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【摘 要】管道支吊架系统是管道设计的一个组成部分，对整个管系的安全运行作用深远，本文从支吊架的类型出发，重点探讨了支吊架的选用原则和布置要点，并以塔出口管道的设计为例，阐述了可变弹簧支吊架在其中的应用，有一定借鉴意义。
【关键词】支吊架；化工管道；设计
管道支吊架系统是管道设计的一个组成部分，虽然其在整个石油化工装置的投资中所占比例较小，但支吊架对整个管系的安全运行作用深远。支吊架的设计与管系的应力密切相关，支吊架设计不当，有可能导致管道一次应力超标，此外，通过支吊架设计，可以有效地控制管道的变形，减小管道二次应力和管道对设备的推力，从而确保管道与设备处于安全运行状态。基于此，搞好化工管道支吊架设计，意义深远。
1.化工管道支吊架类型概述
1.1承重支吊架
承重支吊架的作用主要在于对管道重量及其他方面的持续性负荷起到一个支撑的作用，在管道系统中合理地布设承重支吊架，能有效预防管道因负荷超出承受范围而出现破损的现象，进而对管道及相关装置的安全起到很好的保护作用。承重支吊架又可进一步细分为刚性支吊架、可调刚性支吊架、可变弹簧支吊架以及恒力弹簧支吊架四类。
1.2限制性支架
限制性支架主要用于限制管道系统出现的位移变化。石油化工装置通常具有高温高压的生产条件，运行过程中在热力的影响作用下，一定程度的位移在所难免，对确保系统的安全性极为不利。根据使用效果的不同，限制性支架可分为固定支架、导向支架和止推支架等三种，在不同要求下使用不同的支架，可以起到很好的作用，如在不允许出现位移的地方采用固定支架，能很好地限制管道支撑点各个方向的线位移和角位移，为导向支架的作用主要是限制管道横向位移，止推支架的作用与导向支架相反，主要是用于限制管道纵向位移。
1.3防振支架
管道在运行过程中会出现一定的振动现象，不可避免，防振支架的主要作用就是用于控制管道的振动，这种振动包括往复式机泵进出口管道或由水击、地震、安全阀排出反力引发的各种管道振动。防振支架又可进一步细分为防振管卡和阻尼减振器两类。
2.化工管道支吊架选用原则
2.1管道支吊架的选择应着重考虑如下几大方面
支撑点所承受的荷载大小及方向、管道位移情况、管道材质、工作温度、是否保温或保冷，等等。在设计中应优先考虑选用标准管卡、管托及管吊。在以下几种特殊情况下可选用其他特殊型式管托及管吊：（1）管内介质温度≥400℃的碳素钢材质的管道；（2）输送冷冻介质的管道；（3）生产中需要经常拆卸检修的管道；（4）合金钢材质的管道；（5）架空敷设且不易施工焊接的管道。
2.2为预防管道横向位移过大及产生的振动，确保管道只沿轴向位移，一般如下几种情况的管道会在设计中設置导向管托
（1）安全阀出口的高速放空管道；（2）可能产生振动的两相流管道；（3）横向位移过大可能会对临近管道造成影响的管道；（4）固定支架距离过长而可能导致横向不稳定的管道；（5）为防止法兰及活接头泄露而限制横向位移的管道；（6）为防止振动而出现过大的横向位移的管道。
2.3对于架空敷设管道，其热胀量>l00mm情况下，为避免管托落到管架梁下，设计中应选用加长管托为宜
2.4当支架生根在钢质设备上时，所用垫板应按设备外形成型
在碳钢设备壁厚>38mm情况下，应取得设备专业的同意；当支架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。
2.5在以下工况，应选可变弹簧
（1）当管道在支承点处有向上垂直位移，使支架失去其承载功能，该荷载的转移将造成邻近支架超过其承载能力或造成管道跨距超过其最大允许值的情况；（2）当管道在支承点处有向下的垂直位移，而选用一般刚性支架将阻挡管道位移的情况；（3）在一个弹簧的变形量难以满足设计要求的情况下，可选用两个弹簧串联安装，且两个弹簧应承受相同荷载，总位移量按每个弹簧的最大压缩量的比例进行分配；（4）当实际荷载大于一个弹簧的最大允许荷载时，可并联安装≥2个的相同型号的弹簧，并按所选用的弹簧数量平均分配荷载。
2.6当管道在支承点有垂直位移且要求支承力的变化范围在8%以内时，应采用恒力弹簧支架
3.管道支吊架的布置要点
管道设计人员在进行管道设计时，应同时考虑好支吊架的位置及设置，保证其设置的可行性、合理性以及经济性，化工管道支吊架的位置设置要点具体如下：
3.1管道支吊架间距的确定
管道支吊架设置应满足管道最大允许跨度要求，应按管道的强度条件及刚度条件计算决定水平管道支吊架最大间距，以较小值作为参照标准。所谓强度条件，是控制管道自重弯曲应力不应该超过设计温度下材料许用应力的一半。所谓刚度条件，则是指限制管道自重产生的弯曲挠度，一般情况下，管道设计装置内挠度<15mm，装置外挠度<38mm，敷设无坡度的蒸汽管道其挠度<3mm。对有压力脉动的管道，为避免共振现象的产生，支架间距的决定应参照所要求的管道固有频率来进行决定。
3.2管道支吊架位置的确定
在管道具有集中荷载的情况下，以降低偏心载荷以及弯曲应力，支吊架的位置应以靠近集中荷载的地方为宜；对于一些较为敏感的化工设备，应在其附近设置支吊架，设置位置以靠近设备管口为宜，从而能有效缓解设备接口的管道荷载；具有很强的振动性的管道，为避免振动传递，支架应该单独设置且要落地生根；除振动管道外，应尽量利用已建构筑物的梁、柱作支架的生根点。此外，切忌将管道支吊架的位置设在管道与设备的连接处或检修的部位，以免妨碍维修。做柔性分析的管道，应根据分析来决定支吊架的具体位置，同时还要考虑支撑的可行性，在管道柔性过大的情况下，为避免应力过大或管子晃动及振幅过大，可适当地对支吊架数量进行增添。当支吊架设置有特殊功能件时，应确保位置处管道与生根构件之间有足够的空间。
4.设计实例分析
化工管道中可变可变弹簧支吊架的应用广泛，现笔者结合多年设计经验，就可变弹簧支吊架在化工管道中的应用进行粗浅探讨。以塔出口管道的设计为例，可变弹簧支吊架的主要作用是对管道的载荷进行平均分担，避免其架载荷过大。众所周知，塔顶出口管道的长度一般较长，管径也大，如果只在出口处做一承重架，这该管架的载荷必然非常大，不但增加了管架制造的难度，同时，由于管架一端和设备相连，势必增加了设备的载重，让其无法承受。因此，要分散一部分重量，则只能用弹簧架来承担。以某l00kt/a环已酮项目工程设计为例，其加氢装置的一根管道直径为l600mm，从塔顶出来，下到换热器，垂直长度大约30m，经计算，若只在出口处设置一个承重架，则管架载荷高达200kN，设备势必无法承受，因此，可在管道垂直段增加两个弹簧吊架，每个弹簧架的指定载荷为60kN，则承重架的载荷也降到了60kN左右，如此，将管道载荷均匀分担在三处，有效避免了出口处载荷过大的难题，有效确保了管道的稳定性。
总之，支吊架是管道重要的元件之一，支吊架设计也是管道设计的重要任务之一，在设计中，我们应该本着安全、合理、经济的原则，作出最佳的设计方案，确保管道支吊架不仅选型得当、布置合理，而且价格便宜、施工方便、便于维修，从而真正地起到最佳的保护设备的作用。
【参考文献】
[1]王云鹏.石油化工装置管道支吊架的设计[J].中国化工贸易，2013（1）：66.
[2]陈沙.基于管道设计中支吊架的正确设置的研究[J].中国化工贸易，2012（10）：20.
[3]唐飞，刘兴然.化工管道支吊架的设计与选用[J].广东化工，2010（9）：154-155.
【关键词】支吊架；化工管道；设计
管道支吊架系统是管道设计的一个组成部分，虽然其在整个石油化工装置的投资中所占比例较小，但支吊架对整个管系的安全运行作用深远。支吊架的设计与管系的应力密切相关，支吊架设计不当，有可能导致管道一次应力超标，此外，通过支吊架设计，可以有效地控制管道的变形，减小管道二次应力和管道对设备的推力，从而确保管道与设备处于安全运行状态。基于此，搞好化工管道支吊架设计，意义深远。
1.化工管道支吊架类型概述
1.1承重支吊架
承重支吊架的作用主要在于对管道重量及其他方面的持续性负荷起到一个支撑的作用，在管道系统中合理地布设承重支吊架，能有效预防管道因负荷超出承受范围而出现破损的现象，进而对管道及相关装置的安全起到很好的保护作用。承重支吊架又可进一步细分为刚性支吊架、可调刚性支吊架、可变弹簧支吊架以及恒力弹簧支吊架四类。
1.2限制性支架
限制性支架主要用于限制管道系统出现的位移变化。石油化工装置通常具有高温高压的生产条件，运行过程中在热力的影响作用下，一定程度的位移在所难免，对确保系统的安全性极为不利。根据使用效果的不同，限制性支架可分为固定支架、导向支架和止推支架等三种，在不同要求下使用不同的支架，可以起到很好的作用，如在不允许出现位移的地方采用固定支架，能很好地限制管道支撑点各个方向的线位移和角位移，为导向支架的作用主要是限制管道横向位移，止推支架的作用与导向支架相反，主要是用于限制管道纵向位移。
1.3防振支架
管道在运行过程中会出现一定的振动现象，不可避免，防振支架的主要作用就是用于控制管道的振动，这种振动包括往复式机泵进出口管道或由水击、地震、安全阀排出反力引发的各种管道振动。防振支架又可进一步细分为防振管卡和阻尼减振器两类。
2.化工管道支吊架选用原则
2.1管道支吊架的选择应着重考虑如下几大方面
支撑点所承受的荷载大小及方向、管道位移情况、管道材质、工作温度、是否保温或保冷，等等。在设计中应优先考虑选用标准管卡、管托及管吊。在以下几种特殊情况下可选用其他特殊型式管托及管吊：（1）管内介质温度≥400℃的碳素钢材质的管道；（2）输送冷冻介质的管道；（3）生产中需要经常拆卸检修的管道；（4）合金钢材质的管道；（5）架空敷设且不易施工焊接的管道。
2.2为预防管道横向位移过大及产生的振动，确保管道只沿轴向位移，一般如下几种情况的管道会在设计中設置导向管托
（1）安全阀出口的高速放空管道；（2）可能产生振动的两相流管道；（3）横向位移过大可能会对临近管道造成影响的管道；（4）固定支架距离过长而可能导致横向不稳定的管道；（5）为防止法兰及活接头泄露而限制横向位移的管道；（6）为防止振动而出现过大的横向位移的管道。
2.3对于架空敷设管道，其热胀量>l00mm情况下，为避免管托落到管架梁下，设计中应选用加长管托为宜
2.4当支架生根在钢质设备上时，所用垫板应按设备外形成型
在碳钢设备壁厚>38mm情况下，应取得设备专业的同意；当支架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。
2.5在以下工况，应选可变弹簧
（1）当管道在支承点处有向上垂直位移，使支架失去其承载功能，该荷载的转移将造成邻近支架超过其承载能力或造成管道跨距超过其最大允许值的情况；（2）当管道在支承点处有向下的垂直位移，而选用一般刚性支架将阻挡管道位移的情况；（3）在一个弹簧的变形量难以满足设计要求的情况下，可选用两个弹簧串联安装，且两个弹簧应承受相同荷载，总位移量按每个弹簧的最大压缩量的比例进行分配；（4）当实际荷载大于一个弹簧的最大允许荷载时，可并联安装≥2个的相同型号的弹簧，并按所选用的弹簧数量平均分配荷载。
2.6当管道在支承点有垂直位移且要求支承力的变化范围在8%以内时，应采用恒力弹簧支架
3.管道支吊架的布置要点
管道设计人员在进行管道设计时，应同时考虑好支吊架的位置及设置，保证其设置的可行性、合理性以及经济性，化工管道支吊架的位置设置要点具体如下：
3.1管道支吊架间距的确定
管道支吊架设置应满足管道最大允许跨度要求，应按管道的强度条件及刚度条件计算决定水平管道支吊架最大间距，以较小值作为参照标准。所谓强度条件，是控制管道自重弯曲应力不应该超过设计温度下材料许用应力的一半。所谓刚度条件，则是指限制管道自重产生的弯曲挠度，一般情况下，管道设计装置内挠度<15mm，装置外挠度<38mm，敷设无坡度的蒸汽管道其挠度<3mm。对有压力脉动的管道，为避免共振现象的产生，支架间距的决定应参照所要求的管道固有频率来进行决定。
3.2管道支吊架位置的确定
在管道具有集中荷载的情况下，以降低偏心载荷以及弯曲应力，支吊架的位置应以靠近集中荷载的地方为宜；对于一些较为敏感的化工设备，应在其附近设置支吊架，设置位置以靠近设备管口为宜，从而能有效缓解设备接口的管道荷载；具有很强的振动性的管道，为避免振动传递，支架应该单独设置且要落地生根；除振动管道外，应尽量利用已建构筑物的梁、柱作支架的生根点。此外，切忌将管道支吊架的位置设在管道与设备的连接处或检修的部位，以免妨碍维修。做柔性分析的管道，应根据分析来决定支吊架的具体位置，同时还要考虑支撑的可行性，在管道柔性过大的情况下，为避免应力过大或管子晃动及振幅过大，可适当地对支吊架数量进行增添。当支吊架设置有特殊功能件时，应确保位置处管道与生根构件之间有足够的空间。
4.设计实例分析
化工管道中可变可变弹簧支吊架的应用广泛，现笔者结合多年设计经验，就可变弹簧支吊架在化工管道中的应用进行粗浅探讨。以塔出口管道的设计为例，可变弹簧支吊架的主要作用是对管道的载荷进行平均分担，避免其架载荷过大。众所周知，塔顶出口管道的长度一般较长，管径也大，如果只在出口处做一承重架，这该管架的载荷必然非常大，不但增加了管架制造的难度，同时，由于管架一端和设备相连，势必增加了设备的载重，让其无法承受。因此，要分散一部分重量，则只能用弹簧架来承担。以某l00kt/a环已酮项目工程设计为例，其加氢装置的一根管道直径为l600mm，从塔顶出来，下到换热器，垂直长度大约30m，经计算，若只在出口处设置一个承重架，则管架载荷高达200kN，设备势必无法承受，因此，可在管道垂直段增加两个弹簧吊架，每个弹簧架的指定载荷为60kN，则承重架的载荷也降到了60kN左右，如此，将管道载荷均匀分担在三处，有效避免了出口处载荷过大的难题，有效确保了管道的稳定性。
总之，支吊架是管道重要的元件之一，支吊架设计也是管道设计的重要任务之一，在设计中，我们应该本着安全、合理、经济的原则，作出最佳的设计方案，确保管道支吊架不仅选型得当、布置合理，而且价格便宜、施工方便、便于维修，从而真正地起到最佳的保护设备的作用。
【参考文献】
[1]王云鹏.石油化工装置管道支吊架的设计[J].中国化工贸易，2013（1）：66.
[2]陈沙.基于管道设计中支吊架的正确设置的研究[J].中国化工贸易，2012（10）：20.
[3]唐飞，刘兴然.化工管道支吊架的设计与选用[J].广东化工，2010（9）：154-155.