化工管道支吊架选择要点及常见问题分析

GuangzhouChemicalIndustry

Vol郾46No郾19Oct郾2018

化工机械摇摇化工管道支吊架选择要点及常见问题分析

赵广宇1,张摇健2

(1中石化洛阳(广州)工程有限公司,广东摇广州摇510000;2中国石油天然气第一建设有限公司,河南摇洛阳摇471023)

摘摇要:介绍了化工管道支吊架的分类方法及其基本组成等方面的问题,分别讨论了支吊架在管道设计中所起的作用及其

应用场合,并结合管道应力分析结果讨论分析了选择支吊架时应该注意的问题,对合理选择支吊架起到参考的作用。

关键词:支吊架;管道设计;应力分析摇

中图分类号:TQ050郾2

摇文献标志码:A

文章编号:1001-9677(2018)19-0111-03

SelectionofMainPointsandCommonProblemsofChemical

PipelineSupportandHanger

ZHAOGuang-yu1,ZHANGJian2

(1SINOPECLuoyang(Guangzhou)EngineeringCo郾,Ltd郾,GuangdongGuangzhou510000;

2ChinaPetroleumFirstConstructionCorporation,HenanLuoyang471023,China)

Abstract:Theclassificationmethodsandbasiccomponentsofchemicalpipelinesandhangerswereintroduced,andtheroleofsupporthangersinpipelinedesignanditsapplicationwerediscussed郾Theresultsofpipelinestressanalysiswerediscussed郾Theproblemsthatshouldbepaidattentiontowhenselectingthehangerswereanalyzed郾Theseplayedapositiveroleintherationalselectionofthehangers郾

Keywords:supporthanger;pipelinedesign;stressanalysis

管道支吊架在化工企业中,主要应用在工艺管道及公用工程管道上,起到承重、限位的作用,保证化工装置的安全平稳运行。管道支吊架是保护管道的主要构件,它与管道的力学分析息息相关,因此在满足应力分析的基础上合理有效的选择支吊架对管道设计人员是一项十分重要的工作。本文从管道设计的安全性并结合一些工程设计经验浅谈了管道支吊架选择的一些要点。

式,它可以使支吊架的高度在一定范围内得到调整,用于有少量竖直方向的热位移或附加位移的场合[1]。1郾1郾2摇弹簧支吊架

弹簧支吊架可以分为可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架,恒力弹簧支吊架的理论刚度为零,可变弹簧支吊架的理论刚度系介于恒力弹簧和刚性支吊架之间,其数值等于弹簧产生单位变形所需要的力。与恒力弹簧支吊架相比,使用可变弹簧支吊架会造成一定的荷载转移,为防止过大的荷载转移,可变弹簧支吊架的荷载变化率应控制在25%以下。恒力弹簧支吊架适用于管道支撑点垂直位移量较大或管系受力要求较苛刻的场合,恒力弹簧的恒定度应小于或等于6%,以保证支吊点发生位移时,支承力的变化很小[2]。

限位支架是以限制和约束因热胀而引起的管系位移为目的的支架。当管系中的各点发生位移时,在管系中适当的位置设置限位支架,可以控制支撑点的位移或某些方向的位移,使管系的位移朝着有利于保护敏感设备或有利于热补偿的方向进行[3]。防振管卡能有效地控制管系的高频强迫振动,应用之后,管道的刚度变大,支架对管道的阻尼作用也随之增加,从而能降低管系的震动,并且它允许管道有一定的轴向位移而使管系

1摇支吊架的分类

支吊架按用途可以简单分为以下三类:

(1)承重支吊架(刚性支吊架、可调刚性支吊架、可变弹簧支吊架、恒力弹簧支吊架);

(2)限位支架(固定支架、止推支架、导向支架);(3)减振支架(防振管卡、阻尼减振器)。

1郾2摇限位支架

1郾1摇承重支吊架

1郾1郾1摇刚性支吊架

刚性支吊架在工程中应用的最多,它的理论刚度可以理解为无穷大,刚性支吊架仅限制管道一个方向的自由度。它常用于管道在支撑点无向上垂直热位移和附加位移或支撑点有较小的向下位移和附加位移,但不会由此在管系中造成较大的管系力的情况下。可调刚性支吊架是一般刚性支吊架的一种特殊型

摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇

1郾3摇减振支架

第一作者:赵广宇(1984-),男,本科,工程师,从事油气储运工程。通讯作者:张健(1985-),男,本科,工程师,从事油气储运工程。

摇112广摇州摇化摇工2018年10月

不会因热胀而破坏。阻尼减振器对连续强迫高频振动的抑制效果较差,经常用于缓解瞬间激振引起的有阻尼自由振动。

3郾1摇管道允许基本跨距

管道的基本跨距是指管道相邻两承重支架之间的距离,此距离要保证管道既不会失稳,更不会发生强度破坏。对于水平连续敷设的管道,工程上以三跨连续梁作为计算模型,并按承受均布载荷分别根据刚度条件计算和强度条件校核其最大允许跨距,取二者中的较小值[4]。不同管径基本跨距的数值我们可以查阅相关资料直接选用,对于未端管道和水平拐弯管道按照基本跨距取相应的比例即可。

2摇支吊架的承载情况及其结构组成

2郾1摇支吊架的承载情况

根据支吊架的类型及其对管道所起的作用不同,大体上承受如下几类载荷:

(1)管子及附件重量;

(2)弹簧支吊架预压所产生的作用力及其转移至刚性支吊架的荷重;

3郾2摇承重支吊架位置的确定

承重支吊架除满足基本跨距要求外,还应在下列情况下着(3)(4)活动支吊架的摩擦力;

(5)管道热胀冷缩产生的作用力和力矩(6)管内介质的不平衡内压产生的推力;;上述每一种载荷都对支吊架本身起着关键的作用风载荷、雪载荷、地震等偶然载荷。

,在选择时要充分考虑它们的存在。

2郾2摇支吊架的结构组成

一般情况下,管道支吊架由三部分组成,既与管子直接接触的附管部件2郾2郾1摇附管部件与管子直接连接附管部件

、生根部件及中间部分。,选用支吊架的时候我们必须考虑附管部件与管子材料及安装条件的融合性,附管部件与管子可以直接焊接或管卡连接。在选择两种连接方式时应注意一些关键问题:

直接焊接结构在如下工况下应禁止使用(1):(2)低温管道高空敷设的合金钢或有热处理要求的碳钢管道;

;

的管道(3)(4);

生产中需要经常拆卸检修和高空敷设且不宜焊接施工管卡结构应注意如下问题吊架支撑,且管内介质温度逸400(1)保冷管道应选用管卡型式:

益的碳素钢管道。,且管卡卡在保冷层的外层;属垫层(2)与不锈钢管子相连时,应在管子与管卡之间设置非金(3);

当在DN逸50的管子应用管卡时,应附属有挡铁;

相连的部分(4)当管子有保温时,隔热层不应遮挡管卡与中间连接件架配合使用(5)当水平管子在工作状态下有平面位移时;

,管卡宜与吊2郾2郾2摇;根据装置总平面及管道布置的要求生根部件

,支吊架一般生根在地面、建构筑物的梁或柱、平台、设备本体等部位,无论生根在哪个部位都应满足生根点的承载面积、载荷极限和与生根构件的连接方式等要求2郾2郾3摇。中间连接件起到的是过渡作用中间连接件

,它对被支撑的管子和生根部位不会产生直接的影响,一般只需材料本身的特性满足要求即可,所以普通碳素钢比较常用。例如,当某些中间连接件与高温的被支撑管子或被生根设备较近时,材料应适应高温的要求,当中间连接件为一些专用定型件时,其材料尚应符合定型部件的加工标准需要。

3摇设置支吊架的位置

重考虑(1):

(2)应布置在靠近集中载荷的地方(3)在敏感设备的附近,宜设置承重支架;

;应在靠近嘴子处设置承重支架(4)大直径管道三通下应设置承重支架当有较大重量阀门与设备水平方向嘴子直接相连时;

,应在靠近嘴子处设置承重支架(5)与立式设备嘴子相连接的管道;

接的设备移走时管道的承重支撑(6)当装置检修或改造时,;

,为减小设备嘴子承重,应考虑管道上附属阀门。

,相连3郾3摇限位支架位置的确定

根据本文前面的描述,限位支架所起的作用就是对管道的线位移和角位移起到一定的限制作用,以此使管道满足要求,根据前面的分类分别讨论如下3郾3郾1摇:适当位置设置导向支架(1)导向支架位置的确定

水平走向管道,若距离较长,应根据管径在水平管道(2)(3)不允许管道有径向位移的位置;

,应设置导向支架引起管道的震动(4)管道波纹管和自身的立管长度较长时仔弯两端,应设置导向支架;;

,长期震动会造成管道焊口疲劳破坏,外界自然风或管系内部介质流动会,为避免这种情况的发生,应根据立管的长度和管径大小,分段设置导向支架移,(5);

且和相邻管道或结构等碰撞时管道在走向改变的情况下,,若走向改变处有较大热位应在走向改变后适当位置设置导向支架3郾3郾2摇。

出于对管道柔性的考虑固定支架位置的确定

,一般情况下要慎重使用固定支架。固定支架的位置,应充分考虑到两个固定点之间管道的热变形补偿,在下列情况下可以考虑使用固定支架:

的合适位置(1)选用仔型补偿器时,(2)固定支架宜靠近需要限制分支管位移的地方;

宜将其设置在两固定支架的之间;

应在一端设固定支架(3)生根在地面的调节阀组等,在不妨碍热补偿的情况下,划分成几个形状较为简单的管段(4)对于复杂管系;

,为了满足其柔性[5],可用固定支架将它需要限制管道多方向位移的地方(5)固定支架应设置在需要承受管道振动;

、冲击等载荷或3郾3郾3摇(6)在装置分界处宜设固定支架[6];

。产生较大推力(1)止推支架位置的确定

当管道在操作或吹扫工况时(2)当管道在操作或吹扫工况时,应在管道合适的位置设置止推支架,若管道热胀对设备嘴子,若管道热胀对设备本体或其

;

第46卷第19期赵广宇,等:化工管道支吊架选择要点及常见问题分析摇113

基础有较大推力的情况下,应在管道合适的位置设置止推支架;

(3)在补偿器的两端,装置边界线的管道固定点等,止推支架在某些场合可代替固定支架。

3郾4摇防振支架位置的确定

在使用防振支架时应保证其生根部分应有足够的刚度,并且尽量生根在地面上,避免生根在其它结构上,以免振动传递而产生不利的影响,目前防振管卡应用的比较多,防振支架主要应用在如下场合:

是弹簧的应用也带来造价增加、管系稳定性下降等问题,最主要的是应用弹簧以后一些管线的振动问题异常严峻,顾此失彼。此外,一些位移量很小的管线也应用了弹簧,此时可以考虑刚性可调支架的选用;

(2)只注重支吊架作用的管线,却忽视了支吊架本身的保护,支吊架的腐蚀、自身强度等都是十分重要的问题;

(3)对于同一个支吊点,可能有不同的支吊架可以选择,没有分析比较最优的支吊方式;

(1)(2)有地震设防要求的管道可能发生水击、两相流等容易引起振动的管道;

4摇(3)管道应力分析结果对支吊架选择的启示

有机械振动的管道。

;对于一般的管道,我们使用本文前面的方法,再结合工程实际经验进行支架选择,但是对于一些高温高压的大直径管道,通过应力软件进行详细分析后,我们发现原有的支吊架需要做出调整或者重新选择,这说明了分析前我们选择的支吊架不合理,这对支吊架的选择有着深刻的启示。通过对一次应力及二次应力的理解,在通常的情况下,应力分析后会产生如下几种与支吊架有关的问题值得我们注意设置弹簧支吊架(1)支吊点的载荷或垂直位移过大:

,此时应考虑在支吊点定支架或者止推支架的位置选择不正确(2)限位支架所受水平力过大或二次应力超标,以增加管系垂直方向上的柔性;

,使得管系的柔性不,可能是固够,不能吸收本身的变形量支架(3);

热态水平位移过大,;

缺少固定点,应加固定或者止推加上支吊架(4)一次应力或者冷态位移过大,此时应该在合理的位置(5)以上几方面与支吊架相关的问题设备受力超标;

,支吊架设计不合理,足够引起我们的重视,重新选择。

,通过应力分析的管道为我们选择支吊架提供了良好的借鉴。我们要充分消化吸收引力分析结果带给我们的启示,我们可以利用多次的分析结果进行比较,逐步完善选择支吊架的经验,从而使设计更加完美。

5摇问题分析

能够选择支吊架对于管道工程师很容易,但是,合理地选择支吊架却不容易,支吊架选择的是否得当体现了管道设计人员综合素质,在工程中如下关于支吊架的选择问题值得我们思考:

(1)弹簧支吊架确实能对管系的柔性起到一定的作用,但

根空间和承载能力等问题(4)选择支吊架的,只按照其形式选择,从而使得现实中无法实现,没有深入核算生,特别是带有附属结构的支吊架尤其注意在多数情况下优选支架(5)支架和吊架相比,,但在某些情况下由于摩擦力的作用使其更加稳定;

,由于吊架生根在管,道上侧,为人的通行提供了方便,其次吊架本身允许有一个摆角,这对缺少柔性的管系是一个帮助定性和抗摩擦能力(6)随着装置的大型化,对于一些管道还要考虑使用防接触垫板,大管道的支吊架要充分重视其稳;

,以防止电位腐蚀和满足热处理的要求的位置尽量使用可调支架(7)大直径厚壁管道尽量不使用假管支架;

,在人方便操作只有选择恰当(8)严格按照施工和检验标准完成支吊架的施工和检验;

,施工无误,才能起到支吊架应有的作用。

,6摇结摇语

本文介绍了支吊架的结构组成、作用、应用场合及应力分析给我们的启示等问题,最后结合实际情况阐述了支吊架在使用中存在的一些问题。作为管道设计人员,要把管线和支吊架做为一个系统问题来处理,只有把这个系统做好了,在满足工艺要求的前提下,管道设计才是优化的。

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