可調拉桿支架在石油儲運設施中的應用研究

朱武，劉焰明，程久歡，張林，萬人杰

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

1 管線支架的功能及分類

在固定平臺以及浮式生產儲油設施中，管道支架是管道系統的重要組成部分，它包括用以承受管道載荷，限制管道位移，控制管道振動，并將荷載傳遞至承載結構上的各類組件或裝置。管道支架的種類就其結構而言型式眾多，但僅考慮其功能和用途時，可分為以下幾類，見表1。

表1 管道支架的分類

2 拉桿支架的基本組成

拉桿支架的基本組成如圖1 所示。

圖1 拉桿支架示意圖

其中拉桿支架各構件選用材質如下：（1）拉桿（可伸縮），材質一般選用碳鋼鍍鋅；（2）管卡（包括螺栓等緊固件），管卡一般選用鍍鋅碳鋼、合金或不銹鋼；螺栓螺母選用A193 B7/A194 Gr.2H；（3）軸承，材質一般選用鍍鋅碳鋼；（4）軸承座（包括樞軸銷），材質一般選用鍍鋅碳鋼；（5）鎖緊螺母，材質一般選用鍍鋅碳鋼。

3 拉桿支架的設計及選型

3.1 拉桿支架的設計特點

在選用管道支架時，應按照支承點所承受的載荷大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、是否保溫或保冷、管道的材質等條件合理選型。而受限于安裝與作業空間，以及管線復雜的運行工況、外部載荷以及附加位移的影響，往往存在支架無法安裝，安裝后出現“懸空”及“脫離”等現象而不起作用。拉桿支架恰能有效地彌補該方面的設計盲區。

3.2 拉桿支架設計計算

以某大型FPSO（浮式生產儲油裝置）項目中泵出口海水管線上拉桿支架設計為例。

（1）管線主要工藝參數（表2）。管線進行應力分析時需要管線流體介質，流體密度，設計溫度，設計壓力，操作溫度及試驗壓力等數據，拉桿支架設計前，需綜合考慮以上數據。

（2）管線三維圖紙及模型。在選用支架時，需根據管線布置、支承點所承受的載荷大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、是否保溫或保冷、管道的材質等條件綜合考慮支架的選型及布置情況（圖2、圖3）。

表2 管線工藝參數

圖2 管線14”-SW-B14-070 三維圖紙

圖3 管線三維設計模型

（3） 管 線 應 力 分 析。 經 查 詢 泵 相 關 資 料， 泵P-5124002D 出口節點Node 3920 參數見表3。

表3 泵出口節點參數

根據管線布置，距離泵出口正東方向1300mm 處設置固定支架，見節點Node 18980。結合介質工藝參數及泵出口節點參數，經過應力分析得出節點Node 28320 處受力情況為X方向（東西方向）最大載荷20455N(=4598LBS)，詳見圖4。

圖4 節點Node 28320 處受力情況

3.3 拉桿支架的選型

考慮該處管線復雜的運行工況、外部載荷以及附加位移的影響，該處可考慮設置一個拉桿支架。通過查詢國內外拉桿支架廠家圖冊，選擇Anvil FIG211 型支架，見圖5。

圖5 Anvil FIG211 型支架

根據3.2（3）章節中應力分析結果，該處X 方向（東西方向）最大載荷20455N(=4598LBS)，結合廠家圖冊，選擇Size1(最大載荷8000LBS),OPTION2 型支架滿足設計要求，詳見圖6。

拉桿支架在某大型FPSO 項目中使用案例及現場實例（見圖7、圖8）。

4 拉桿支架的應用現狀及前景

圖6 設計選型的支架詳圖

圖7 某項目中現場實例

圖8

拉桿支架主要用于如熱位移較大管線、敏感設備（泵或壓縮機等）附近、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、需進行熱應力計算的管系等工況。拉桿支架的優點是安裝方便、效率高，現場可進行調節，可減少現場焊接及檢驗工作量，節約設計工時及施工周期，保障應力分析計算結果與現場施工的一致性。目前，國內項目中拉桿支架的應用較少,部分國外項目中對拉桿支架進行了相應的應用，但并沒有形成完整的設計推薦做法。本文主要介紹了拉桿支架的基本組成、設計計算及選型流程，可為后續項目拉桿支架的設計和選型提供參考和指導。