一種新型支撐裝置在保溫管道上的應用研究

文／陳曉霞、趙文斌、趙丹峰、王凱 中國核電工程有限公司 北京 100840

引言：

常見的管道支撐裝置有管卡式軸向導向支撐，支管式固定支撐，鋼框架搭建式支撐等，這些支撐對于無保溫的管道支撐可實現良好的效果，但是用于保溫管道上都有某些不足之處。管卡式軸向導向支撐需要將固定管卡的鋼結構與管道同時包進保溫結構中，拆卸檢查時較不方便，而且不同厚度的保溫結構適應性不好；支管式固定支撐功能相對單一，不能滿足非絕對固定型支撐的要求；鋼框架搭建式支撐無法在預制場廠進行大批量的集中加工生產，對于小管徑管道固定時型鋼結框架構較小，焊接相對困難，對現場安裝技術要求較高，同時不利于保溫層的拆卸操作。本文針對現有的支撐組件的技術缺陷，研究設計一種規格多樣化的，易于預制廠規?；a的，便于安裝拆卸且能夠實現力學要求的相關功能的新型管支撐裝置，并能克服支架型鋼長期被保溫層包裹力學性能衰減的困擾。

1、支撐裝置在管道系統中的功能設置

管道運行必須依靠支吊架承受管道的荷載、限制管道位移、控制管道振動才能和支架形成一個整體系統保證管網的穩定運行[1]。管道布置設計時，常用的支吊架功能包括滑動功能、軸向導向功能、固定點、以及和鋼框架結合使用，實現其他特殊功能。

1.1 滑動功能

滑動支撐應用在水平管道上，支撐裝置主要承受管道的向下載荷和水平方向上的極小摩擦力，對管道只有向下的限位作用。

1.2 軸向導向功能

軸向導向支撐應用在水平和豎直管道上，管道水平布置時支撐裝置承受垂直于管道空間兩個方向的荷載，對管道既有左右方向的限位也有豎直方向的限位，管道只有軸線位移。管道豎直布置時，支撐裝置承受垂直于管道水平兩個方向的荷載，管道只有豎直方向的位移。

1.3 固定點

固定支撐可應用在任意方向管道上，此支撐點處管道任何方向沒有位移。承受空間三個軸向的載荷。

1.4 其它功能

根據管道布置力學計算結果，支撐功能還有橫向限位、軸向限位、豎向限位等功能，需要結合鋼框架結構實現不同的功能。

2、新型支撐裝置設計方案

保溫管道的支撐裝置由管卡、防磨墊板、固定板、支撐管構成，如圖1所示。該支撐裝置適應多種管徑和材質，可設計成多種規格，并根據管道材質和應用環境選用不同材質。在安裝現場將各組件安裝完成后成為一個完整的支撐組件，實現上述設計要求的功能。

圖1 支架組件示意圖

2.1 管卡的設計

管卡是主要的受力部件之一，承受管道施加的橫向力和豎向力，部分固定支架還要承受軸向力，管卡的長度可以根據保溫結構的厚度選取。

圓鋼管卡（如圖2）按照管道的尺寸進行預彎，彎曲半徑比管道的外徑略大。對于小尺寸（≤2寸）管道，管卡的直徑可以選取6mm的碳鋼圓棒或者不銹鋼棒彎制而成；對于大尺寸管道（＞2寸）可以逐漸增加管卡的直徑，管卡的端部車出螺紋，螺紋的長度不小于部件3固定板的厚度及高強度螺母的厚度。

圖2 圓鋼管卡示意圖

扁鋼管卡（如圖3）由一定厚度的鋼板機加工而成，按照需要支撐管道的外徑在厚鋼板上切割出需要的形狀，對于導向支撐可以切割成方形孔洞；對于固定支撐需要切割成與需要支撐的管道外形一致的形狀，并對切割面進行弧面處理，處理時以鋼板的厚度為直徑進行加工，使切割面的成品為半球形截面。在鋼板的端部車出內螺紋，通過高強度螺栓與固定板連接固定。

圖3 扁鋼管卡示意圖

2.2 防磨墊板的設計

防磨墊板焊接在管道外壁上用于保護管道，采用與被支撐管道同規格、同材料管道制成，將管道按照需要的長度切割成180°的半管制成防磨墊板，對于薄壁管道或位移較大的管道，防磨墊板與被支撐的管道在預制車間按照設計角度進行焊接和檢驗；對于壁厚較厚的管道或位移較小的管道，防磨墊板可以采用與支撐管焊接的方式安裝。特殊情況下，可以選用方形鋼板作為防磨墊板與支撐管在現場焊接，同時方形防磨墊板與需要支撐的管道之間間隙配合，不做焊接處理。

2.3 固定板的設計

固定板（如圖4）為主要受力部件之一，中心開一個比支撐管外徑略大的圓孔，調整到適當位置后采用透焊的形式將其與支撐管焊接到一起。在兩側對稱的位置開兩個與管卡規格配套的圓孔，圓孔的直徑略大于管卡的外徑。固定板按照統一的形狀設置成不同的規格，根據支撐管的管徑及管卡的外徑規格或者固定用高強度螺栓的外徑進行選型。

圖4 固定板示意圖

2.4 支撐管的設計

支撐管一端作為支架生根點固定在基板或者鋼結構框架上，另一端與防磨墊板接觸，根據不同的支架功能做不同處理。利用支撐管與基板或者鋼結構固定實現對保溫管道的支撐作用。

3、新型支撐裝置現場安裝方法

3.1 管卡的安裝

現場安裝時按照保溫層的厚度選取適當長度的管卡，先將一對螺母擰入圓鋼管卡（如圖2），以實現粗定位的功能，兩個螺母調整到相同位置之后將圓鋼管卡的端部插入固定板預先開好的孔洞中，用螺母和扣緊螺母進行粗固定。

對于扁鋼管卡（如圖3），其端部與固定板通過單頭螺柱進行固定，扁鋼管卡的開孔深度與螺柱長度相匹配。

3.2 支撐管和固定板的安裝

對于圖4所示的固定板為主要受力部件之一，根據現場實際情況選取適當長度的支撐管插入固定板中心的圓孔中進行點焊定位，調整合適后將支撐管與固定板采用全透焊的形式進行焊接，對焊接后的固定板與支撐管做垂直度檢查，保證固定板與支撐管的垂直度。據圖1所示支撐管應小于被支撐的管道規格，以保證有足夠的空間供管卡或者螺栓的安裝，最后將支撐管與可以生根的位置焊接成一個整體。

4、支撐裝置功能的實現

實現滑動支撐功能時，將固定板與支撐管末端焊接，固定板和防磨墊板接觸，固定板和支撐管為受力部件，承受管道向下的載荷，實現支撐管道的作用。

對于圓鋼管卡（如圖2），實現固定支撐功能時，焊接完成后將粗定位的兩個螺母松開，之后擰緊固定螺母和扣緊螺母；實現軸向導向支撐功能時，焊接完成后將粗定位的兩個螺母擰緊，之后繼續擰緊固定螺母和扣緊螺母。

對于扁鋼管卡（如圖3），可以采用在管卡與固定板之間加裝墊圈的形式實現導向功能，對于導向支撐則不需對扁鋼進行特殊處理。對于固定支撐，管卡加工時應采用整塊鋼板切割的形式進行加工成型，將扁鋼與管道接觸的位置進行倒圓角處理，倒角完成后應保證接觸面無明顯的毛刺和裂紋等缺陷。

其他支撐功能的需要結合鋼框架結構和本支撐裝置的部件相結合，采用合理的組成形式實現。

結語：

這種保溫管道的支撐裝置適應多種管徑和材質，設置有多種規格和材料的管卡、防磨墊板、固定板、支撐管。在安裝現場將各組件按照功能需求安裝完成后成為一個完整的支撐組件，實現管道設計中相關功能。