摘 要：管道支吊架的設(shè)計(jì)不僅關(guān)乎整個(gè)工廠管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和工廠運(yùn)行的生產(chǎn)安全，也關(guān)系到整個(gè)管道設(shè)計(jì)是否達(dá)到更經(jīng)濟(jì)，更合理且美觀。由于受經(jīng)濟(jì)影響，國內(nèi)外企業(yè)為了縮減項(xiàng)目成本，減小項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，改造項(xiàng)目多是在設(shè)備布置很緊湊，設(shè)計(jì)區(qū)域很有限的情況下，在某種程度上限制了管道的走向，這種情況下管架的設(shè)置合理性尤為明顯，其中最重要的就是應(yīng)力管線的管架設(shè)計(jì)。文章一并探討了國有企業(yè)管架和國外某跨國企業(yè)管架設(shè)計(jì)的比較和偏重方面，企業(yè)間雖有不同設(shè)計(jì)理念以及采用的不同的管架設(shè)計(jì)方式，但殊途同歸。

關(guān)鍵詞：支吊架；應(yīng)力管線；設(shè)計(jì)；設(shè)置合理性

1 概述

從當(dāng)前以工藝優(yōu)化牽頭進(jìn)行的改造項(xiàng)目上來講，在老廠房增加新裝置或增加其他設(shè)備以達(dá)到生產(chǎn)擴(kuò)能的目的，無一不是在縮減項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，減少土地成本，畢竟在現(xiàn)今社會(huì)土地資源緊張的化工跨國企業(yè)中，畢竟多占一塊土地就要多付出成幾何倍數(shù)的成本，狹小的空間既要保證應(yīng)力管道的走向符合工藝要求，又要保證其他的管線的合理布局，盡量減小老管線特別是應(yīng)力管線的moc，一方面壓縮施工量縮短工期，另一方面是增加對于項(xiàng)目成本的控制，減少不確定因素，避免無絕對必要的老管線修改，滿足工藝要求之后，美觀的管道走向及支架布置，以及給業(yè)主帶來的便捷以及寬敞舒適的操作檢修通道同樣也不能忽視，很多時(shí)候，需要考慮的優(yōu)先是支吊架適不適合做來決定管道的布置。對于非應(yīng)力管道，在一定程度上或者可以說管架的布置決定了管道的布置。

2 管架定義

2.1 管道支架

是指用于地上架空敷設(shè)管道支承的一種結(jié)構(gòu)件。

2.2 管道一次架

指通常所說的管托以及u-bolt等一般分為固定、滑動(dòng)、導(dǎo)向等。

2.3 管道二次支架

3 管架分類

指通常所說的支吊架。

（1）按荷載分為三個(gè)等級：特輕級（Q）、中級、特重級（Z）。在每一個(gè)荷載等級中，包含軸向滑動(dòng)、雙向滑動(dòng)、導(dǎo)向滑動(dòng)、雙導(dǎo)向滑動(dòng)四種結(jié)構(gòu)類型。

（2）按支架的材料可分為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)等。

（3）按用途可分為活動(dòng)支架（允許管道在支架上有位移的支架）和固定支架（固定在管道上用的支架）。固定支架用在不允許管道有軸向位移的地方?；顒?dòng)支架分為滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架和滾動(dòng)支架。

4 管架設(shè)計(jì)一般范圍

管架設(shè)計(jì)大致包括部分，一次架（包含管托、u-bolt、閥架）等的選用，支吊架的選用（外企中的俗稱二次支架），此外，還包含彈簧架的選用。屬于應(yīng)力管線的，需要經(jīng)過應(yīng)力計(jì)算，來確定是否需要增加彈簧架膨脹節(jié)等。此外，管道支架的混凝土基礎(chǔ)也是管道支架設(shè)計(jì)中安裝中最重要的一部分，應(yīng)該是要通過設(shè)計(jì)的。但是現(xiàn)實(shí)的安裝中，有的管道不是很大的管徑和振動(dòng)的話，是可以按照原有的支墩進(jìn)行安裝的。如果管道的管徑大而且振動(dòng)大的話，應(yīng)該通過設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算后再做支墩。此支墩大小和一些承受載荷較大的支架我們都會(huì)給csa也就是結(jié)構(gòu)專業(yè)提支墩和大管架條件，包括平臺上做的管架，我們需要一并注明需承受的管道載荷。

5 管道跨距計(jì)算

5.1 按剛度條件計(jì)算管道的跨距

連續(xù)敷設(shè)，均布荷載的水平直管道的支架跨距為：

式中：Lmax-管道支架最大允許跨距，m；q-管道單位長度計(jì)算載荷，N/m；q=管材重+附加重；W-管道截面抗彎截面系數(shù)（cm3）；φ-管道橫向焊縫系數(shù)；？墜-鋼管許用應(yīng)力，MPa。

5.3 在工程設(shè)計(jì)時(shí)按強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件，取兩者最小值，作為管道支架間距。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，我們一般是按照金屬管道跨距表，和其他管道跨距表來進(jìn)行設(shè)計(jì)較為便捷。

6 管架的設(shè)計(jì)

6.1 管托的選用

6.1.1 金屬管管托選用

金屬管管架首先就是確認(rèn)管道材質(zhì)，碳鋼管還是不銹鋼的，國內(nèi)有選用碳鋼焊接管托，不銹鋼管夾管托，國外不管管道材料，都不采用直接在管道上焊接的管托，因?yàn)閷τ趪笾谐Ｓ玫暮附酉啾?，國外更愿意使用管卡類的管托和他們自己的貓爪（claws）。claws是用來卡住我們管托和其支撐的結(jié)構(gòu)梁或二次支架上型鋼與型鋼之間的連接件，是由四個(gè)claws和四套螺栓以及一塊墊板組成。國外設(shè)計(jì)者對這個(gè)連接件的推崇無疑是因?yàn)檫@些支吊架具有的可拆卸性以及可調(diào)節(jié)性的優(yōu)點(diǎn)，且國外管理者出于對焊接成本的考慮，因國內(nèi)的焊接成本相對于與國外的焊接成本是非常低廉的。但在中國，顯然此貓爪其使用成本高于在我國的焊接成本。然后是看絕熱類型，保不保溫決定用u-bolt還是管托。特別注意的是，熱油管道以及保冷管道的管托是區(qū)別于其他金屬保溫管管托的，以上對管道設(shè)計(jì)剛?cè)腴T的設(shè)計(jì)者來說具有參照性。

6.1.2 塑料管管托選用

在塑料管道上，有塑料管專用管托的型號，有時(shí)候，我們也加一些閥架，并且這個(gè)閥架多用于塑料管道閥門的支撐上，由于塑料管道剛性不夠，跨距又小，建議有閥門必加，特別是儀表閥門的支撐。

6.1.3 管道支吊架設(shè)計(jì)

支吊架管道支吊架的選用就是指外企所說的的二次管架的設(shè)計(jì)。

6.1.4 彈簧架的選用與設(shè)計(jì)

多用在應(yīng)力管線上。有單彈簧吊，雙彈簧吊，彈簧支架等，有外企采用licad軟件。根據(jù)計(jì)算出的位移量，以及受到的冷載荷，查廠家標(biāo)準(zhǔn)找出適合的彈簧架型號，輸入此軟件中，能自動(dòng)出彈簧材料表以及彈簧的各種數(shù)據(jù)。在選型時(shí)最好優(yōu)先選用采購周期短即組成簡單的。

6.2 應(yīng)力管線管架設(shè)計(jì)

6.2.1 應(yīng)力管線管架設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

關(guān)于管架的合理性配置與選型，正確地選擇支吊架的形式，是減小管道向上推力和力矩的有效措施，在管道系統(tǒng)的某些地方，加裝一些管架?？梢韵拗浦鞴艿老到y(tǒng)在一些地方的線位移，從而改變整個(gè)關(guān)系的力和力矩的分布，減小管道對設(shè)備管嘴的推力，管道水平推力與管道的牽引作用有關(guān)，正三角地等系管架的水平推力，也可以幫助我們合理地選用管架讓設(shè)計(jì)的管架不至于太笨重。為了防止側(cè)向有大的位移或者振動(dòng)，這對應(yīng)力管來說至關(guān)重要。

對于高壓管道管架的設(shè)計(jì)主要考慮的是應(yīng)力問題（如管道振動(dòng)、脈動(dòng)等），這方面管架的設(shè)計(jì)一般根據(jù)管道應(yīng)力程序計(jì)算確定。計(jì)管架除應(yīng)滿足管道允許最大跨距和最大導(dǎo)向間距外，管架應(yīng)盡量設(shè)置在直管段部分，避免在小半徑彎頭、支管連接點(diǎn)等局部應(yīng)力較高的部位設(shè)置支承點(diǎn)，以防管系中局部應(yīng)力過載；剛性支吊架應(yīng)設(shè)在沿支承方向上管道位移為零或要求為零的位置上；支吊架應(yīng)盡可能靠近閥門、法蘭及重管件，但不要對它們作直接支承，以免因局部載荷作用引起連接面泄露，或閥體因受力變形導(dǎo)致閥瓣卡住，關(guān)閉不嚴(yán)等不良后果；導(dǎo)向架不宜過分靠近彎頭和支管連接部位，否則可能額外地增加管系應(yīng)力和支承系統(tǒng)的載荷；對因清理、維修等要求而需經(jīng)常拆卸的管段，不適合設(shè)永久性管架。還有一些屬于應(yīng)力管線的臨時(shí)支架，多出現(xiàn)在施工過程中。

6.2.2 管架的合理性問題

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮管架的合理性，是否便于安裝、空間是否足夠。選擇彈簧的形式時(shí)候，應(yīng)考慮安裝空間，特別是對恒力彈簧。另外，載荷很大的恒力彈簧，自重能達(dá)到好幾噸重，在給土建專業(yè)提條件的時(shí)候，應(yīng)將彈簧的自重考慮充分。有些管道上方有梁，能用吊簧的地方，就沒必要在柱上焊三角架做支簧了。再比如，對施工開車檢修等工況考慮的不周到，管架應(yīng)該盡量做到施工開車檢修時(shí)，不用設(shè)置臨時(shí)支架。為使管道支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加合理，對比較復(fù)雜的管系宜按以下步驟配置管架：根據(jù)配管要求和初步應(yīng)力分析劃分管段，并確定端部固定架和必不可少的導(dǎo)向架位置；閥組的支撐：非必要時(shí)，閥組最好考慮成剛性支撐，因?yàn)榈截涢y門的重量和設(shè)計(jì)重量可能偏差較大（特別是電動(dòng)或氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥）。閥組一般都有多個(gè)支撐，為增強(qiáng)管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在不影響管道熱脹變形的情況，最好將其中一個(gè)支架考慮成固定支架。

6.2.3 蒸汽管線的管架設(shè)計(jì)

以蒸汽管線為例：

圖1

圖1中所示，蒸汽管道支撐在活動(dòng)支架上，管道斷面承受由內(nèi)壓和持續(xù)外載產(chǎn)生的應(yīng)力。管道在工作狀態(tài)時(shí)，由內(nèi)壓和持續(xù)外載產(chǎn)生的應(yīng)力不得大于鋼材的計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮管道支架的最大允許跨距，以確保管道的安全運(yùn)行。特別是在管廊上，在設(shè)置靠近補(bǔ)償彎的管道導(dǎo)向架時(shí)，距離loop最近的一個(gè)導(dǎo)向架不能距離補(bǔ)償彎太近，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定32-40DN，以避免此處管道碰撞彎第一個(gè)確保安全運(yùn)行前提下，應(yīng)盡可能擴(kuò)大活動(dòng)支架的間距，以節(jié)約蒸汽管線的投資費(fèi)用。

6.2.4 夾套管架設(shè)計(jì)

對于夾套管的管架設(shè)計(jì)而言，夾套管（蒸汽、熱油、熱水）計(jì)算（端部強(qiáng)度計(jì)算、內(nèi)部導(dǎo)向翼板位置確定、同時(shí)包括任何應(yīng)力分析管道的所有內(nèi)容）；夾套管內(nèi)管和外管之間的需要加spacer也就是我們說的定距板或定位板，功能相當(dāng)于夾套管的法蘭的與內(nèi)管相焊接的作用，主要是起到防止內(nèi)、外管的偏心。定距板設(shè)置詳見表1。

表1 夾套管定距板設(shè)置最大間距

此外，夾套管的支架設(shè)置更為復(fù)雜，當(dāng)遇到空間擁擠，夾套管上儀表多，分支多，閥門多時(shí)，夾套管能做支架的位置很有限，因?yàn)橛泻芏嗫绻?，以及這里面不得不提到高溫?zé)嵊蛫A套管的支架，它選用的管托是和保冷管托一樣箍在管道保溫外的，所以設(shè)計(jì)管道的時(shí)候就要加以重視。并適當(dāng)考慮，既要保證操作檢修通道，又要預(yù)留做管架足夠的余量和直管段。

管架在國企的設(shè)計(jì)中，支吊架的設(shè)計(jì)或許會(huì)讓人感覺受到了忽視，一方面是因?yàn)樵O(shè)計(jì)周期太短而做的不夠詳細(xì)，圖紙也十分粗糙，另一方面，看起來國內(nèi)的支吊架設(shè)計(jì)比起外企不得不更加倚重于現(xiàn)場的施工調(diào)整，在一些現(xiàn)場對于支吊架的修改在國企總包的國內(nèi)項(xiàng)目施工中，浪費(fèi)了一部分人工時(shí)。而國外依照的公司標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)態(tài)度，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，國外設(shè)計(jì)企業(yè)對支吊架設(shè)計(jì)方面細(xì)節(jié)上的把控尤為重視，這在設(shè)計(jì)之后出的管架施工圖中可見一斑。管道支吊架圖會(huì)比國內(nèi)設(shè)計(jì)出來的文件來得更加詳盡，對于管道支吊架圖紙的要求也比較高，正好彌補(bǔ)了國內(nèi)的施工人員對其標(biāo)準(zhǔn)的不熟悉。

7 高溫工況管架用材質(zhì)

高溫工況在輸送介質(zhì)溫度大于等于400℃的碳鋼管道和合金鋼、不銹鋼管道以及需進(jìn)行焊接處理的管道優(yōu)先選用卡箍式管托、管吊或選用帶同類材質(zhì)墊板的支吊架。與管道直接接觸的支吊架零部件的材料應(yīng)按管道設(shè)計(jì)溫度選用，與管道直接焊接的零部件的材料與管道材料相同或相容。關(guān)于高溫等工況下管道管架材質(zhì)方面要符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

8 結(jié)束語

管架的形式多種多樣，可選用的類型以及適用的環(huán)境也不會(huì)單一，設(shè)計(jì)很多時(shí)候可以因地制宜，但必須遵循的就是管架設(shè)計(jì)須以管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行為前提。設(shè)計(jì)時(shí)要做好管架的設(shè)計(jì)，盡最大可能精準(zhǔn)化，能避免由于后期管架預(yù)制而造成不匹配的大量的修改工作，對項(xiàng)目而言，能縮短項(xiàng)目建設(shè)周期，在節(jié)約建設(shè)成本方面起著至關(guān)重要的作用。

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作者簡介：紀(jì)文（1986，10-），男，民族：漢族，籍貫：江蘇省句容，學(xué)歷：大專，現(xiàn)有職稱：初級工程師，工作單位；南京中圖數(shù)碼科技有限公司，研究方向：化工管道設(shè)計(jì)。