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管道支吊架的选用及设置

【摘要】:
管道支吊架的选用及设置

 

在进行管道设计时,首先要考虑满足工艺要求,还要考虑设备、管道及其组成件的受力状况,以保证安全运转。管道应力分析是涉及多学科的综合技术,是管道设计的基础。在管道应力分析过程中,正确设置支吊架是一项重要的工作。支吊架选型得当,布置合理,所设计的管系不仅美观,而且经济安全。 
 

1 作用 


  管道支吊架主要有以下几个方面的作用。 
  (1)承受管道的重量荷载(包括管道自身载荷、隔热或隔声结构载荷和介质荷载等)。 
  (2)用于限制、控制和约束管道在任一方向的变形。 
  (3)用于限制或缓和往复式机泵进出口管道和由地震、风压、水击、安全阀排出反力等引起的管道振动。 

2 位置及类型 

  

管道支吊架的位置及其类型对已定管系的受力状态的影响很大,主要有两个方面。 
  (1)对管系的应力分布状态、最大应力值、 管系的端点作用力和力矩有影响,因为这种管系端点的荷载将会传递到与该管端相联接的设备上。因此,支吊架设置得当,能改善管系中的应力分布和端点受力以及力矩状况。因此,管系的柔性不但受到管系形状的影响,也受到所选定支吊架位置和类型的影响。 
  (2)支吊架的设置非常灵活,可变化的范围 较大。支吊架的位置、数量和形式选择往往因人而异。对同一个管系存在着多种支吊架设置方案,不同的设置形式将反映出不同的应力分布,应力值及端点受力。因此,在进行管道设计时,为使管系具有足够的柔性,除了应注意管系走向和形状外,支架位置和型式也是相当重要的。 
  2.1间距 
  支吊架间距尤其是水平管道的承重支吊架间距不得超过管道的允许跨距,以控制其挠度不超限。一般连续敷设的管道允许跨距应按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度条件计算,按强度条件校验,取刚度条件决定的跨距和强度条件决定的跨距中两者的小值。 
  2.2 柔性 
  尽量利用管道的自支承作用,少设置或不设置支架。要利用管系的自然补偿能力合理分配支 吊架点和选择支吊架类型。 
  2.3 位移 
  有管托的管道纵向位移不得超过管托的长度;管托长度应留足余量,并排敷设的管道横向位移不得影响相邻管道。 
  2.4 生根条件 
  必须具备生根条件的支吊架一般可生根在地面、设备或建构筑物上。 
  2.5 类型 
  (1) 支吊架从限制性可分为3类:固定架、 
  导向架和支托架(或单向止推架)。 
  (2) 支吊架从力学性能又可分为刚性支架和 弹性支架。 
  2.5.1刚性支架 
  从理论上说,刚性支架的刚度为无穷大,在外力荷载的作用下没有变形,一般用在无垂直位移的地方。 
  2.5.2弹性支架 
  弹簧支吊架分为两大类:可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架。 
  (1) 可变弹簧支吊架的特性是当管系在垂直方向发生位移后弹簧压缩或伸长,支点受力发生变化,管系在支点处的荷载将重新分配给附近支点,一般常指定其荷载变化率范围为25%。 
  荷载变化率=|工作载荷-安装载荷|×100≤25 %工作载荷 
  当可变弹簧无法满足荷载变化率≯25%之要求时,即可选用恒力弹簧支吊架。 
  (2)恒力弹簧支吊架是管系上下(垂直)位移时,其荷载不变,即它的荷载变化率在理论上为零,此类支吊架适用于垂直位移量较大的管 系,或者荷载变化率要求严格的场合。 
  2.6 位置 
  确定管道支吊架位置有以下要点: 
  (1) 承重架距离应不大于满足管道刚度及挠度要求下的最大间距。 
  (2) 在管道垂直段弯头附近,或在垂直段重心以上做承重架,垂直段长时,可在下部增设导向架。 
  (3) 在集中荷载大的管道组成件附近设承重架,设在弯管和大直径三通式分支管附近。 
  (4) 尽量使设备接口的受力减小。如支架靠近接口,对接口不会产生较大的热胀弯矩。 
  (5) 支架的位置及类型应尽量减小作用力对被生根部件的不良影响。 
  (6) 对于复杂的管道,尤其是需要作详细应力计算的管道,还应根据应力计算结果调整其支吊架的位置。 
  (7) 在敏感的设备(泵、压缩机)附近,应设置支架,以防止设备口承受过大的管道荷载。 
  (8) 往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道,宜单独设置支架(支架生根于地面的管墩或管架上),以避免将振动传递到建筑物上。 
  (9) 安全泄压装置出口管道应根据需要,考虑是否设置支架。 
  (10) 除振动管道外,应尽可能利用已有的建筑物构筑物的梁柱作为支架的生根点,且应考虑生根点所能承受的荷载,生根点的构造应能满足生根件的要求。 
  (11) 管道支吊架应设在不妨碍管道与设备连接和检修的部位,考虑维修方便,使拆卸管段时最好不需要做临时支架。 

3 选用原则 

  

 (1) 选用管道支吊架时,应按照支承点所承 受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温 度、是否保温或保冷以及管道的材质等条件选用 合适的支吊架。 
  (2) 设计时应尽可能选用标准管托、管卡、 管吊。焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊节省钢材且制作简单和施工方便。因此,除下列情况外,应尽量采用焊接型的管托和管吊: 
  ①管内介质温度≥400℃的碳素钢管道; 
  ②低温管道; 
  ③合金钢材质的管道; 
  ④生产中需要经常拆卸检修的管道; 
  ⑤架空敷设且不易施工焊接的管道; 
  ⑥非金属衬里管道。 
  (3) 防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击荷载,以保证管道只沿着轴向位移一般在下列条件的管道上设置导向管托: 
  ①安全阀出口的高速放空管道和可能产生振动的两相流管道; 
  ②横向位移过大影响邻近管道; 
  ③固定支架之间的距离过长,可能产生横向不稳定时;

 ④为防止法兰和活接头泄漏而要求不宜发生过大横向位移的管道。 
  (4) 热胀量超过100 mm的架空敷设管道应 选用加长管托,以免管托落到管桥梁下。 
  (5) 支架生根在钢质设备上,若设备需热处理时,应给设备专业提供垫板委托。当设备为合金材质,垫板材料应与设备材质相同。 
  (6) 生根在设备或土建平台上荷载较大的支架位置、标高和荷载应事先与相关专业联系。 
  (7) 凡需要限制管道位移量时,应考虑设置限位架。 
  (8) 当垂直方向有位移时,可选弹簧支吊架;弹簧根据具体情况可用于并联和串联。 
  (9) 当管道在支承点有垂直位移且要求支承 力的变化范围在6%以内时,管系应采用恒力弹簧支吊架。 
  (10) 在管道支吊架通用图中无法选出合适的支吊架时,可采取其它特殊形式支吊架。 
  (11) 在确保安全使用的前提下,优先选用标准管架和定型元件,以减少管架类型和非标准管架。 
  (12) 支吊架形式应能适应管道或生根设备材料及热处理的要求。 
  (13) 支吊架形式应便于管道的拆卸检修,有利于施工,并不妨碍操作及通行。当支吊架位于操作人员可能通过的地方且位置又较低时,应考虑取消三角支承或改为吊架。当管道经常拆卸时,应避免采用焊接结构。 

4 结语 


  综上所述,在整个管道工程的投资中,虽然支吊架系统所占的比例很少,但支吊架对整个管系的安全运行起着至关重要的作用;管道支吊架的设计与管系的应力密切相关,可以借助设置支吊架来限制某个方向的力或位移,从而使管系处于安全状态。从某种意义上来说管道的规划过程 实际上是规划管道支吊架。由此可见,管道支吊架的设计在管道设计中起着非常重要的作用。

 

参考文献: 
  1. 周明衡、常德功,《管路附件设计选用手册》化学工业出版社。 
  2. 中华人民共和国原化学工业部,《工业金属管道设计规范》 中国计划出版社。 
  3. 中国石化集团上海工程有限公司,《化工工艺设计手册》第三版 化学工业出版社。 
  4. 蔡尔辅,《石油化工管线设计》 化学工业出版社。 
  5. 李国成,《管道手册》中国石化出版社。 
  6. 宋岢岢,《压力管道设计及工程实例》 化学工业出。