淺談石化管道支吊架的類型及選用設計

劉鵬 任坤

[摘要]管道支吊架是承載整個管系，并能起到改善其受力狀況的作用。支吊架的設計在整個管道設計中占據很重要的地位。本文列舉了常用管道支吊架的類型、作用及安裝選用原則，說明其在管道設計中的重要性。

[關鍵詞]支吊架；管道設計；跨距；應力

管道支吊架是管道系統(tǒng)中的一個重要組成部分。所有管道敷設都必須借助各種不同形式、不同性能的支吊架來完成。進行管道設計時，首先要考慮滿足生產工藝要求，其次要考慮設備、管道及其組成件的受力狀況，確保安全運行。在石油化工管道設計過程中，正確選用、合理設置管道支吊架是一項重要的工作。支吊架選型得當、布置合理，所設計的管道不僅美觀，而且經濟安全。

1、石油化工管道支吊架的類型①

1.1管道支吊架的類型及不同應用場合

管道支吊架按其功能可分為承受管道載荷 限制管道位移和控制管道振動三大類，詳細分類如下表1所示：

表1 管道支架的分類①

2、管道支吊架的幾種作用

（1）承受管道的重量荷載 （包括自重、充水重、保溫重等）。

（2）阻止管道發(fā)生非預期方向的位移。

（3）控制擺動、振動或沖擊。

3、管道支吊架的選用安裝原則

3.1管道支吊架安裝位置的確定

（1）滿足管道最大允許跨度的要求。

（2）在有集中荷載時，支架要布置在靠近荷載的地方，以減少偏心荷載和彎曲應力。

（3）在敏感設備（泵、壓縮機等）附近，應設置支架，以防管道荷載作用于設備管嘴。

（4）對有壓力脈動的管道，要按所要求的管道固有頻率來決定支架間距，避免管道產生共振

（5）往復式壓縮機的吸入或排出管道以及其他有強烈振動的管道，宜單獨設置支架，支架生根于地面上的管墩、管架上并與建筑物隔離，以避免將振動傳遞到建筑物上。

（6）除振動的管道外，應盡可能利用建筑物、構筑物的梁柱作為支架的生根點，且應考慮生根點所能承受的荷載，生根點的構造應能滿足生根件的要求。

（7）對于復雜的管道，尤其是需要作詳細應力計算的管道，還應根據應力計算結果調整其支吊架的位置。

（8）應設在不妨礙管道與設備的連接和檢修的部位。

（9）應設在彎管和大直徑三通式分支管附近。

（10）安全泄壓裝置出口管道應根據需要， 考慮是否設置支架。

3.2管道支吊架的選用原則②

（1）選用管道支吊架時，應按照支承點所承受的荷載大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、是否保溫或保冷以及管道的材質等條件選用合適的支吊架。

（2）設計時應盡可能選用標準管托、管卡、管吊。焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊節(jié)省鋼材且制作簡單和施工方便。因此，除下列情況外，應盡量采用焊接型的管托和管吊：（i）管內介質溫度≥400℃的碳素鋼材質的管道；（ii）低溫管道；（iii）合金鋼材質的管道；（iv）生產中需要經常拆卸檢修的管道；（v）架空敷設且不易施工焊接的管道；（vi）非金屬襯里管道。

（3）防止管道過大的橫向位移和可能承受的沖擊荷載，以保證管道只沿著軸向位移，一般在下列條件的管道上設置導向管托：（i）安全閥出口的高速放空管道和可能產生振動的兩相流管道；（ii）橫向位移過大影響鄰近管道；（iii）固定支架之間的距離過長，可能產生橫向不穩(wěn)定時；（iv）為防止法蘭和活接頭泄漏而要求不宜發(fā)生過大橫向位移的管道。

（4）熱脹量超過100mm的架空敷設管道應選用加長管托，以免管托落到管橋梁下。

（5）支架生根在鋼質設備上，若設備需熱處理時，應給設備專業(yè)提供墊板委托。當設備為合金材質，墊板材料應與設備材質相同。

（6）對于生根在設備或土建平臺上荷載較大的支架位置、標高和荷載應事先與相關專業(yè)聯(lián)系。

（7）凡需要限制管道位移量時，應考慮設置限位架。

（8）當垂直方向有位移時，可選彈簧支吊架；彈簧根據具體情況可用于并聯(lián)和串聯(lián)。

（9）當管道在支承點有垂直位移且要求支承力的變化范圍在6%以內時，管系應采用恒力彈簧支吊架。

（10）在管道支吊架通用圖中無法選出合適的支吊架時，可采取其它特殊形式支吊架。

3.3典型管道支吊架的設置③

3.3.1泵管道支架設計

各類泵均有荷載限制，支架設置時應考慮以下因素：

（1）在靠近泵的管段上設置支吊架或彈簧支吊架；

（2）對大型機泵的高溫進出口管道，為減輕泵嘴受力而設置的支架，應盡量使約束點和泵嘴之間的相對熱伸縮量最小；

（3）泵出口嘴垂直向上時，在距泵最近拐彎處，于泵基礎以外的位置設置支架，也可在泵嘴正上方的拐彎處設吊架；

（4）泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上設置可調支架，也可采用吊架或彈簧吊架，泵進口管線之間均應設置為可調支架；

（5）為防止往復泵管道的脈動，應縮短管道支架之間的距離，盡量采用管卡型支架，不宜采用吊架；

（6）泵的管道為常溫時，應在泵嘴最近處設固定支架或導向架；

（7）泵附屬小管道盡量成組布置，以便安裝支架；

（8）未經泵制造廠許可，不得在泵底座上安裝支架。

4、結論

綜上所述，支吊架的設置及安裝在管道設計中的作用很重要，是利用各種類型的支架將復雜的管系安全可靠的加以固定，有些高溫和大直徑管道還需配合應力分析進行管道受力變形的計算校核和支吊架的設置，來調整改善管系的應力分布狀態(tài)，保證管系的安全運行。從某種意義上，管道的規(guī)劃設計過程實際上管道支吊架的設計過程。進行合適的支架布置及選用，是我們日常設計工作中特別需要注意學習的。

參考文獻

[1]張德姜，王懷義，劉紹葉主編.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M] （第四版）.北京：中國石化出版社，2009

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[3]張利，李巖，魏濤.石化管道應力分析及支吊架設計綜述[J].化工設計通訊，2009，35（1），36-39