淺談管道支吊架的分類和應用

楊曉靜 郝培波 于天玲（海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266000）

管道支吊架是管道系統中的組成組件之一，也是配管技術的重要組成部分。目前石化裝置隨著技術的進步，逐步向大型化、長周期安全運行方向發展，這對管道支吊架的設計、制造、安裝等方面都提出了更高的要求。

1 管道支吊架的分類

每個管道支吊架一般都是由承載體、結構連接件和支承組件三大部分組成。管道支吊架的功能主要可以概括為：承受管道荷載、限制管道位移和控制管道振動[1]三個方面。其中以承受管道荷載為管道支吊架最基本、最普遍的功能[2]。盡管管道支吊架的型式多種多樣，究其實質只是剛度及其作用方向的不同，由此也可將其分為剛性支吊架和柔性支吊架兩大類。

1.1 剛性支吊架

剛性支吊架具有結構簡單、可靠性高、價格低廉等優點，是在配管設計中應優先考慮使用的管道支吊裝置。

1.1.1 固定支架

固定支架是最能體現剛性支吊架功能特點的管道支架。用于限制管道在支承處任何方向上的線位移和角位移。選用時應考慮對承載體的要求或影響。

1.1.2 承重支架

承重支架具有占用空間小、允許較大水平位移等優點，最為常用。在管道荷載較大處或敏感設備進出口處使用時要考慮摩擦力對管道及設備的影響。

1.1.3 導向支架

導向支架是引導管道沿預定方向位移，而限制其它方向位移。

1.1.4 止推支架

止推支架僅能限制管道在某一方向上的線性位移，一般用于防止管系嚴重變形或管道對設備產生過大的力和力矩。

1.2 柔性支吊架

柔性支吊架剛度較小，允許有較大位移。柔性支吊架的共同特點是其構成中都包含有彈性功能組件。

1.2.1 可變彈簧支吊架

可變彈簧支吊架是指支架的承載力隨支吊點的位移及位移方向而變化。一般規定在允許荷載變化率≤25%時可以選用可變彈簧支吊架。建議選用時，對于簡單管系，采用“吊零”原則，即管道在支吊處因自重引起的垂直位移為零。對于復雜管系應根據詳細柔性分析結果來確定。這時可不受“吊零”原則的限制。

1.2.2 恒力彈簧支吊架

恒力彈簧支吊架是恒力支吊裝置中最常用的一種。按其結構可分為：三連桿式、四連桿式、雙杠板式等幾種。其基本工作原理是將壓縮彈簧產生的線性變化的彈簧力通過某種杠桿機構轉換輸出為相對恒定的反力。

2 管道支吊架的設置原則和設計程序

在實際應用中，只有做到合理設置、正確選型，才能充分發揮支吊架的功能，保證管道及設備安全可靠地運行。

2.1 管道支吊架的設置原則

通常可根據以下原則：

2.1.1 考慮管徑、重量較大的閥門及管件位置；

2.1.2 應滿足管道許用跨距的要求；

2.1.3 應盡量避免在管道應力集中處設置，如焊縫、管件等處；

2.1.4 應盡量減少設備管嘴的受力；

2.1.5 對輸送介質溫度≥4000C的碳鋼管道、不易進行焊接操作的管道、需經常拆卸的管道、合金鋼管道應優選卡箍式管托、管吊；

2.1.6 對管道某一（或多個）方向的位移需要限制或引導時，應選用限位支吊架；

2.1.7 對可能產生振動的管道，應采用專門的減振止振措施；

2.1.8 當需要詳細分析時，應首先對所屬管系進行詳細應力計算，并以其計算結果作為支承組件的設計依據。

2.2 管道支吊架的設計程序

盡管很多支吊架并不需要經過詳細的設計就可以確定，但實際上這正是管道支吊架的標準化、通用化以及大量工程經驗積累的結果。因此，對設計人員來講，了解一個支吊架的完整設計程序是必要的。一個支吊架的完整設計程序大致可分為以下幾個步驟：

2.2.1 收集設計所需資料[3]

2.2.1.1 規范規定：適用的管道（包括支吊架）設計規范；項目設計統一規定；材料選用規定；支吊架設計專業規定（包括支吊架通用圖）及標準產品樣本等。

2.2.1.2 圖紙資料：管線或管架平面圖和必要的縱斷面圖、配管及其它有關專業設計或規劃圖；

2.2.1.3 管道荷載（包括管道荷載、介質重、其他集中荷載、固定支架的水平推力、端點位移等）。

2.2.2 初定支吊架位置

按前面所述支吊架設置原則，對照管道規劃圖及其它有關專業圖紙，初步選定支吊架位置，并在管段圖上標出初步選定支吊架位置和預測的作用方向。

2.2.3 應力分析（非必須）

如需要，繪制管段圖及收集其它管道設計條件進行管道應力分析，按管道應力分析結果調整管道走向并確定支吊架的最終位置、型式、荷載和作用方向。

2.2.4 支吊架詳細設計

根據使用過程中各種可能出現的工況下確定支吊架設計的最苛刻承載條件，選定所要設置的支吊架的結構型式，確定支吊架最終結構尺寸。

3 結語

在整個石化裝置的投資中，雖然管道支吊架的投資比重并不大，但其對于整個裝置的安全運行起著至關重要的作用，如果支吊架選型不合理，可導致管道脫空、限制管道正常熱位移、增大設備管嘴受力等問題，嚴重時可能產生管道撕裂、設備管嘴損壞等嚴重事故。因此應根據設計條件，按照管道支吊架的設置原則和設計程序認真規劃、詳細設計。

[1]GB/T17116.1—管道支吊架第1部分：技術規范.

[2]管道支吊技術—林其略周美芳著.

[3]管道支架設計手冊—國振喜曲紹嘉著.

[4]SH3073—石油化工企業管道支吊架設計規范.

[5]管道支吊技術概論—郭蘆山著.