成品支吊架在極寒地區LNG項目中的設計及應用

許 可

海洋石油工程股份有限公司設計公司

成品支吊架在極寒地區LNG項目中的設計及應用

許 可

海洋石油工程股份有限公司設計公司

本文對極寒地區LNG項目中成品支吊架的使用原因、適用性、耐低溫、強度計算、設計流程進行說明，同時將成品支吊架及傳統焊接支吊架的經濟性對比進行了比較，為后續國內類似環境下類似項目提供了參考。

極寒地區；成品支吊架；支架強度；成本對比

1 概述

本文涉及項目位于北極極寒地區，嚴酷的低溫環境（-50℃），國內支架安裝沒有類似低溫環境使用的先例。同時，由于項目工期緊張，為節省人力和工期，考慮使用成品支吊架方案應運而生。

就整個電氣安裝施工方案而言，支吊架承擔著不可替代的作用，是電氣連接實現的橋梁，支吊架方式的不同決定了其承載能力、施工質量及施工進度的差異，而安裝方法的不同也使安裝工程呈現出多樣性和靈活性。

在建的絕大部分LNG項目中，基本使用傳統支吊架。傳統支吊架是用角鋼、槽鋼等焊接制作成型，然后將其與鋼結構焊接固定，形成支撐系統，這種方式取材方便，材料成本低。

隨著科技的進步和發展，鋼結構項目建造標準要求逐漸提高、人工成本增加、清潔施工、項目快速推進等因素影響，成品支吊架隨之應運而生并體現出出巨大的優勢和市場前景。

2 成品支吊架的優勢

成品支吊架一般為用外形為U型、內含鎖緊鋸齒的冷彎高強槽鋼及其多種連接件快速組裝的支架，材質分為不銹鋼、熱浸鋅和電鍍鋅，均為批量生產，產品均為標準件。主要優點有：

(1)支架選型采用專業計算軟件，避免傳統支吊架選型時的盲目及全憑經驗的老辦法。由于所有配件基本均為標準件，承載力、強度等參數基本根據材料已經定型，計算速度快，結果可靠。

(2)所有連接件與槽鋼可實現拼裝構件的剛性配合，精確定位，可方便的進行拆改和調整，后續更換，維護非常方便。

(3)各專業良好的兼容性，節省空間。充分利用空間，共架設計，可使各專業得以良好的協調

(4)施工效率高，是傳統焊接支架安裝效率的6倍，在符合管理規范的前提下，各專業和工種可以交叉作業，大大提高工效，縮短支吊架的安裝工期。

(5)清潔施工，現場無需焊接和鉆孔，最大程度降低現場動火焊接作業，提高了安全性。

(6)外形美觀，整齊。

3 耐低溫及強度驗證

本項目使用的成品支吊架是國際知名品牌，根據實驗數據，316L不銹鋼即支吊架本體可耐受-50℃低溫，對于射釘、斷口密封膠等均通過了低溫實驗，并取得低溫實驗證書。

對于支架強度除根據SNiP_2.01.07考慮靜態電纜自重、托架自重、支架自重、維修載荷（100kg）、雪載（本項目為2.8 kN/m2）、風載（X向0.1 kN/m，y向0.08 kN/m）、冰載（0.05kN/m2）等載荷外，也考慮了從國內至北極的海運動態工況（船體加速度）。

因為本項目采用快速射釘作為固定點，射釘的特點是上下震動及抗拉性非常好，但是側向剪切力受力情況相比較傳統焊接式支架不理想。因此，海運工況不僅考慮船體加速度，還要對模塊層高，支架朝向、形式進行不同的計算以考慮加強方案。

加強方案主要有額外斜撐固定及間斷性使用焊接支架。

4 設計流程

(1)根據項目實際需求，設計托架路徑，出版相應布置圖。

(2)結合托架路徑設計，進行電纜選型，布線設計，出版布線圖及電纜載荷計算。

(3)根據托架附近結構特征，初步托架和電纜載荷設計支架形式。

(4)路徑完善后，根據電纜自重、托架自重、支架自重、維修載荷、雪載、風載（X向、冰載，復核支架載荷，確定支架形式，包括懸臂、橫擔長度及材質。

(5)根據結構特點考慮是否有對尤其是防腐油漆或防火漆影響，確定支架固定形式，如射釘、梁夾或提前焊接連接片。

(6)根據支架載荷和支架安裝、固定形式，根據海運過程中的船體各方向加速度，針對不用位置、不同朝向、不同形式的支架做整體校核，對于薄弱處考慮額外斜撐固定及間斷性使用焊接支架方案。

(7)出版計算書及相應圖紙。(8)出具材料使用清單。

5 施工方案注意事項

(1)成品支吊架由于結構形式為拼接式，且為成品件，對于不同形式需要進行強度計算。相比于傳統支架，計算相對繁瑣，但在材料的使用上可以達到最優。

(2)成品支吊架底座與結構有不同的連接方式，一種為焊接式，部分廠家稱之為Grid系統，形式如圖：

(3)底座可提前與結構進行焊接，而且可以根據項目實際情況，鋼結構項目大量提前焊接，并統一進行防腐處理解決人工。

另外一種為射釘/梁夾連接，本項目使用的某廠家火藥射釘，此類連接方式可以完全避免焊接作業，根據需求使用，降低材料成本。但不推薦大面積使用，這是由于目前市面射釘類產品，橫向剪切受力較小，可適用于小范圍，且不存在震動的場合，如果需要大面積使用，最好與焊接式支架穿插安裝，已保證水平溫度。梁夾使用應視是否影響結構防腐或油漆系統等具體要求進行使用，但不推薦在存在水平震動區域使用。

6 結論

根據本項目使用支架數量，現將傳統支架及成品支吊架材料成本對比，經對比，如按照現有20萬套支架（包括18萬套F形，2萬套門形）來統計，采用傳統支吊架的綜合經濟成本約為1.62億元，采用成品支吊架的綜合經濟成本約為1.79億元，相差約為1700萬元。考慮到傳統支吊架的工序較多，流程復雜，有很多非可控因素以及大量施工輔料的損耗，本人認為最終兩種方式的總體費用會比較接近，但是=成品支吊架安裝施工周期卻大大減少，共計減少40萬人工時。無形中可節省大量的場地資源，如場地占用，吊車占用等資源。

成品支吊架作為新的支架種類，其多項性能優于傳統支吊架系統，在石化、海洋平臺、陸地LNG以及極寒等惡劣環境下可考慮使用。