关于化工管道的支吊架设计要点的思考

关于化工管道的支吊架设计要点的思考

徐颖1刘鑫2

1.中石油北方工程设计有限公司吉林省吉林市132000；2.吉林石化公司化肥厂技术科吉林省吉林市132000

摘要：在化工行业，管道是重要的组成部分。管道支吊架的设计和应用更是关系到管道的正常使用。

关键词：化工管道；支吊架；作用；设计

1.前言

化工管道在进行设计时必须要保证方案的合理性，确定支吊架不但要负责管道的支撑，同时还要承受多方面作用力与力矩的实际情况。

2.化工管道支吊架的作用

2.1滑动架，通过托架在管道支承点下方形成应力作用点或者作用面，能够很好地应对水平摩擦和产生作用力方向较单一垂直支撑的多种情况，这样的实验化工管道设计人员在分析应力管道前常用的支架。考虑到设备的成本和应用的形式，滑动架可以普遍应用于除非应力管线的情况。常用的滑动架类型有临管支架、平管支托、假管支托、悬臂支架等。

2.2导向架，通过对化工管道位移的方向进行引导，最大限度地减少对管道产生较大破坏的横向位移，而促使管道尽可能沿轴向位移。另一方面，它也可以对水瓶化工管道起到承重的作用，一般被安置在应力管线上，通过导向而非限定的方式，对管路系统的应力分布可产生错峰平谷的效果。

3.管道支架类型

3.1弹性支吊架。此种类型支吊在受到外力影响时，会产生形变或者位移，并且还具有一定的刚度。在生产活动中，即便是结构受外力影响产生形变，也不会失去全部的分配荷载，能够更好的将荷载转移到加有效控制范围内。常见的弹性支吊架有恒力弹簧支吊架与可变弹簧支吊架两种，其中恒力弹簧支吊架其特点是在管系垂直方向发生位移，荷载不发生变化，因此常被应用于垂直方向位移量比较大，或者化工装置需要减少位移应力的部位。可变弹簧支吊架特点是垂直方向产生位移后，弹簧会出现压缩或者伸长的变化，如果一支点压力发生变化，则该支点荷载会转移到临近支点位置，并且荷载的变化率在25%以内。

3.2恒力支吊架。此种支吊架可以在一定的行程内，如果管系发生上下或者垂直位移时，其中负荷无变化，则次负荷变化率为零。基于此特点，在进行设计时通常会将其应用在垂直方向位移比较大的管系位置，并多为恒力弹簧支吊架。

3.3限制性支吊架。常见有固定支吊架、限位支吊架以及导向支吊架三种，应用的位置均存在一定特性。其中，固定支吊架通常被应用在固定管道于支架的位置，减少管道线位于与角位移程度；限位支吊架其在方向上可以限制一个以上的变位；导向支吊架通常被应用于特定并需要限制管线横向位移与角位移的部位。

4.管道支吊架的设置与位置确定

管道设计人员在管道设计过程中，应同时考虑支吊架位置及设置的可能性、合理性、经济性等，这是管道与支吊架设计者的共同要求。确定管道支吊架位置主要考虑以下几点：

4.1承重架间距应不大于管架的最大允许跨距。有压力脉动的管道，应按所要求的管道固有频率来决定管架的间距，避免发生共振；

4.2尽量利用已有的结构构件来支撑管道，如建构筑物的梁、柱等承重构件。对于混凝土结构，应向土建专业提出设置管架所要求的管墩、预埋件等条件；对于生根在结构上的荷载较大的管道支吊架(通常指荷载≥10kN)，应在管架位置确定后，向土建专业提出荷载条件；

4.3应当结合管道的工艺、工序对管道的应力状态进行动态分析，应依据分析结果，以尽量均匀管道系统的整体应力分布为原则来确定管架支点位置，并且要思考到支撑的可能性。

4.4应最大限度地减少管道系统以及支吊架系统上的剪切应力和挠度力矩，在垂直管段比较长的弯头部分或者是在垂直管段重心的上面安排承重架，这样就可在它的下部多加一个导向架；

4.5应当采取集中加固的方式，确保管道在工作状态下的应力强度，如设置承重架在荷载较大的化工管道组成件附近；

4.6管架应尽量靠近设备管口，以减少管口的受力，这样管口不会产生较大的热膨胀弯矩。当支吊架生根件焊在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所用垫板的条件；

4.7应当充分考虑管架与管道的紧定配合和热防护方式，例如管架靠近设备管口可以减小管口的受力，也能够有效地减小在管口内产生的热膨胀弯矩。当化工管道支吊架的生根件所连接的管道装置组件有热载荷需求时，应该向设备专业提出需要使用垫板的条件；

4.8考虑管架位置的同时也要为操作、检修留出足够的空间；

4.9为了避免电腐蚀，不锈钢化工管道和支吊架间应该垫不锈钢(或是不含有氯离子的橡胶、塑料)垫板，避免不均匀电阻率材料分布的电位差，防止碳钢和不锈钢触碰产生晶间腐蚀。防静电接地方法和措施采用接地后能有效的防止静电积累，是消除危害的有效方法。厂区及车间的氧气、乙炔等管道等必须连接成一个连续的导电体，并进行可靠接地。其他所有可能产生静电的管道和设备，如空气压缩机、通风装置和空气管道，特别是局部排风的空气管道，都必须连接成连续的导电体，并进行可靠接地；

4.10弹簧安装前，厂家应该根据用户提供的安装荷载，采用定位销将弹簧的指示板固定在相应位置，使弹簧支架暂处于刚性状态。管道在清洗、水压试验后，方可将弹簧定位销拔出，管道投入使用。管道开始运行时，取消定位板再检查指示板从安装到工作的位移过程中应无卡阻情况。管道运行后，检查弹簧支吊架在工作时的位移应与设计一致。

5.控制阀组的管道支架

控制阀的阀组通常包含切断阀、控制阀以及旁路阀等。一种最常见的布置方式是立体布置，需要在管道弯头下方设置称重架和导向架，使得支架设计稳定性更强。类此这样的支架设计，一般除了需要考虑承重之外，还需要充分考虑热膨胀，另外还需要充分考虑管道振动带来的影响。当阀门进出口压力比较大时液体管道会逐渐减压使得过程有气体出现。这样最容易使得振动问题出现在使用过程中，需要特别注意。两相流的管道应该充分考虑管道出现水锤可能性。而且当出现特别长的向上流动垂直管段时最容易有水锤作用出现。在一些热力管道中进行设计时应该满足柔性计算需求。需要将其中的一个支架布置成固定架，另外一个设置是导向架以及滑动支架。如果当热涨应力符合需求时，需要在控制阀出口位置设置好专门的支架，这个支架主要起到固定作用。另外还可以在旁边的入口设置上滑动架，必要的时候可以在这个垂直管端位置设置上导向架这样就可以更好的解决管道应力问题。

6.化工管道支吊架设计的几点经验之谈

6.1为了避免电腐蚀，不锈钢化工管道和支吊架间应该垫不锈钢（或是不含有氯离子的橡胶、塑料）垫板，避免不均匀电阻率材料分布的电位差，防止碳钢和不锈钢触碰产生晶间腐蚀。

6.2对于工作动态复杂的装置组件，如离心泵的入口化工管道处，应该充分考虑各种可能的位移情况，对相关的可调支架做安置，如有必要，可以依据应力分析结果再安置弹簧支吊架。

6.3应充分考虑设备动量复合作用的安全防护措施，以及采取措施延长动量作用时间，以减少破坏性的力和力矩的产生，如采取措施，通过增加缓冲，加长力臂等，如在化工管道和管卡之间加上橡胶垫等，另一方面还可增大管卡的紧固性。

6.4充分考虑支吊架系统的可拆卸装配特性，应该安置卡箍型管托，以方便组装和拆卸，不适宜用焊接型管托。

6.5在考虑材料的温度是否稳定性，对操作温度小于零下20℃的低温甚至超低温化工管道管架，应当采取一定的低温防护，不宜与钢结构直接地接触，或采用管道热防护层，或在钢结构和在化工管架间垫上隔冷块，这样可以避免钢结构产生冷脆的现象出现而遭到破坏。

7.结束语

综上所述，支吊架设计是化工管道设计的重要部分，设计时应结合管道结构特点，以满足实际需求为目的，确定设计要点，从多个角度着手争取不断提高设计有效性。

参考文献

[1]刘镜锋.关于石油化工装置支吊架设计在配管设计中的探讨与研究[J].中国石油和化工标准与质量,2016(12):75+90.

[2]郑敏.简述石油化工装置管道支吊架的设计[J].化工管理,2016(20):151.