關于小管徑管道假管支架設置問題的探討

劉 薇, 滿文聰, 尹君東,劉宏超

(中國石油工程建設公司華東設計分公司, 山東 青島 266071)

關于小管徑管道假管支架設置問題的探討

劉 薇, 滿文聰, 尹君東,劉宏超

(中國石油工程建設公司華東設計分公司, 山東 青島 266071)

針對石油化工裝置管道設計經常遇到的小管徑管道假管支架設置的問題，結合管道應力分析軟件CAESARII，對此類管道的應力計算進行分析和總結，對管道設計中假管支架的思考及設置具有一定的指導意義。

小管徑；假管支架；管道設計；CAESARII

在石油化工管道設計中，支吊架不僅僅起著支撐管道的作用,還需要承受來自各方面的力和力矩,可以說,要使管道的靜力要求和動力要求局得到滿足,必須設置合理的支吊架[1]。在設計中,許多管道的敷設,是受支吊架生根條件控制的,缺此條件,合理的管道的敷設方案就無法有效實現。管道支吊架的生根條件除了在地面以外,一般需要生根在建、構筑物的立柱、橫梁等承重構件上，而小管徑管道由于跨距的限制，常常需要設置假管支架。本文將從小管徑管道假管支架設置的角度切入，深入討論石油化工管道設計中，小管徑管道假管支架設置中應該注意的問題。

1 存在的問題

圖1 引入應力增大系數之前

在煉油裝置設計過程中，小管徑管道設置假管支架時，假管支架最大長度不宜超過2米。以某裝置中管橋上一條DN100的工藝管線為例：介質為輕汽油，操作溫度40℃，操作壓力0.60MPa，設計溫度80℃，設計壓力 1.57MPa。經過CAESARII管道應力分析軟件計算得知，在DN100的管道彎頭處需設置一個長2米的假管支架，而一次應力超標。在引入應力增大系數(SIF)之前，彎頭處的一次應力水平是65%，如圖1，而引入應力增大系數(SIF)之后，一次應力水平為120%。如圖2。

圖2 引入應力增大系數之后

2 分析處理

2.1 問題分析

經過分析，這種問題的出現主要是由于增加假管支架以后，焊縫處的應力增大系數較大引起的，在假管較長的情況下這種情況尤為突出。在管道應力分析過程中，為了計算的準確和嚴謹，引入應力增大系數非常重要，所謂應力增大系數[2]是為了考察管道結構形狀發生急速變化時，彎頭處出現扁平化，使抗彎剛度有所減小，對于斜接彎管或支管連接，位移應力范圍增加的主要原因是由于幾何不連續產生的應力集中。這種情況下，會導致材料的抗疲勞能力有所削弱，因此引入應力增大系數，來考慮這種效應的影響。

應力增大系數不同于應力集中的概念，以往在一些文獻將其混為一談是不正確的。應力集中指的是，當管道幾何形狀發生突變時，在外力作用下管道中的局部應力急劇增大的現象。而應力集中系數(SCF)指的是，以同一彎矩值作用在管件和直管后所產生的最大應力值之比。而應力增大系數是指，在疲勞破壞循環次數相同的情況下，作用于直管的彎曲應力與作用于管件的名義彎曲應力之比。應力增大系數是由疲勞試驗得出來的，與材料的疲勞破壞有直接的關系，一般認為應力增大系數是應力集中系數的一半。由于將彎矩作用于管件的平面內和平面外所產生的結果有所不同，所以應力增大系數分為平面內和平面外兩種情況。

2.2 問題處理

對于這一類小管徑的管道，在設計過程中要針對其典型特點來解決問題。要掌握幾條原則，首先是假管支盡量避免。對于小管徑管道共有的跨距問題，可以考慮增設其他支架，設置土建等結構來解決。比如管橋上的管道可以考慮將小管道成組排列捆綁布置或布置在大管徑管道的旁邊，根據實際情況，適當考慮臨管支架。其次是若假管支無法避免，則設置時盡量短[3]。對于特殊情況，無法增設支架，且臨管支撐也無法做的情況，就要盡量縮短假管支架的長度，以減小彎頭處的一次應力水平，表1列出了上述DN100的管道，在假管長度不同的情況下，彎頭一次應力的數值表現。

表1 不同假管長度對一次應力的影響

3 總結

在管道設計過程中，很多DN50以下的管道是不需要進行詳細的應力計算的，但并不代表這類管道不存在問題。對于小管徑管道跨距不夠、加假管支這個普遍性的問題應當引起足夠的重視，防止管道一次應力失效，產生不可限制的塑形流動，最終導致工藝管道被破壞。

[1] 張德姜，趙 勇. 石油化工管道設計與安裝[M].2版 北京:中國石化出版社，2007.

[2] 唐永進. 壓力管道應力分析[M].北京：中國石化出版社，2009.

[3] 丘 平.管道支吊架設計若干問題淺議[J].石油化工設計，2010, 27(4):44-46.

(本文文獻格式：劉 薇, 滿文聰, 尹君東,等.關于小管徑管道假管支架設置問題的探討[J].山東化工，2017，46(06)：121，123.)

The Discussion for the Setting of Small Diameter Pipeline False Pipe Support

LiuWei,ManWencong,YinJundong,LiuHongchao

(Piping Design, China Petroleum Engineering Construction Corporation EastChina Design Branch,Branch,QingDao 266071 China)

The paper mainly discusses the setting of small diameter pipeline false pipe supports in petrochemical units piping design, and Combine with pipe stress analysis software CAESARII to analysis and summary the key points of the pipe support setting , it has a certain guiding significance in the pipeline design.

small diameter pipe;false pipe support;pipeline design;CAESARII software

2017-02-08

劉 薇(1984—)，女,山東青島人，中國石油工程建設公司華東設計分公司工程師，獲碩士學位，主要從事石油化工管道設計。

TQ055.8+1

A

1008-021X(2017)06-0121-01