石油化工管道支吊架适用性分析与应用

温慧

摘 要：在整个石油化工装置中的投资中，管道支吊架对于管道系统的安全运行起着至关重要的作用。管道支吊架的设计和管系的应力状态有着紧密的联系，直接影响管系的安全运行。因此，正确设置及选用管道支吊架，对于改善管系振动、适应管系变形等有着重要的作用。

关键词：长输管道设计；安装；管道支吊架；

在长输管道设计与安装中，既要满足工艺过程的要求，还要考虑设备、机泵、管道及其组成件的受力情况，保证装置的安全运转。管道支吊架是管道设计中的重要组成部分，所有管道敷设都必须借助各种不同形式、不同性能的支吊架来完成。本文介绍了在石油化工装置的管道设计中，管道支吊架的分类及用途和管道支吊架的设计应遵循的设置方法及选用原则，并说明在石油化工管道设计中管道支吊架的重要性及意义。

1 石油化工管道支吊架的分类及用途

管道支吊架按其用途可分为承重管架、限制性管架和减振管架三大类。对这三类管架的用途作如下简单的介绍。承重管架：承受管道荷载（包括管道自身荷载、隔热或隔声机构荷载和介质荷载等）；限制性管架：用于限制、控制和约束管道在任一方向的变形；减振管架：用于限制或缓和往复式机泵进出口管道和由地震、风压、水击、安全阀排出反力等引起的管道振动。

1.1 承重管架详细分类及用途

承重管架按其用途可分为：刚性架、可调刚性架、可变弹簧架、恒力弹簧架。对这四类管架的用途作如下简单的介绍。刚性架：用于无垂直位移的场合；可调刚性架：用于无垂直位移，但要求安装误差严格的场合；可变弹簧架：用于有少量垂直位移的场合；恒力弹簧架：用于垂直位移较大或要求支吊点的荷载变化不能太大的场合。

1.2 限制性管架详细分类及用途

限制性管架按其用途可分为：固定架、限位架、轴向限位架、导向架。对这四类管架的用途作如下简单的介绍。固定架：用于固定点处不允许有线位移和角位移的场合；限位架：用于限制管道任一方向线位移的场合；轴向限位架：用于限位点处需要限制管道轴向位移的场合；导向架：用于允许有管道轴向位移，但不允许有横向位移的场合。

1.3 减振管架详细分类及用途

减振管架按其用途可分为：一般减振架、弹簧减振器、油压减振器。对这三类管架的用途作如下简单的介绍。一般减振架：用于需要减振的场合；弹簧减振器：用于需要弹簧减振的场合；油压减振器：用于需要油压减振的场合。

2 石油化工管道支吊架的设置

2.1 管道允许跨度的确定

一个管系通常包括各种形式和不同荷载条件的管段，由于其承受重量荷载的能力各不相同，应根据情况按照管道的基本跨距及管段的形状，确定不同管段的最大允许跨度。

2.1.1 连续敷设的管道允许跨距

连续敷设的管道允许跨距L 应按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度条件计算，按强度条件校核，取两者中的小值。按刚度条件计算管道允许跨距

装置内计算公式： （1）

装置外计算公式： （2）

式中：L1-装置内管道由刚度条件决定的跨距，m；L 1'-装置外管道由刚度条件决定的跨距，m；Et-管道材料在设计温度下的弹性模量，MPa；I-管道扣除腐蚀欲量及负偏差后的截面惯性矩，mm4；q-每米管道的重量，N/m。按强度条件计算管道允许跨距

不考虑内压计算公式： （3）

考虑内压计算公式： （4）

式中：L1-不考虑内压由强度条件决定的跨距，m；L2' -考虑内压有强度条件决定的跨距，m；[σ]t -管道材料在设计温度下的许用应力，MPa；W-管子扣除腐蚀欲量及负偏差后的抗弯截面模量，mm3。I 和W 分别按以下两式计算：

（5）

（6）

式中：D0-管道内径，mm；Di—管道外径，mm。

2.1.2 非连续敷设的管道允许跨距

水平管道的弯管部分，其两支架间的管道展开长度，应为水平直管跨距的0.6～0.7 倍；水平管道末端直管的允许跨距，应为水平直管跨距的0.7～0.8 倍。

2.2 管道允许导向间距的确定

当对管道需要考虑约束由风载、地震、温度变形等引起的横向位移，或要避免不平衡内压、热胀推力及支撑点摩擦力造成管段轴向失穩时，应设置必要的导向架，并限制最大导向间距。

2.3 管道支吊架的设置要点

（1）首先要满足管道最大允许跨度的要求；设置导向架时，也应同时满足最大导向间距的要求 。（2）在有集中荷载时，管道支吊架要布置在靠近荷载的地方，以减少偏心荷载和弯曲应力。（3）在敏感设备（泵、压缩机等）附近，应设置支架，以防管道荷载作用于设备管嘴。（4）往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道，宜单独设置支架，（支架生根于地面上的管墩、管架上）并与建筑物隔离，以避免将振动传递到建筑物上。（5）承重支架应安装在靠近设备管嘴处，以减少管嘴受力。如果管道重量过重，一个承重支架承重有困难时，可增设一个弹簧承重支架。（6）除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支吊架的生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载。生根点的面积和形状应满足生根构件的要求。必要时应减小跨距以降低生根点的荷载。（7）对于复杂的管系，尤其需要作较精确的热应力计算的管系，宜按下面步骤设置管架：第一步将复杂管系用固定支架或导向支架划分为几个较为简单的管段，如L 形管段、U 形管段、Z形管段等；第二步在集中荷载点附近配置支架；第三步按规定的最大允许跨距设置其余管架；第四步进行热应力计算，根据核算结果调整支吊架的位置。（8）管道固定支架的设置：穿越界区的管道在跨界区分界线段1 m 处应设置固定架；调节阀组应设两个支架，一般第一个支架（按介质流入方向）应为固定架；确定管道固定点位置时，使其有利于两固定点间管段的自然补偿；选用π 形补偿器时，宜将其设置在两固定点的中部，π 形补偿器距固定支架的距离不宜小于两固定支架间距的1/3；固定点应设置在需要承受管道振动、冲击荷载或需要限制管道多方向位移的地方；作用于管道中固定点的荷载，应考虑其两侧各滑动支架的摩擦反力。固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方；进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道，宜在装置分界处设固定点。

3 石油化工管道支吊架的选用

（1）按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温度、是否保温或保冷、管道的材质和安装空间等条件选用合适的支吊架。（2）设计管道支吊架时，应尽可能选用标准支吊架。（3）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省钢材，且制作简单，施工方便。因此，除下列情况外，应尽量采用焊接型的管托和管吊：管内介质温度大于或等于400 ℃的碳素钢材质的管道；低温管道；合金钢材质的管道；生产中需要经常拆卸检修的管道；架空布置且不易施工焊接的管道。（4）当架空布置的管道热膨胀量超过100 mm 时，应选用加长管托，以免管托滑落。（5）支架生根焊在钢制设备上时，所用垫板应按设备外型成型。当钢管设备壁厚大于38 mm 时，应取得设备专业的同意。当生根在合金设备上时，垫板材料应与设备材料相同，并应取得设备专业的同意。（6）对于荷载较大的支架位置要事先与有关专业设计人联系，并提出支架位置、标高和荷载情况。

参考文献：

[1] 范德新， 毕传福. 浅谈石油化工管道支吊架的选用及设置[J]. 价值工程， 2011， 30（6）：6-6.