代紅兵

【摘 要】配管設(shè)計(jì)既要滿足工藝的要求還要考慮設(shè)備、機(jī)泵、管道及其組成件的受力情況。選擇合理的支架類型與尺寸規(guī)格，是保證管道系統(tǒng)長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】支架類型；支架選型；注意事項(xiàng)

概述

管道支架的設(shè)置對(duì)于管道設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)極為重要的工作，尤其對(duì)于那些高溫高壓、有毒可燃、強(qiáng)腐蝕性的管道。正確的支架設(shè)置可以滿足管道強(qiáng)度和剛度的需要，同時(shí)能夠有效的降低管道對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生較大的附加載荷，防止因管道的震動(dòng)，位移等原因造成的泄露、爆炸等事故的發(fā)生，可以有效的保護(hù)管道和設(shè)備管口，保障化工裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

一、管道支吊架的分類及支架選用和設(shè)置

1.管道支吊架的分類

按支架的功能管道支吊架分為承重支吊架、限制性支吊架、恒力彈簧支吊架、防振支架。承重支吊架：支吊管道的重量；進(jìn)一步分為：剛性支吊架、可調(diào)剛性支吊架、可變彈簧支吊架、恒力彈簧支吊架。恒力彈簧支吊架：用于垂直位移大或希望保持管道在冷熱狀態(tài)下支吊點(diǎn)的荷載變化率不大于6%的場(chǎng)合。

可變彈簧支吊架：有位移且允許荷載變化率大于6%的場(chǎng)合。限制性支吊架進(jìn)一步細(xì)分為：固定支架（用于在固定點(diǎn)處不允許有線位移和角位移的場(chǎng)合；限位支架（用于限制某一方向位移的場(chǎng)合）；導(dǎo)向支架（用于允許管道有軸向位移但不允許有橫向位移的場(chǎng)合。在所限制的軸線上，至少有一個(gè)方向被限制；垂直管路上的導(dǎo)向支架，除能限制管路的位移外，并能防止管路振動(dòng)，但不承受管路重量，導(dǎo)向架一般設(shè)置在應(yīng)力管線上，由應(yīng)力專業(yè)對(duì)應(yīng)力管系經(jīng)過(guò)計(jì)算后給出。防振支架：用于限制或緩和往復(fù)式機(jī)泵進(jìn)出口管道和由地震、風(fēng)壓、水擊、安全閥排出反力引起的管系振動(dòng)。防震支架按名稱分為減振裝置、阻尼裝置。

2、管道支架選用和設(shè)置

2.1管道支架選用原則

（1）管道支架的選用應(yīng)根據(jù)管道支承點(diǎn)處所承受的各類荷載大小及其方向、位移情況、工作溫度、是否隔熱、管道材質(zhì)、生根位置、限位或防振要求等綜合考慮，選用具有足夠強(qiáng)度和剛度的支架。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)管卡、管托和管吊。

（3）針對(duì)那些常常需要拆卸、檢修的化工管道應(yīng)安置卡箍管托，不適宜選用焊接管托；對(duì)一些薄壁管道管托宜選用管夾型。

（4）焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省鋼材且制作簡(jiǎn)單、施工方便。除下列情況外應(yīng)盡量選用焊接型的管托和管吊：管內(nèi)介質(zhì)溫度等于或高于400℃的碳素鋼材質(zhì)的管道；輸送冷凍介質(zhì)的管道；輸送濃堿液的管道；合金鋼材質(zhì)的管道；生產(chǎn)中需要經(jīng)常拆卸檢修的管道；架空敷設(shè)且不易施工焊接的管道。

（5）對(duì)于不絕熱的管道，無(wú)特殊情況一般不設(shè)管托，直接放置在管支架上，但對(duì)大直徑薄壁管道宜在管道底部襯托加強(qiáng)板保護(hù)。

（6）在腐蝕較大的地方設(shè)置支吊架時(shí)，為保證安全起見(jiàn)選用高一級(jí)荷載支架。

（7）在選擇管道支架過(guò)程中材料選擇是否得當(dāng)會(huì)對(duì)其造成一定影響，碳鋼鍍鋅需設(shè)置絕緣墊板，不銹鋼管道管夾從經(jīng)濟(jì)方面考慮常常選用碳鋼管夾，碳鋼與不銹鋼之間加絕緣墊板。

（8）水平敷設(shè)在支架上的有隔熱層的管道應(yīng)設(shè)置管托，當(dāng)管道熱脹量超過(guò)100mm時(shí)，應(yīng)選用加長(zhǎng)管托，以免管托滑到管架梁下；當(dāng)隔熱層厚度≤80mm時(shí)，管托高度為100mm、當(dāng)隔熱層厚度>80mm時(shí)，管托高度為150mm、當(dāng)隔熱層厚度>130mm時(shí)，管托高度為200mm。

（9）為防止管道過(guò)大的橫向位移和可能承受的沖擊荷載一般在下列情況應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架：

a.在長(zhǎng)距離輸送物料的管廊上，如果沒(méi)有設(shè)置膨脹彎，在設(shè)置兩個(gè)滑動(dòng)架后應(yīng)該設(shè)置一個(gè)導(dǎo)向架。

b.管廊上管道方向發(fā)生改變后應(yīng)在相應(yīng)的位置上設(shè)置導(dǎo)向架。

c.塔頂輸送下來(lái)的物料管線，第一個(gè)支架以后的支架都應(yīng)該設(shè)置為立管上的導(dǎo)向架。DN>150的管道支架應(yīng)該設(shè)置為四個(gè)方向的導(dǎo)向架，以防止管道因風(fēng)荷載產(chǎn)生的搖晃。

d.橫向位移過(guò)大可能影響鄰近管道時(shí)，固定支架之間的距離過(guò)長(zhǎng)，可能產(chǎn)生橫向不穩(wěn)定時(shí)；

e.為防止法蘭和活接頭泄漏要求管道不宜有過(guò)大的橫向位移時(shí)；

f.“Π”型補(bǔ)償器兩側(cè)的管道上應(yīng)設(shè)導(dǎo)向支架，其位置距補(bǔ)償器彎頭宜為管道公稱直徑的40倍；

g.安全閥出口高速放空管道和可能產(chǎn)生振動(dòng)的兩相流管道。

2.2敏感設(shè)備（泵、壓縮機(jī)）、罐管架設(shè)計(jì)

（1）泵入口處應(yīng)該安置可調(diào)支架（運(yùn)行中的泵在常溫下可以不用設(shè)置）假如有必要可以依據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果在安裝彈簧支吊架。泵附屬管道應(yīng)盡量成組布置以便安裝支架，未經(jīng)泵制造廠許可不得在泵底座上安裝支架；在泵出口管道上，在距泵出口最近拐彎處設(shè)置支吊架；對(duì)于大型機(jī)泵的高溫進(jìn)出口管道，為減輕泵管口受力而設(shè)置的支架應(yīng)盡量使約束點(diǎn)和泵管口之間的相對(duì)熱伸縮量最小。

（2）在進(jìn)行吸入過(guò)程的往復(fù)式壓縮機(jī)或者排除管道或者其它劇烈振動(dòng)的化工管道，應(yīng)該獨(dú)立安置管卡型支架（支架位于管架上或者是地面的管墩上），避免把振動(dòng)傳達(dá)到構(gòu)建筑物的梁柱上。一般壓縮機(jī)出入口管道均為應(yīng)力管道應(yīng)由應(yīng)力專業(yè)計(jì)算后加相應(yīng)的支架。

（3）除振動(dòng)外，應(yīng)盡量利用建筑物、構(gòu)筑物的梁柱的生根點(diǎn)，且應(yīng)考慮生根點(diǎn)所能承受的荷載，生根點(diǎn)的面積和形狀應(yīng)滿足生根構(gòu)件的要求，必要時(shí)應(yīng)減少跨距以降低生根點(diǎn)的荷載。

（4）承重支架應(yīng)安裝在靠近設(shè)備管口處，以減少管口受力。如果管道重量過(guò)重，一個(gè)承重支架承重有困難時(shí)，可增設(shè)一個(gè)彈簧承重支架。

（5）沿直立設(shè)備（塔、罐）布置的立管應(yīng)設(shè)置承重支架和導(dǎo)向支架。承重支架應(yīng)設(shè)置在靠近設(shè)備管口處，以減少管口受力。當(dāng)管道垂直荷載過(guò)大時(shí)，為降低承重支架生根點(diǎn)處塔體的局部應(yīng)力，可在垂直管中間增設(shè)彈簧支架分擔(dān)垂直荷載。在承重支架之下，按一定間距設(shè)導(dǎo)向支架，防止風(fēng)荷載等引起的橫向位移，需要注意的是最下面的導(dǎo)向支架距管道拐彎處的距離至少為1/3垂直管道的導(dǎo)向支架間最大間距。

（6）由于罐基礎(chǔ)沉降支架需做到金屬軟管后，且靠近軟管。

3、管道支架設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1.管道運(yùn)行工況

管道支架的設(shè)計(jì)不僅要考慮正常操作條件，還要考慮開(kāi)工、停車、除焦、再生和蒸汽吹掃等各種工況。

3.2.管道支架的生根

管道支架的生根部位應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，對(duì)于所有生根在建筑物的支吊架，應(yīng)將其生根點(diǎn)設(shè)置在立柱等承重構(gòu)件上。

3.3.支架拉桿的長(zhǎng)度

當(dāng)管道支架選用吊架形式時(shí)，需要注意的是吊桿不能太短，防止管道發(fā)生水平熱位移后吊桿過(guò)度偏斜，而產(chǎn)生較大的水平力，影響管道的柔性。

3.4.彈簧支架的設(shè)計(jì)

彈簧支架選用的型式需要考慮支架本身需要的安裝空間尺寸、管道和設(shè)備布置的要求。當(dāng)支架荷載較大，單個(gè)彈簧不能滿足要求時(shí)，可選用兩個(gè)相同規(guī)格的彈簧并聯(lián)安裝使用；施工單位可根據(jù)水壓試驗(yàn)的荷載確定是否在彈簧支、吊架附近添加臨時(shí)支吊架，以保護(hù)彈簧支吊架。

3.5.管道支吊架應(yīng)在管道的允許跨距內(nèi)設(shè)置，并符合下列要求：

a.盡量使設(shè)備管口受力減小，如支架靠近設(shè)備管口，對(duì)管口不會(huì)產(chǎn)生較大的熱脹彎矩；

b.在集中荷載大的管道組成件附近設(shè)承重架；

c.設(shè)在彎管和大直徑三通式分支管附近；

d.宜利用建筑物、構(gòu)筑物的梁、柱等設(shè)置支吊架的生根構(gòu)件；

e.設(shè)在不妨礙管道與設(shè)備的連接和檢修的部位，（例如考慮維修方便，使拆卸管段時(shí)不需做臨時(shí)支架）

f.做柔性分析的管道，支架位置根據(jù)分析結(jié)果決定，并考慮支撐的可能性。

g.低溫化工管道（操作溫度小于且等于零下20℃）的管架不適宜與鋼結(jié)構(gòu)直接接觸，應(yīng)該在鋼結(jié)構(gòu)和管架間墊隔冷塊或保冷管托，以避免鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象而遭到破壞。

h.非應(yīng)力管道的調(diào)節(jié)閥順介質(zhì)流向的第一個(gè)支架應(yīng)該設(shè)置為固定架，應(yīng)力管線支架形式按應(yīng)力分析結(jié)果加。

3.6支架生根件焊在需整體熱處理設(shè)備上時(shí)，應(yīng)向設(shè)備專業(yè)提出所用墊板的條件；不得用高溫管道、低溫管道、振動(dòng)管道和蒸汽管道支撐其他管道；直接與設(shè)備管口相接或靠近設(shè)備管口的公稱直徑等于或大于150mm的水平安裝閥門(mén)應(yīng)考慮支撐。

3.7三通處亦應(yīng)視導(dǎo)出支管的荷重情況考慮裝設(shè)支吊架，輸送冷介質(zhì)的管路不得與支吊架直接焊接。

3.8管路允許跨度的大小取決于它自身的強(qiáng)度、剛度、以及所要求的敷設(shè)坡度。管路的允許跨度可根據(jù)介質(zhì)輸送的特征按強(qiáng)度或剛度條件選定，不能機(jī)械的取小者為準(zhǔn)。另外敷設(shè)在管廊上的保冷管道應(yīng)考慮好管間距，以防相鄰管道因間距過(guò)近保冷管托加不上。

3.9彈簧支架、減振支架和阻尼支架，應(yīng)考慮在支架周圍留有足夠的維護(hù)空間。

3.10在很多情況下都強(qiáng)制設(shè)置固定支架，目的是保護(hù)管道避免發(fā)生撕裂、震動(dòng)等情況的發(fā)生。一般情況下，下列幾種情況必須設(shè)置固定架：

a.在長(zhǎng)距離輸送的管廊上，有膨脹彎的管線，兩個(gè)膨脹彎之間必須設(shè)置一個(gè)固定架，目的是使兩個(gè)固定架之間的管道應(yīng)力能夠全部消失在膨脹彎上。裝置出入口和外管網(wǎng)相連接的管段，其固定支架的設(shè)置，應(yīng)和外管統(tǒng)一考慮。

b.塔頂輸送下來(lái)的管線，第一個(gè)支架應(yīng)該設(shè)置為固定架，以緩解管口的受力情況。支架應(yīng)設(shè)置在封頭焊縫下方大于200mm的地方。

3.11彈簧支架：可變彈簧支吊架為了方便安裝起見(jiàn)，一般出廠時(shí)均帶定位銷。彈簧支架安裝前應(yīng)檢查彈簧支吊架指針位置，確保指針指向安裝荷載，并核對(duì)彈簧的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)待水壓試驗(yàn)完成后，裝置開(kāi)車前取下定位銷。

總結(jié)

綜上所述可知，管道支架的類型較多，應(yīng)根據(jù)各種要求選擇出合理的支架形式、尺寸規(guī)格和相匹配的布置方式，確保整個(gè)管道系統(tǒng)的安全、實(shí)用、美觀、經(jīng)濟(jì)合理性。另外，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)具備良好的設(shè)計(jì)理念，充分了解與掌握設(shè)計(jì)意圖以及生產(chǎn)要求，結(jié)合實(shí)際情況加以分析，不斷的總結(jié)，開(kāi)拓思路，以將自身的設(shè)計(jì)水平全面提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]《彈簧支吊架在管道設(shè)計(jì)上的應(yīng)用》，馬雁，石油化工環(huán)境保護(hù)，第4期

[2]《化工管路》下，化學(xué)工業(yè)部化工工藝配管設(shè)計(jì)技術(shù)中心站組織編寫(xiě)，化學(xué)工業(yè)出版社，1989年。

[3]《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版第一篇設(shè)計(jì)與計(jì)算）張德姜，王懷義，劉紹葉主編，中國(guó)石化出版社。

[4]《石油化工管道柔性設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3041-2002，馬金國(guó)唐永進(jìn)張發(fā)有

[5]《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316-2000（2008年版）