針對化工管道的支吊架設計論述

何　杰（廣西工聯工業工程咨詢設計有限公司,南寧　530000）

針對化工管道的支吊架設計論述

何杰
（廣西工聯工業工程咨詢設計有限公司,南寧530000）

管道是化工生產中重要構件，主要用來輸送高腐蝕性、毒性以及高溫高壓等物質，其設計安裝效果如何，在很大程度上影響了整個生產活動的安全性。對于化工管道的支吊架設計，需要明確各項影響因素，確保設計方案滿足管道剛度與強度要求，并且能夠降低管道對設備產生的附加荷載，降低生產中管道位移量，提高生產活動的安全性。本文分析了化工管道支吊架結構特點，并提出了相應的設計方案。

化工管道；支吊架設計；生產安全

管道支吊架的設計作為化工管道設計中的一部分，尤其是針對負責輸送特殊生產原料的管道，在進行設計時必須要保證方案的合理性，確定支吊架不但要負責管道的支撐，同時還要承受多方面作用力與力矩的實際情況。因此在對其進行設計時，需要結合生產活動的實際需求，對管道本身特點進行分析，合理確定設計要點，保證支吊架設計方案滿足生產活動要求。

1　化工管道支吊架分析

1.1管道支架作用

化工管道支吊架以承載形式不同，可以分為支架與吊架兩部分，而以形式為依據則可以分為承重架、限制性支架與減振架三種。承重架主要作用是來承載管道自重以及其他持續荷載，避免各項荷載強度或者剛度超出允許范圍，確保生產活動的安全性。限制性支架主要目的則是約束并限制因熱膨脹而出現的管道位移情況，通過合理的設計，降低支撐點的位移，將管系變形或者位移方向控制在有利于保護設備或者熱補償范圍內[1]。減振架主要作用是在限制除重力、熱膨脹力以外其余外力造成的管道振動，如機械振動、地震荷載、物料沖擊以及風荷載等。

1.2管道支架類型

（1）彈性支吊架。此種類型支吊在受到外力影響時，會產生形變或者位移，并且還具有一定的剛度。在生產活動中，即便是結構受外力影響產生形變，也不會失去全部的分配荷載，能夠更好的將荷載轉移到加有效控制范圍內。常見的彈性支吊架有恒力彈簧支吊架與可變彈簧支吊架兩種，其中恒力彈簧支吊架其特點是在管系垂直方向發生位移，荷載不發生變化，因此常被應用于垂直方向位移量比較大，或者化工裝置需要減少位移應力的部位[2]。可變彈簧支吊架特點是垂直方向產生位移后，彈簧會出現壓縮或者伸長的變化，如果一支點壓力發生變化，則該支點荷載會轉移到臨近支點位置，并且荷載的變化率在25%以內。

（2）恒力支吊架。此種支吊架可以在一定的行程內，如果管系發生上下或者垂直位移時，其中負荷無變化，則次負荷變化率為零。基于此特點，在進行設計時通常會將其應用在垂直方向位移比較大的管系位置，并多為恒力彈簧支吊架。

（3）限制性支吊架。常見有固定支吊架、限位支吊架以及導向支吊架三種，應用的位置均存在一定特性。其中，固定支吊架通常被應用在固定管道于支架的位置，減少管道線位于與角位移程度；限位支吊架其在方向上可以限制一個以上的變位；導向支吊架通常被應用于特定并需要限制管線橫向位移與角位移的部位。

2　化工管道支吊架設計要點

2.1管道承重荷載

承受管道自重與外部荷載是支吊架基本要求之一，通過合理的設計來將外荷載引起的法向應力與剪應力控制在允許范圍內，降低管道的變形量。就化工管道生產活動來看，在衡量其運行安全性時，基本上是用一次應力指標，如果一次應力過大會導致管道嚴重變形，而管道配件界面、管系荷載等都影響著一次應力的大小。針對此，在對管道支吊架進行設計時，可以適當的調整管道一次應力與支撐端荷載大小，來降低一次應力對管系造成的影響。其中，如果水平管道支架數量比較少，也會導致一次應力增大甚至超出允許范圍，而加大管道的變形量，降低管道運行的安全性，設計時應結合實際需求適當調整支架數量。

2.2避免荷載轉移

對于化工管道支吊架設計是否合理，決定了最終管系所要承受的荷載大小，在根本上決定了管道運行的安全性。支吊架位置如果設置不當會造成荷載的轉移，如上文所述數量不足將會增加一次應力或者過梁撓度，但如果只是一味的增加支吊架布置數量，無論是空間、生產還是經濟等方面都不允許。因此在進行設計時，應將重點放在降低二次應力以及熱推力上，以最少的支吊架數量來避免荷載的轉移，減少對管道的束縛，為其提供一個變形的機會。其中，非剛性支吊架在管道應力分析中可以消除管系布置不當而產生的荷載，例如恒力支吊架可以消除剛性支吊架造成的失載。

2.3合理確定二次應力

以提高化工管道支吊架設計效果為目的，不但可以對支吊架一次應力進行調節，同時還可以實現對二次應力端點推力的調節。對化工管道所受的一次應力進行分析，其具有非自限性特點，如果一次應力峰值在管材允許應力范圍內時，可以確定管道運行狀態為安全。而當管道受高溫影響產生形變時，變形受阻會引發二次應力，而二次應力為自限性，為保證管道運行的安全性，必須要將二次應力數值控制在允許范圍內，通常是利用以下公式來計算二次應力所許數值：σA=f(1.25σc+0.25σh)，其中σA表示熱脹許用應力范圍，單位為MPa；σh、σc表示為熱態與冷態管材許用應力，但是為MPa；f表示根據管道在工作年限內伸縮總循環次數確定的應力降低系數[3]。

2.4支吊架敷設

一般情況下，化工管道支架上水平敷設管道包括兩種，即有隔熱層與無隔熱層，對于無特殊要求的管道，在設計時可以不用設置管托結構。而對于有設計要求的管道設計，如有隔熱層的管道，在敷設支吊架時需要設置管托結構，當管道隔熱層厚度大于130mm時，管托高度應保證大于200mm；如果管道隔熱層厚底大于80mm，則管托高度應控制在100mm左右，確保支吊架設計的合理性。

3　結束語

化工管道具有一定的特殊性，為保證其運行安全性，必須要加強對其設計的管理。支吊架設計是化工管道設計的重要部分，設計時應結合管道結構特點，以滿足實際需求為目的，確定設計要點，從多個角度著手爭取不斷提高設計有效性。

[1]劉鏡鋒.關于石油化工裝置支吊架設計在配管設計中的探討與研究[J].中國石油和化工標準與質量,2013(12):75+90.

[2]鄭敏.簡述石油化工裝置管道支吊架的設計[J].化工管理,2013(20):151.

[3]范德新,畢傳福.淺談石油化工管道支吊架的選用及設置[J].價值工程,2011(06):6.

何杰（1986—），男，廣西南寧人，本科，研究方向：化工設計。