李　坤

石油化工裝置管道支吊架設(shè)計(jì)思路構(gòu)建

李坤

設(shè)置管架作為管道工程中一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)于裝置管道起著不可或缺的作用。一般來(lái)說(shuō)，管道工程圖只繪出了管架符號(hào)、示意圖及其具體位置。文章針對(duì)石油化工裝置管道支吊架設(shè)計(jì)思路的構(gòu)建，從管道支吊架的類(lèi)型、選用支吊架應(yīng)遵循的原則、石油化工裝置管道支吊架位置的確定及其設(shè)計(jì)思路四個(gè)方面進(jìn)行了具體的闡述，以供參考。

石油化工；裝置管道；支吊架設(shè)計(jì)

在石油化工裝置中，有很多不同類(lèi)別的管道，在具體使用中，種類(lèi)不同的管道使用方法有一定差異。管道支吊架在石油化工裝置中起著十分重要的作用，在對(duì)石油化工裝置管道支吊架進(jìn)行設(shè)計(jì)思路的構(gòu)建時(shí)，必須按照不同的種類(lèi)所遵循的原則實(shí)行。為此，本文對(duì)石油化工裝置管道支吊架設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　管道支吊架的類(lèi)型

一般依據(jù)支吊架的不同作用，大致分為三種類(lèi)型，即承重支吊架、限位支架與防振支架。

1.1承重支吊架

承重支吊架就是來(lái)承擔(dān)管道的重量及其它持續(xù)性的負(fù)荷，并布設(shè)在管道系統(tǒng)中，從而避免超出管道負(fù)荷承受力而造成破損，確保管道及相關(guān)裝置的安全。并根據(jù)支吊架的承重的特點(diǎn)，又可將其分為剛性支吊架與彈簧支吊架兩種。

1.2限位支架

所謂限位支架，就是用來(lái)限制管道系統(tǒng)的位移變化。由于受熱力的作用，石油化工裝置的管道系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的位移，而導(dǎo)致系統(tǒng)不安全。而限位支架就是按照不同的使用效果分為固定支架、導(dǎo)向支架等，這些支架能夠在一定程度上保證系統(tǒng)的安全。

1.3防振支架

在管道進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，會(huì)有振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生，在這種狀態(tài)下，就需要設(shè)置防振支架，能夠?qū)⑼鶑?fù)式機(jī)泵進(jìn)出口管道進(jìn)行有效地控制，并可以控制地震、水擊等所排出的反力產(chǎn)生振動(dòng)。

2　選用支吊架所遵循的原則

支吊架主要在管道無(wú)垂直的位移位置進(jìn)行使用。比如：對(duì)支架與管托進(jìn)行移動(dòng)，或是對(duì)支架與管托進(jìn)行滾動(dòng)等。而對(duì)于高度或是長(zhǎng)度能夠調(diào)節(jié)的支吊架，則作用于管道的無(wú)垂直位移。因此，支吊架所遵循的原則如下：

第一，確保管子在支架上固定好，不能產(chǎn)生任何位移。這種支架就是固定支架，主要的作用是將補(bǔ)償器之間管道的熱伸長(zhǎng)進(jìn)行平均分配，從而使支架上的管道無(wú)任何移動(dòng)；由于此種支架的受力比較復(fù)雜，因此不僅僅要承受管道的重量，而且要對(duì)管道軸向壓力所產(chǎn)生的反力加以承受。

第二，在支架上安裝好管子。在熱脹冷縮的影響下，管子與支架產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，這種支架就被稱(chēng)為活動(dòng)支架，具體分為兩種，即滑動(dòng)支架、滾動(dòng)支架。使支架與管子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的是滑動(dòng)支架。此類(lèi)支架有著較大的摩擦力，但制作相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也更為廣泛。而所謂滾動(dòng)支架，就是將滾珠或是滾柱加入到管道滑托與支架間，使管子與支架產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終將滑動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)為滾動(dòng)摩擦力。具體特征是有著較小的摩擦阻力，主要用于大管徑，高介質(zhì)溫度且無(wú)橫向位移的管道中。

第三，在管道有軸向位移的支架，對(duì)兩側(cè)裝置鋼擋塊，確保在進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，不偏離管道的軸線(xiàn)，此類(lèi)支架是導(dǎo)向支架適用于管道作軸向位移，而不會(huì)在管道的軸線(xiàn)上產(chǎn)生偏離。

第四，在有較大的垂直熱位移，或是在管道應(yīng)力與設(shè)備受力由于支吊架處過(guò)大的熱脹力而超標(biāo)的情況下，要使用彈簧支吊架。但應(yīng)注意的是，彈簧支吊架不宜用于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器管口附近的管道。

3　石油化工裝置管道支吊架位置的確定

為了確保管道的撓度、彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力適中，必須對(duì)管道上的法蘭、閥門(mén)等部件集中載荷的作用加以重點(diǎn)注意。對(duì)于垂直管道支吊架，也要對(duì)間距進(jìn)行把控，避免因?yàn)槎喾N載荷組合作用而使管道產(chǎn)生過(guò)應(yīng)力。而水平直管道的支吊架的間距應(yīng)符合如下要求：第一，強(qiáng)度要在管道持續(xù)外載當(dāng)量應(yīng)力所承受的范圍內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)不高于16 MPa；第二，其剛度應(yīng)保證管道自重的彎曲撓度是管道疏放水的實(shí)際坡度的四分之一，從而使其在安全范圍內(nèi)正常疏放水。而對(duì)于一些有特殊要求的管道如有抗震效果，則應(yīng)按照振因來(lái)將其管道的撓度加以控制，從而在適當(dāng)范圍內(nèi)保證管道的固有的頻率，一般而言，應(yīng)小于2.5 mm。第三，在對(duì)彈簧進(jìn)行選用時(shí)，要保證荷載變化率在25%內(nèi)。在彈簧的荷載變化率大于25%的情況下，要用兩個(gè)彈簧進(jìn)行串聯(lián)。而所選用的串聯(lián)彈簧要具有相同的荷載，并根據(jù)每個(gè)彈簧的最大壓縮量的比例、總位移來(lái)來(lái)進(jìn)行分配。一般通過(guò)計(jì)算剛度條件來(lái)確定管道所許可的跨距，并通過(guò)強(qiáng)度所支持的范圍進(jìn)行校核，取二者中的最小值。在計(jì)算剛度條件時(shí)，要將管道假定為一單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，為保證管道由于輕微外力而振動(dòng)的不明顯，應(yīng)使裝置內(nèi)管道的固有振動(dòng)頻率在4 Hz內(nèi)。第四，在確定固定支架的位置時(shí)，要遵循方便石油化工管道的運(yùn)行，并遵循管道安全的原則。一般來(lái)說(shuō)，可以將固定支架分為L(zhǎng)型、U型及T型等多個(gè)管段。并要堅(jiān)持固定點(diǎn)間管段可以自然補(bǔ)償?shù)脑瓌t，設(shè)置在需要承受沖擊載荷或限制管道振動(dòng)等地方。

4　石油化工裝置管道支吊架的設(shè)計(jì)思路

首先，支吊架的位置設(shè)計(jì)除了依據(jù)最大跨度所允許的范圍外，還應(yīng)在下列位置進(jìn)行設(shè)置：一是連接管系與設(shè)備的過(guò)程中，在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行支吊架的設(shè)置，從而保證所受到的外力與力矩加以減少，并為了偏心荷載與彎矩得以減少，要使支吊架靠近集中荷載處。二是在有閥門(mén)或小型管道設(shè)備的管系中進(jìn)行集中荷載時(shí)，為了偏心荷載與彎矩得以減少，應(yīng)使支吊架靠近集中荷載處。三是應(yīng)注意彎管附近、大直徑管三通及分支管處的支吊架設(shè)計(jì)。四是對(duì)于有著垂直管段的管系，應(yīng)將承重支架設(shè)置在垂直管段的上下部，并在較長(zhǎng)的垂直管段中間設(shè)置符合規(guī)定間距的導(dǎo)向支架；此外，還要按照支點(diǎn)的垂直位移量，在水平敷設(shè)的管道向垂直管段轉(zhuǎn)換的拐彎處，設(shè)置彈簧支吊架。

其次，要對(duì)建筑物、構(gòu)筑物進(jìn)行最大限度的利用，作為支吊架的生根點(diǎn)，但要對(duì)生根點(diǎn)所可以承受的荷載進(jìn)行核算，在一定條件下，還應(yīng)將跨距減少來(lái)使生根點(diǎn)的荷載減低。

再次針對(duì)復(fù)雜的管系，為了使應(yīng)力分析得以簡(jiǎn)化，要遵循方便石油化工管道的運(yùn)行，并要遵循管道安全的原則，將管系用固定支架分割成能夠自行補(bǔ)償?shù)娜舾晒芏?。一般?lái)說(shuō)，可以將固定支架分為L(zhǎng)型、U型及T型等多個(gè)管段，并將承重支吊架或?qū)蛑У跫茉O(shè)置在兩個(gè)固定支架間，使其能夠承受沖擊載荷或限制管道振動(dòng)。

還有，當(dāng)管系的熱脹方向正對(duì)敏感設(shè)備的借口時(shí)，要設(shè)置止推支架。此外，當(dāng)大剛度管道產(chǎn)生強(qiáng)大的推力時(shí)，也可以在合適的位置設(shè)置止推支架。

最后，管道在與設(shè)備進(jìn)行連接時(shí)，支吊架要設(shè)置在利于設(shè)備檢修與閥門(mén)操作的位置，還應(yīng)注意的是，在設(shè)備進(jìn)行檢修或是設(shè)備移走時(shí)，臨時(shí)支吊架的地方不需要設(shè)置。此外，還要注意不可以將焊接型的支吊架設(shè)置在時(shí)常拆卸維修及清掃的部位。

5　結(jié)語(yǔ)

對(duì)石油化工管道支吊架的型式與位置的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行確定，能夠確保管道工程的順利運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)管道設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，不但要看布置的合理性、美觀(guān)度及操作檢修的便捷性與一定的柔韌性，而且要看支吊架型式與位置的符合度。本文為此對(duì)石油化工裝置管道支吊架的設(shè)計(jì)思路從上述四個(gè)方面進(jìn)行探討與闡述，希望對(duì)相關(guān)人員有所幫助。

［1］ 周小兵，蔡曉峰. 關(guān)于幾種典型化工裝置管道支吊架的設(shè)計(jì)［J］. 化肥設(shè)計(jì)，2010（3）.

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［3］ 朱永慶，陸儉國(guó). 繼電器觸簧材料的應(yīng)力松弛特性 ［J］. 低壓電器，2008（11）.

天津辰力工程設(shè)計(jì)有限公司天津300000

Construction of petrochemical pipe hanger design

Li Kun

As an important part of the pipeline project，the pipe rack is an indispensable part in the pipeline engineering. In practice，the pipeline engineering drawing only draws the symbol，the sketch map and the specific location of the pipe rack. The paper elaborates in four aspects，including types，selection principles，location and design of the pipe supports and hangers for petroleum chemical device，which can provide reference for technicians.

petrochemical；device pipeline；hanger design

TE 9

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