石油化工管架設計有感

胡春紅

(濟寧市化工設計院有限責任公司，山東 濟寧 272000)

管架的設計對剛進入化工設計的人員來說通常很模糊，相對其他來說是個難點，但是只要多看規范，多去企業學習，掌握管架的基本類型和管架設計的基本原則，理論和實踐相結合，你會發現管架設計并不難。

1 管架分類

1.1 管架本體分類

1.1.1 結構部分

支架、吊架，如圖1。

設計原則：怎么方便怎么做，既能支又能吊的，選用吊架，不擋道。但須考慮相應的預焊件、土建預埋件條件及點載荷條件。

1.1.2 功能部分

管托、導向架，如圖1。

管托：用于保溫保冷管。

導向架：用于長度達到須設置導向架的管道，防止其擺動。

軸向限位架：非應力管極少用。

圖1 管架本體分類示意圖

1.2 按功能分管架類型

1.2.1 承受管道荷載

1.2.1.1 恒力彈簧支吊架

管道在支撐點有垂直位移且荷載變化率不大于6%時，應選用恒力彈簧支吊架。當管道支吊點處垂直方向位移較大或有特殊要求的地方，宜選用恒力彈簧支吊架，恒力彈簧支吊架可并聯安裝。選用恒力彈簧支吊架時，其公稱位移量應比計算位移量大20%，且應力大于20 mm。計算位移量應考慮有雨水平位移引起的吊桿長度的增加。

1.2.1.2 可變彈簧支吊架

管道在支撐點有垂直位移且荷載變化率大于6%時，應選用可變彈簧支吊架。當管道荷載超過一個可變彈簧支吊架的最大允許荷載時，可選用兩個或兩個以上相同型號的可變彈簧并聯安裝。每個彈簧承受的荷載，應按并聯彈簧數平均分配。可變彈簧支吊架的設計應考慮限制彈簧偏移、翹曲、偏心受載或過應力的設施。

1.2.1.3 剛性支吊架

用于管道無垂直位移或垂直位移很小且允許約束的部位。

1.2.1.4 滑動支架

1.2.1.5 滾動支吊架

1.2.2 限制管道位移

1.2.2.1 導向支架

當管道在支承點處有軸向位移且需限制橫向位移時，應選用導向支架。對于柔性較大、直管段較長的管道，應設置導向支架。設置導向支架時，應不影響管道的自然補償。

1)垂直管段的導向間距見表1。

表1 立管支架間的最大間距

2)水平管段導向支架(常見型式見圖2、圖3)間距見表2。

表2 水平管段導向支架間的最大間距

圖2 水平管段導向支架間距

圖3 水平管段導向支架間距(帶∩形補償器)

1.2.2.2 限位支架

對管道位移有限制時，應選用限位支架。

1.2.2.3 固定支架

當管道在支撐點處不得有任何位移時，應選用固定支架。介質溫度等于或大于100℃或需用蒸汽吹掃的進出裝置管道，應在裝置邊界的鄰近管架上固定，固定點的位置，應與裝置外的管道布置綜合考慮。補償器應設在兩固定支架(限位支架，下同)之間。∏型補償器距固定支架的距離，不宜小于兩支架間距的1/3。有熱伸長管道的調節閥組，一端宜設固定支架。設在管系中部的固定支架承受的水平力為較大一側水平力減去較小一側水平力的80%。

1.2.3 控制管道振動

減振裝置和阻尼裝置。

綜上，支吊架的結構件應具有足夠的強度和剛度，并應盡量簡單。除選用的標準支吊架零部件外，支吊架結構和連接應進行強度或剛度計算。支吊架的間距，應小于或等于管道的允許跨距。當有閥門等集中荷載時，支吊架宜設置在靠近集中荷載處。支吊架宜設置在直管段上，不宜設置在局部應力較高的部位。水平敷設在支架上的隔熱層的管道，應設置管托。垂直敷設的有隔熱層的管道，在支架處應設置能保護隔熱層的筋板或支耳等結構。輸送介質溫度等于或高于400℃的碳鋼管道和合金鋼、不銹鋼管道以及需要進行焊后熱處理的管道應優先選用卡箍式管托、管吊或選用帶同類材質墊板的支吊架。架設在高空不易焊接的管道、經常拆卸的管道和襯里管道，宜選用卡箍式管托、管吊。保冷管道，應選用保冷管托、管吊。當吊架有水平位移時，拉桿兩端應為鉸接，拉桿應具有足夠長度。

2 確定管道支吊架位置的要點

(1)首先要滿足管道最大允許跨度的要求。

(2)在有集中荷載時，支架位置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)在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的管嘴處，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的熱應力計算的管系，宜按下面步驟設置管架：

1)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系；

2)在集中荷載點附近配置支架；

3)按規定的最大允許跨距設置其余支吊架的位置。

3 管架編號方法

3.1 管架類別

如圖4所示。

圖4 管架類別示意圖

A類-標準件；B類-剛性支吊架；C類-彈簧支架；D類-懸臂、三角架；E類-導向架；F類-支腿；G類-托架；J類-管托；K類—軸向限位架。

3.2 常用的各類管架用途介紹

3.2.1 A類

A1、A2用于DN≤3”的管道，如公用工程站的管道可選用∠50的角鋼加A1b。A9用于DN≤3”的穿平臺的管道。

3.2.2 B類

B2、B7吊桿承重架用于單根小管L≥1000mm的管道。B12、B13視土建結構不同普遍使用，單根小管、多跟并排管均可使用。B10、B11、B15常用于單根小管(DN≤3”)，保溫管、不保溫管均可使用，高度不宜過大。通常高度L≥1000 mm的宜選用B1、B2。

3.2.3 C類

彈性管架用于管道有垂直位移的支架，如泵出口。

3.2.4 D類

此類支架盡量選用三角架D5、D6。D1、D2懸臂用于小管。D12、D13用于較大立管常與F19或E14、E15、E16組合使用。如高塔管道的承重架或導向架。D17可 用于支撐類似公用工程站等一排豎直小管。

3.2.5 E類

可根據管徑及管架結構部分的情況選用。E26可用于泵入口管，如圖5。

圖5 管架E26應用示意圖

3.2.6 F類

主要用于離地面、平臺較近的管道。F1、F12用于碳鋼，F2、F13用于不銹鋼、鉻鉬鋼等合金鋼管。F6用于保冷管。F19用于穿平臺的大管承重，如果管道在平臺邊可用F19+D2(2個)如圖6。

圖6 管架F19+D2應用示意圖

F22～F27用于各種彎頭支架，要求DN/2≤DN1≤DN，見圖7。

圖7 管架F22～F27應用示意圖

F1～F6要求DN/2≤DN1≤DN，A≤1000mm，如果過大則可加一個G7、G8，見圖8。

圖8 管徑過大加G7、G8應用示意圖

3.2.7 G類

G1～G4用于單根管道，被情況選用。G8用于一排多跟距地面或平臺較近的管道。

3.2.8 J類

可直接焊接到管道上的管托J1、J2、J5、J6，由于現在做的工程較大，鋼結構較大優選J2、J6(L=450 mm)，J2、J6根據管徑選用。不適合直接焊C.S管托的管道選J3、J4、J7、J8，同理優選J4、J8(L=450 mm)L=450 mm指管托長度。

3.2.9 K類

軸向限位，一般多用于管廊。另外，一般情況下不選用支墩，管架直接置于地面上，如需要支墩，提條件給土建做。

4 管道最大跨距

(1)碳鋼及厚壁不銹鋼管道最大跨矩見表3。

表3 碳鋼及厚壁不銹鋼管道最大跨矩

(2)管道壁厚 10S的不銹鋼管道最大跨矩見表4。

表4 管道壁厚 10S的不銹鋼管道最大跨矩

(3)垂直管道最大跨距見表5。

表5 垂直管道最大跨距

5 結束語

從事化工設計的人知道，每一個項目都與管架不可分割，管架是管道的支撐，要想讓整個廠區的管道井然有序，必須做好管架的設計。同時，管架的設計還牽系著整個工程的安全，只要把管架設計好了，才能保障整個廠區的安全生產。

參考文獻

[1]張德姜.全國壓力管道設計審批教材人員培訓教材[M].3版.北京:中國石化出版社,2015.

[2]中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊[M].3版.北京:化學工業出版社,2003.