(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

高塔設(shè)備的管道在塔設(shè)備正常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)承受各種各樣的力，這時(shí)都需要利用管道支架將這些力進(jìn)行分?jǐn)偤透魯?，保證與之相連的設(shè)備管口受力和力矩在允許范圍之內(nèi)；管架在這個(gè)過(guò)程中不但要承受管道的垂直載荷[1]，還要承受各方面作用于管道上的力和力矩，從而限制管道位移，滿足管道系統(tǒng)的靜力和動(dòng)力要求，確保管道和與之相連的塔設(shè)備的安全運(yùn)行；同樣，選擇合理的支架類型以控制引起管道自身及支架疲勞損壞的震動(dòng)也非常重要。

由于塔設(shè)備形體較高，受環(huán)境溫度變化影響后伸縮量較大，當(dāng)管道的變形量和塔設(shè)備的變形量大小不一致的時(shí)候，容易在塔設(shè)備的管口處形成很大的集中應(yīng)力，影響管道的密封性和牢固性。因此，在管道管口處如何設(shè)置第一個(gè)管道支架，減少塔設(shè)備管口處的集中應(yīng)力，成為在管道設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)經(jīng)常遇到的難題[1]。本文對(duì)如何設(shè)置塔設(shè)備管道接口處的第一個(gè)管道支架來(lái)減少管道接口的應(yīng)力，以及第一個(gè)管道支架與其表面的π形或L形彎之間的合適距離進(jìn)行了探討。

1 塔設(shè)備管口支架的共性問(wèn)題

在利用CAESAR軟件進(jìn)行塔設(shè)備管道支架應(yīng)力計(jì)算的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有很多設(shè)計(jì)人員在塔設(shè)備管口第一個(gè)支架的位置設(shè)置中出現(xiàn)了兩類共性問(wèn)題，下面將分別說(shuō)明這兩類出現(xiàn)問(wèn)題的支架布置形式，以及其引發(fā)的問(wèn)題。

1.1 第一類支架的設(shè)置形式及產(chǎn)生的問(wèn)題

塔設(shè)備外面的接管和塔設(shè)備的管口相連后直接經(jīng)過(guò)彎頭轉(zhuǎn)向后垂直向下，為了防止塔設(shè)備管道接口應(yīng)力和力矩過(guò)大，很多管道設(shè)計(jì)人員在靠近管口的豎直段直接加設(shè)了固定或者限位剛性支架[2，3]。設(shè)置了固定或者限位支架后的管道與管架布置形式見(jiàn)圖1。

圖1 第一類管架位置形式

在塔設(shè)備管口附近設(shè)置此類固定或限位剛性支架就容易出現(xiàn)問(wèn)題：如果管子和與之相連的塔設(shè)備的溫度不一致，則在塔設(shè)備管口處容易造成非常大的一次應(yīng)力和力矩。例如當(dāng)塔為低溫塔，管道為低溫管道，而塔設(shè)備溫度比管子的低時(shí)，塔設(shè)備的冷縮量比管子多，那么管子相對(duì)塔設(shè)備有所伸長(zhǎng)，塔設(shè)備的管口會(huì)受到管子對(duì)其產(chǎn)生的向上的力；如果管子的溫度比塔設(shè)備的低，那么管子的冷縮量比塔設(shè)備多，塔設(shè)備相對(duì)管子有所伸長(zhǎng)，此時(shí)塔設(shè)備的管口會(huì)受到管子對(duì)其向下的拉力。同理，當(dāng)塔為高溫塔，管道為高溫管道，而塔設(shè)備溫度比管子的高時(shí)，塔設(shè)備的伸長(zhǎng)量比管子多，那么管子相對(duì)塔設(shè)備有所縮短，塔設(shè)備的管口會(huì)受到管子對(duì)其產(chǎn)生的向下拉力；如果管子的溫度比塔設(shè)備的高，那么管子的伸縮量比塔設(shè)備多，塔設(shè)備相對(duì)管子有所縮短，此時(shí)塔設(shè)備的管口會(huì)受到管子對(duì)其產(chǎn)生的向上拉力。由于管口附近的支架直接通過(guò)豎直管道與管口相連，中間無(wú)折回段進(jìn)行應(yīng)力吸收，而固定或者限位剛性支架并不能有效地對(duì)管道接口所受的上下拉力進(jìn)行有效吸收，那么由管子和設(shè)備位移差產(chǎn)生的力會(huì)直接附加到塔設(shè)備的管口上，超出管口的受力要求。

1.2 第二類支架的設(shè)置形式及產(chǎn)生的問(wèn)題

設(shè)計(jì)者將管口附近的第一個(gè)支架設(shè)置在了π形或L形部分中間的垂直管段上，此類管架布置形式見(jiàn)圖2。

圖2 第二類管架位置形式

雖然設(shè)計(jì)者在與管口相連的管道上設(shè)置了π形彎管或者L形折回段，但是卻將支架設(shè)置在了π形彎管或者L形折回段的垂直管段上，相當(dāng)于用支架將π形或L形彎管直接分割成了2個(gè)直管段，此時(shí)管接口和支架之間相當(dāng)于只剩下直管段相連。原來(lái)的π形或L形彎并沒(méi)有起到應(yīng)有的補(bǔ)償位移差的作用。

2 兩類問(wèn)題管架的修改方案

針對(duì)上述兩類管架的設(shè)置形式和設(shè)置后出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者根據(jù)CAESAR的計(jì)算，總結(jié)出的修改方案如下。

2.1 第一類支架的修改方案

為了盡量減小管道的變動(dòng)，針對(duì)管道管徑大小不同的條件，對(duì)第一類支架設(shè)置有如下2種修改方案。

(1)修改方案1：將圖1中第一類固定支架或上下限位支架修改成彈簧支架，彈簧支架可以補(bǔ)償一定的位移差，減少管口的受力，但和彈簧支架在同一根管線的豎直管道方向上不再設(shè)置固定或者上下限位支架，彈簧支架的作用被取消[4]。此種修改方案一般很少采用，只是在管道管徑較大、在管道上設(shè)置π形或者L形彎改變管向不容易，或者管道沿垂直方向的管段不太長(zhǎng)的情況下才使用，如果管道較細(xì)，或者改變管向較容易的情況下，盡量使用π形彎管或者L形彎加限位支架的組合形式來(lái)代替彈簧，因?yàn)樗w上部管道支架采用彈簧，容易造成管道晃動(dòng)，或者產(chǎn)生上下震動(dòng)，容易對(duì)管口造成疲勞破壞[5，6]，按方案修改后的模型見(jiàn)圖3。

圖3 使用彈簧支架

(2)修改方案2：將塔設(shè)備接口與第一個(gè)支架間的直管段修改成π形彎管或者L形彎折回段。當(dāng)管子和塔設(shè)備之間由于溫度產(chǎn)生位移差時(shí)，可以通過(guò)π形彎管或者L形折回段的變形來(lái)進(jìn)行一些位移補(bǔ)償，從而減小設(shè)備管口的力。這種通過(guò)改變?cè)O(shè)備管口附近的走向來(lái)改變管口力的方法最為常用。

2.2 第二類支架的修改方案

由于此類管道之前已經(jīng)設(shè)置了π形或L形彎管段，只是支架的位置設(shè)置不理想，所以在盡量減少管道變動(dòng)的前提下，修改方案如下。

(1)修改方案1：修改管道支架的位置。將管道支架的位置下移，一直移到π形或L形下端的豎直管段上去，此時(shí)的π形或L形就完全暴露出來(lái)，可以起到吸收位移差的作用。

(2)修改方案2：修改π形或L形的位置。如果支架到管口的垂直段較長(zhǎng)，此時(shí)將管架下移將會(huì)增大管口的受力。合適的修改方法就是將支架下端的折回段取消，將支架和管口之間的垂直管段修改成為π形或L形，同樣可以起到吸收位移差的作用。

在這2種方案中，優(yōu)先選擇改變管道走向、不改變支架位置的形式。如果要改變支架的位置，則需和設(shè)計(jì)人員相溝通，按照這2種方案修改后的模型圖與圖4類似。

圖4 設(shè)置π形彎管或者L形彎

3 支架到π形或L形彎之間的距離

從上面的論述我們知道，管口的第一個(gè)支架一般設(shè)置在π形或L形彎的正下方，那么支架與π形或L形彎之間的距離取多大比較適宜呢?根據(jù)大量分析可總結(jié)得出塔設(shè)備管口下第一個(gè)管道支架的應(yīng)力，支架到π形和L形彎之間的距離示意見(jiàn)圖5。

圖5 支架到π形或L形彎之間距離示意

取圖5中管道示例作為說(shuō)明對(duì)象，管口第一個(gè)支架到圖中π形或L形彎的距離L1確定。一般取500～1 000mm為宜，如果L1太短，容易造成圖5中所示的2個(gè)彎頭應(yīng)力過(guò)大的情況；如果L1太長(zhǎng)，容易造成上述2個(gè)彎頭之間的直管段產(chǎn)生較大幅度的變形[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)高塔設(shè)備管口第一個(gè)支架的設(shè)置一般采用彈簧支架或在支架和管口之間設(shè)置π形或L形彎，來(lái)吸收管道和塔設(shè)備因變形不同步而產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。

(2)高塔設(shè)備管口第一個(gè)支架不要設(shè)置在π形或L形彎的垂直管段上，防止支架將π形或L形彎截?cái)喑蓛蓚€(gè)直管段，從而失去π形或L形彎對(duì)管段應(yīng)力的吸收作用。

(3)高塔設(shè)備管口的第一個(gè)支架與其和設(shè)備管口之間π形或L形下端之間的距離一般取500～1 000mm較為適宜。

參考文獻(xiàn)：

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