浅谈管道支吊架的分类和应用

2023-02-16

管道支吊架是管道系统中的组成组件之一, 也是配管技术的重要组成部分。目前石化装置随着技术的进步, 逐步向大型化、长周期安全运行方向发展, 这对管道支吊架的设计、制造、安装等方面都提出了更高的要求。

1 管道支吊架的分类

每个管道支吊架一般都是由承载体、结构连接件和支承组件三大部分组成。管道支吊架的功能主要可以概括为:承受管道荷载、限制管道位移和控制管道振动[1]三个方面。其中以承受管道荷载为管道支吊架最基本、最普遍的功能[2]。尽管管道支吊架的型式多种多样, 究其实质只是刚度及其作用方向的不同, 由此也可将其分为刚性支吊架和柔性支吊架两大类。

1.1 刚性支吊架

刚性支吊架具有结构简单、可靠性高、价格低廉等优点, 是在配管设计中应优先考虑使用的管道支吊装置。

1.1.1 固定支架

固定支架是最能体现刚性支吊架功能特点的管道支架。用于限制管道在支承处任何方向上的线位移和角位移。选用时应考虑对承载体的要求或影响。

1.1.2 承重支架

承重支架具有占用空间小、允许较大水平位移等优点, 最为常用。在管道荷载较大处或敏感设备进出口处使用时要考虑摩擦力对管道及设备的影响。

1.1.3 导向支架

导向支架是引导管道沿预定方向位移, 而限制其它方向位移。

1.1.4 止推支架

止推支架仅能限制管道在某一方向上的线性位移, 一般用于防止管系严重变形或管道对设备产生过大的力和力矩。

1.2 柔性支吊架

柔性支吊架刚度较小, 允许有较大位移。柔性支吊架的共同特点是其构成中都包含有弹性功能组件。

1.2.1 可变弹簧支吊架

可变弹簧支吊架是指支架的承载力随支吊点的位移及位移方向而变化。一般规定在允许荷载变化率≤25%时可以选用可变弹簧支吊架。建议选用时, 对于简单管系, 采用“吊零”原则, 即管道在支吊处因自重引起的垂直位移为零。对于复杂管系应根据详细柔性分析结果来确定。这时可不受“吊零”原则的限制。

1.2.2 恒力弹簧支吊架

恒力弹簧支吊架是恒力支吊装置中最常用的一种。按其结构可分为:三连杆式、四连杆式、双杠板式等几种。其基本工作原理是将压缩弹簧产生的线性变化的弹簧力通过某种杠杆机构转换输出为相对恒定的反力。

2 管道支吊架的设置原则和设计程序

在实际应用中, 只有做到合理设置、正确选型, 才能充分发挥支吊架的功能, 保证管道及设备安全可靠地运行。

2.1 管道支吊架的设置原则

通常可根据以下原则:

2.1.1 考虑管径、重量较大的阀门及管件位置;

2.1.2 应满足管道许用跨距的要求;

2.1.3 应尽量避免在管道应力集中处设置, 如焊缝、管件等处;

2.1.4 应尽量减少设备管嘴的受力;

2.1.5对输送介质温度≥4000C的碳钢管道、不易进行焊接操作的管道、需经常拆卸的管道、合金钢管道应优选卡箍式管托、管吊;2.1.6

2.1.6 对管道某一 (或多个) 方向的位移需要限制或引导时, 应选用限位支吊架;

2.1.7 对可能产生振动的管道, 应采用专门的减振止振措施;

2.1.8 当需要详细分析时, 应首先对所属管系进行详细应力计算, 并以其计算结果作为支承组件的设计依据。

2.2 管道支吊架的设计程序

尽管很多支吊架并不需要经过详细的设计就可以确定, 但实际上这正是管道支吊架的标准化、通用化以及大量工程经验积累的结果。因此, 对设计人员来讲, 了解一个支吊架的完整设计程序是必要的。一个支吊架的完整设计程序大致可分为以下几个步骤:

2.2.1 收集设计所需资料[3]

2.2.1.1规范规定:适用的管道 (包括支吊架) 设计规范;项目设计统一规定;材料选用规定;支吊架设计专业规定 (包括支吊架通用图) 及标准产品样本等。2.2.1.2

2.2.1.2图纸资料:管线或管架平面图和必要的纵断面图、配管及其它有关专业设计或规划图;2.2.1.3

管道荷载 (包括管道荷载、介质重、其他集中荷载、固定支架的水平推力、端点位移等) 。

2.2.2 初定支吊架位置

按前面所述支吊架设置原则, 对照管道规划图及其它有关专业图纸, 初步选定支吊架位置, 并在管段图上标出初步选定支吊架位置和预测的作用方向。

2.2.3 应力分析 (非必须)

如需要, 绘制管段图及收集其它管道设计条件进行管道应力分析, 按管道应力分析结果调整管道走向并确定支吊架的最终位置、型式、荷载和作用方向。

2.2.4 支吊架详细设计

根据使用过程中各种可能出现的工况下确定支吊架设计的最苛刻承载条件, 选定所要设置的支吊架的结构型式, 确定支吊架最终结构尺寸。

3 结语

在整个石化装置的投资中, 虽然管道支吊架的投资比重并不大, 但其对于整个装置的安全运行起着至关重要的作用, 如果支吊架选型不合理, 可导致管道脱空、限制管道正常热位移、增大设备管嘴受力等问题, 严重时可能产生管道撕裂、设备管嘴损坏等严重事故。因此应根据设计条件, 按照管道支吊架的设置原则和设计程序认真规划、详细设计。

摘要：本文简要的介绍了管道支吊架的分类, 列举了一些常用的支吊架形式及其特性。根据石化行业的设计规范和标准, 结合自身工作中遇到的问题和累计的经验, 总结出几个管道支吊架设计中应遵循的设置原则及设计程序。

关键词：管道支吊架,分类,设置原则,设计程序