道間的連接緊密，不能有任何位移發生的空間[6-7]。

3.2 對滑動支架位移發生方向的控制

滑動支架通常的作用部位是接近水平管線彎頭的部分，在承重管道中起到支撐其自重的作用，對管線僅在一個方向上發揮限制作用，而熱力管道其他兩個方向熱位移通常不作限制，故此其在熱力管道支撐面上可做自由移動。科學的講，滑動支架發生位移的方向應當是可控的，經過周密計算與設計，確保其位移的協調，同時又不會影響熱力管道的正常使用。在膨脹彎與固定支架安裝完成后，我們應當就各處膨脹彎間熱力管道支架作出判斷，即當膨脹出現時，熱力管道支架將固定支架作為中心，向著膨脹彎的方向產生自然膨脹。同理，膨脹彎的另一端也發生同樣的自然膨脹，最后兩處膨脹彎間熱力管道的所有熱膨脹借助膨脹彎變形而吸收，滑動支架亦會隨熱力管道熱膨脹而向相應的方向發生位移。它有效限制了管道徑向位移，使管道在支架上位移時亦不會出現偏移。

3.3 吊架安裝

通常吊架在熱力管道安裝中被用于常溫部位的管道、非垂直熱位移或者熱位移值微弱的管道吊點，其主要承受熱力管道分配的重量，限制管道向下方發生位移，同時允許管道發生輕微水平向的位移。因一般情況下吊架實際荷載較難測量精準，故并不常用于熱力管道安裝。

3.4 熱力管道支架安裝

熱力管道支架安裝位置必須要確保精確，同時還應平整和牢固，緊密接觸熱力管道。在支架標高的要求上亦必須確保準確無誤，對于有坡度要求的一些特殊管道，支架高度亦應滿足坡度相關的標準。熱力管道若不發生熱移動，則吊架的吊竿須垂直安裝，若熱力管道存在位移，吊竿位置應與之相反。

除以上這些之外，熱力管道支架的安裝還應當充分考慮外在環境的影響。近年來管道爆裂事故頻發，除考慮支架的材質與安裝等因素，還應考慮架設管道的環境因素。如有些管道用于熱力電廠或石油化工企業等地方，安裝環境較理想，但有些管道則需鋪設在隧道、山體甚至嚴寒地區，安裝環境十分惡劣。故在這些地區如果沒有將環境因素納入管道設計與安裝的考量當中，勢必遺留如管道破裂等重大安全隱患，發生重大安全事故幾乎是必然的。因此，在熱力管道與支架的設計、配置和安裝上，都必須以科學事實作為依據，要做深入實地的考察，以此為理論基礎，

伴隨我國在石油、化工以及火力發電等諸多領域的不斷進步與發展，熱力管道的支撐結構—管道支架的應用也越發的普及。確保管道支架設計與安裝合理、科學具有重要意義。因此無論設計人員還是負責安裝的施工人員，都應當對熱力管道支架發生位移的原理以及應對方案有充分的了解，確保熱力管道支架設計與安裝質量，盡最大可能降低安全事故發生風險。