石油化工管道支吊架適用性分析與應用

溫慧

摘 要：在整個石油化工裝置中的投資中，管道支吊架對于管道系統的安全運行起著至關重要的作用。管道支吊架的設計和管系的應力狀態有著緊密的聯系，直接影響管系的安全運行。因此，正確設置及選用管道支吊架，對于改善管系振動、適應管系變形等有著重要的作用。

關鍵詞：長輸管道設計；安裝；管道支吊架；

在長輸管道設計與安裝中，既要滿足工藝過程的要求，還要考慮設備、機泵、管道及其組成件的受力情況，保證裝置的安全運轉。管道支吊架是管道設計中的重要組成部分，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。本文介紹了在石油化工裝置的管道設計中，管道支吊架的分類及用途和管道支吊架的設計應遵循的設置方法及選用原則，并說明在石油化工管道設計中管道支吊架的重要性及意義。

1 石油化工管道支吊架的分類及用途

管道支吊架按其用途可分為承重管架、限制性管架和減振管架三大類。對這三類管架的用途作如下簡單的介紹。承重管架：承受管道荷載（包括管道自身荷載、隔熱或隔聲機構荷載和介質荷載等）；限制性管架：用于限制、控制和約束管道在任一方向的變形；減振管架：用于限制或緩和往復式機泵進出口管道和由地震、風壓、水擊、安全閥排出反力等引起的管道振動。

1.1 承重管架詳細分類及用途

承重管架按其用途可分為：剛性架、可調剛性架、可變彈簧架、恒力彈簧架。對這四類管架的用途作如下簡單的介紹。剛性架：用于無垂直位移的場合；可調剛性架：用于無垂直位移，但要求安裝誤差嚴格的場合；可變彈簧架：用于有少量垂直位移的場合；恒力彈簧架：用于垂直位移較大或要求支吊點的荷載變化不能太大的場合。

1.2 限制性管架詳細分類及用途

限制性管架按其用途可分為：固定架、限位架、軸向限位架、導向架。對這四類管架的用途作如下簡單的介紹。固定架：用于固定點處不允許有線位移和角位移的場合；限位架：用于限制管道任一方向線位移的場合；軸向限位架：用于限位點處需要限制管道軸向位移的場合；導向架：用于允許有管道軸向位移，但不允許有橫向位移的場合。

1.3 減振管架詳細分類及用途

減振管架按其用途可分為：一般減振架、彈簧減振器、油壓減振器。對這三類管架的用途作如下簡單的介紹。一般減振架：用于需要減振的場合；彈簧減振器：用于需要彈簧減振的場合；油壓減振器：用于需要油壓減振的場合。

2 石油化工管道支吊架的設置

2.1 管道允許跨度的確定

一個管系通常包括各種形式和不同荷載條件的管段，由于其承受重量荷載的能力各不相同，應根據情況按照管道的基本跨距及管段的形狀，確定不同管段的最大允許跨度。

2.1.1 連續敷設的管道允許跨距

連續敷設的管道允許跨距L 應按三跨連續梁承受均布荷載時的剛度條件計算，按強度條件校核，取兩者中的小值。按剛度條件計算管道允許跨距

裝置內計算公式： （1）

裝置外計算公式： （2）

式中：L1-裝置內管道由剛度條件決定的跨距，m；L 1'-裝置外管道由剛度條件決定的跨距，m；Et-管道材料在設計溫度下的彈性模量，MPa；I-管道扣除腐蝕欲量及負偏差后的截面慣性矩，mm4；q-每米管道的重量，N/m。按強度條件計算管道允許跨距

不考慮內壓計算公式： （3）

考慮內壓計算公式： （4）

式中：L1-不考慮內壓由強度條件決定的跨距，m；L2' -考慮內壓有強度條件決定的跨距，m；[σ]t -管道材料在設計溫度下的許用應力，MPa；W-管子扣除腐蝕欲量及負偏差后的抗彎截面模量，mm3。I 和W 分別按以下兩式計算：

（5）

（6）

式中：D0-管道內徑，mm；Di—管道外徑，mm。

2.1.2 非連續敷設的管道允許跨距

水平管道的彎管部分，其兩支架間的管道展開長度，應為水平直管跨距的0.6～0.7 倍；水平管道末端直管的允許跨距，應為水平直管跨距的0.7～0.8 倍。

2.2 管道允許導向間距的確定

當對管道需要考慮約束由風載、地震、溫度變形等引起的橫向位移，或要避免不平衡內壓、熱脹推力及支撐點摩擦力造成管段軸向失穩時，應設置必要的導向架，并限制最大導向間距。

2.3 管道支吊架的設置要點

（1）首先要滿足管道最大允許跨度的要求；設置導向架時，也應同時滿足最大導向間距的要求 。（2）在有集中荷載時，管道支吊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）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。（5）承重支架應安裝在靠近設備管嘴處，以減少管嘴受力。如果管道重量過重，一個承重支架承重有困難時，可增設一個彈簧承重支架。（6）除振動管道外，應盡可能利用建筑物、構筑物的梁柱作為支吊架的生根點，且應考慮生根點所能承受的荷載。生根點的面積和形狀應滿足生根構件的要求。必要時應減小跨距以降低生根點的荷載。（7）對于復雜的管系，尤其需要作較精確的熱應力計算的管系，宜按下面步驟設置管架：第一步將復雜管系用固定支架或導向支架劃分為幾個較為簡單的管段，如L 形管段、U 形管段、Z形管段等；第二步在集中荷載點附近配置支架；第三步按規定的最大允許跨距設置其余管架；第四步進行熱應力計算，根據核算結果調整支吊架的位置。（8）管道固定支架的設置：穿越界區的管道在跨界區分界線段1 m 處應設置固定架；調節閥組應設兩個支架，一般第一個支架（按介質流入方向）應為固定架；確定管道固定點位置時，使其有利于兩固定點間管段的自然補償；選用π 形補償器時，宜將其設置在兩固定點的中部，π 形補償器距固定支架的距離不宜小于兩固定支架間距的1/3；固定點應設置在需要承受管道振動、沖擊荷載或需要限制管道多方向位移的地方；作用于管道中固定點的荷載，應考慮其兩側各滑動支架的摩擦反力。固定點宜靠近需要限制分支管位移的地方；進出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置分界處設固定點。

3 石油化工管道支吊架的選用

（1）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、管道的材質和安裝空間等條件選用合適的支吊架。（2）設計管道支吊架時，應盡可能選用標準支吊架。（3）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省鋼材，且制作簡單，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：管內介質溫度大于或等于400 ℃的碳素鋼材質的管道；低溫管道；合金鋼材質的管道；生產中需要經常拆卸檢修的管道；架空布置且不易施工焊接的管道。（4）當架空布置的管道熱膨脹量超過100 mm 時，應選用加長管托，以免管托滑落。（5）支架生根焊在鋼制設備上時，所用墊板應按設備外型成型。當鋼管設備壁厚大于38 mm 時，應取得設備專業的同意。當生根在合金設備上時，墊板材料應與設備材料相同，并應取得設備專業的同意。（6）對于荷載較大的支架位置要事先與有關專業設計人聯系，并提出支架位置、標高和荷載情況。

參考文獻：

[1] 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， 30（6）：6-6.