核電廠工藝管道支吊架布置分析

摘 要：該文的目的是在管道設計中合理設置支吊架的位置和類型，以縮短管道應力分析的計算時間，提高工作效率；管道支吊架布置設計需要考慮到的載荷、載荷工況、支吊架間距、支吊架類型、管道變形等因素，同時也要考慮到管道支吊架對于應力分析的影響；文章總結出在支吊架設計中的一些經驗方法可以借鑒，例如，在壓力和熱載荷作用下，支吊架的位置宜設置在變形量較小的位置，熱膨脹位移大的位置要釋放約束，宜設置彈簧支架，在與設備連接的端點處，一般應設置支吊架對管道進行約束。

關鍵詞：支吊架 位置 類型

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0085-01

管道系統一般由主管線和支管線組成，并且空間走向復雜；管道應力分析的目的是證明管道在各類工況載荷下，均不發生某種形式的失效；而管道上的支吊架則是對管道起著承受載荷、限制位移和控制震動等作用。在管道設計中，合理布置和正確選擇支吊架類型是減小管道應力和支吊架載荷的有效方法之一。

1 管道載荷及應力分類

1.1 載荷類型

壓力管道承受的載荷主要有：

（1）持久性載荷：永久作用于管道系統載荷，如壓力和重力載荷；

（2）臨時性載荷：短時間作用于管道系統的載荷，如地震、閥門開、關時的反沖力和壓力升高等；

（3）交變性載荷：大小和方向隨時間發生變化的載荷，如溫差、熱脹冷縮、端點位移等；

1.2 載荷工況

在應力分析過程中，很重要的一步是確定載荷工況，也就是每類載荷工況考慮的載荷組合不同，不同的載荷工況滿足的設計準則有所不同，在力學計算中會體現出來。

1.3 應力分類

一般，根據產生應力的載荷不同，將應力劃分為一次應力和二次應力。一次應力是由于外載荷作用而在管道內部產生的正應力和剪應力，它必須滿足力與力矩的平衡，一次應力的基本特征是非自限性，它始終隨所加載荷的增加而增加，超過屈服極限或持久強度，將使管道發生過度的變形而破壞。二次應力是管道由于變形受約束而產生的正應力或剪應力，它本身不與外力平衡。一般管道二次應力主要考慮的是由于熱脹冷縮以及其它位移收約束而產生的應力。

2 支吊架

2.1 支吊架類型

支吊架按照性能和用途，可分為三大類，一類是承受管道荷重的支吊架，包括恒力支吊架、滑動支架、剛性支吊架等；一類是限制管道位置的支吊架，包括固定支架、導向支架；一類是控制管道振動的支吊架，包括阻尼裝置等。

2.2 支吊架的布置原則

（1）盡量應用標準支吊架，有利于制造、安裝、降低成本。

（2）設計簡潔，錨固點盡量少。

（3）支吊架的結構要受到空間的限值，所以體積不能過于龐大。

（4）支吊架的設計要考慮到安裝的可達性性和后期維護的方便。

3 支吊架布置與應力分析

管道上支吊架的位置和類型是影響管道應力分析的兩個重要因素，它們對管道應力分析的影響主要有以下三個方面：

首先，支吊架位置和類型的設置直接影響到管系的應力分布狀態、最大應力點、管系端點應力值和力矩值。

其次，支吊架的設計比較靈活，同樣的管道布置有不同的支吊架設置方案，不同的方案將會導致管系的應力分布也不同，因此，在支吊架的的位置設置和類型選擇上，應該力求最優方案。

最后，如果支架位置不合理或者支架類型不合適，導致反復多次計算。

4 支吊架設計實例

右圖中管道外徑為219mm，壁厚為6mm，材料為Z2CN1810，設計壓力為1.1MPa，設計溫度為180℃，安裝溫度為20℃，水壓試驗壓力為1.2 MPa。節點516和502處連接設備，節點232處設置的是導向支架，節點238和242處設置的是彈簧支架，計算結果顯示節點502處力和力矩超過設備的接管載荷，需要修改支架，經過分析，節點232所在立管比較長，232與238之間的水平管道較短，無法充分釋放立管上由于熱漲變形產生的應力，因此可以在節點232增加約束以承受管道變形產生的應力，節點232處改為限位支架，節點238和242處改為承重支架，經過力學計算，節點516和502處的受力滿足設備載荷要求。（如圖1）

5 結語

支吊架布置對于管線的應力分析有重要的影響，通常，在支吊架布置過程中，需要考慮的因素主要是：管道自身重力，閥門和組件的重力、管道熱膨脹、錨固點位移、內外部激勵載荷等。

在壓力和熱載荷作用下，管道系統會產生變形，一般，支吊架的位置設在變形量小的位置，熱膨脹位移大的位置要釋放約束，可以設置彈簧支吊架等柔性支架；在與設備連接的端點處，一般應設置支吊架對管道進行約束，以減少管系對設備產生較大的力和力矩。

管道應力分析是一個反復的計算過程，這中間要不斷調整支吊架的設置，所以，在向力學專業提資前，管系中支吊架的設置是否合理可行很重要。根據上述經驗總結可以大大減少應力計算的時間，提高工作效率。

參考文獻

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