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[摘 要]笔者结合多年的化工管道设计经验，对化工管道支吊架设计应该注意的几个要点进行了详细分析。
[关键词]化工管道 支吊架 设计要点
中图分类号：P553 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0018-01
管道支吊架的设计在化工管道设计中是一项非常重要的工作，尤其对于输送高温、高压、有毒有害、可燃、强腐蚀性介质的管道。正确的支吊架设计可以满足管道强度和钢度的需要，同时也能够有效降低管道对设备产生较大的附加载荷，防止因管道的振动、位移等因素造成的泄漏、爆炸等事故的发生，有效保护管道和设备管口，保障化工装置的正常生产运行。
1、管道支架设计时应注意的几个要点
1.1 管道支吊架设计的合理步骤
对于管道支吊架，往往不被人重视，有的设计人员甚至把管道支吊架留给施工人员自行解决，实践证明这种做法是有问题的。管道支吊架的设计应与管道布置设计同步进行，尽早展开工作，以便提高工作效率与设计保证质量。
1.2 管道支吊架的设置与位置确定
按管道支架的作为分为四大类：承重架、限制性支架、恒力弹簧支吊架和防振架。管道支吊架的选型及位置是管道支架设计的首要问题，在设计过程中要注意以下几点：
（1）选用管道支吊架时，应根据支撑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、管道的材料等使用条件选用合适的支吊架；
（2）尽可能选用标准管卡、管托和管吊，以便工厂成批生产，既快速又经济；
（3）承重架间距应不大于管架的最大允许跨距。有压力脉动的管道，应按所要求的管道固有频率来决定管架的间距，避免发生共振；
（4）尽量利用已有的结构构件来支撑管道，如建构筑物的梁、柱等承重构件。对于混凝土结构，应向土建专业提出设置管架所要求的管墩、预埋件等条件；对于生根在结构上的荷载较大的管道支吊架，应在管架位置确定后，向土建专业提出荷载条件；
（5）应当结合管道的工艺、工序对管道的应力状态进行动态分析，应依据分析结果，以尽量均匀管道系统的整体应力分布为原则来确定管架支点位置，并且要思考到支撑的可能性；
（6）应最大限度地减少管道系统以及支吊架系统上的剪切应力和挠度力矩，在垂直管段比较长的弯头部分或者是在垂直管段重心的上面安排承重架，这样就可在它的下部多加一个导向架；
（7）应当采取集中加固的方式，确保管道在工作状态下的应力强度，如设置承重架在荷载较大的化工管道组成件附近；
（8）管架应尽量靠近设备管口，以减少管口的受力，这样管口不会产生较大的热膨胀弯矩。当支吊架生根件焊在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所用垫板的条件；
（9）考虑管架位置的同时也要为操作、检修留出足够的空间；
（10）为了避免电腐蚀，不锈钢化工管道和支吊架间应该垫不锈钢（或是不含有氯离子的橡胶、塑料）垫板，避免不均匀电阻率材料分布的电位差，防止碳钢和不锈钢触碰产生晶间腐蚀。防静电接地方法和措施采用接地后能有效的防止静电积累，是消除危害的有效方法。所有可能产生静电的管道和设备，都必须连接成连续的导电体，并进行可靠接地；
（11）当管道在支撑点处有向上垂直位移，致使管架失去其承载功能时选用可变弹簧支吊架；当管道在支撑点处不得有任何位移时，应选用固定支架。
1.3 控制阀组的管道支架
控制阀的阀组通常包含切断阀、控制阀以及旁路阀等。一种最常见的布置方式是立体布置，需要在管道弯头下方设置称重架和导向架，使得支架设计稳定性更强。类此这样的支架设计，一般除了需要考虑承重之外，还需要充分考虑热膨胀，另外还需要充分考虑管道振动带来的影响。当阀门进出口压力比较大时液体管道会逐渐减压使得过程有气体出现。这样最容易使得振动问题出现在使用过程中，需要特别注意。两相流的管道应该充分考虑管道出现水锤可能性。而且当出现特别长的向上流动垂直管段时最容易有水锤作用出现。在一些热力管道中进行设计时应该满足柔性计算需求。需要将其中的一个支架布置成固定架，另外一个设置是导向架以及滑动支架。如果当热涨应力符合需求时，需要在控制阀出口位置设置好专门的支架，这个支架主要起到固定作用。另外还可以在旁边的入口设置上滑动架，必要的时候可以在这个垂直管端位置设置上导向架这样就可以更好的解决管道应力问题。
1.4 离心压缩机管口支吊架选型
（1）在管道與压缩机固定点处坐标轴的交点位置附近宜设置限位支架，避免管道的热膨胀位移作用在压缩机管口，减小管道对管口的作用力；
（2）管口附近第一个支吊架应采用弹簧支吊架，避免管架由于热胀位移而脱空，从而使其承载载荷转移到离心式压缩机管口，弹簧支吊架应尽量靠近机器管口，以便于施工中对法兰之间的间距、平行度和同轴度进行调节。
1.5 安全阀管道支架的设计
安全阀的管口承受外载引起的弯矩要求尽量小，以免阀体变形，影响阀的性能。在支架设计时，除了考虑承受管道重力载荷外，还要注意泄放流体时产生的反力及其方向，通常安全阀出口管的第一个支架生根点比较重要，不应生根在柔性大的钢结构上，同时支撑点的垂直向热位移应尽量小，合理的选择生根点，以便采用刚性支架。
1.6 热应力管道承重架的设计
热应力管道支吊架设计之前，要认真研读应力报告，对不同工况的受力及位移变化要着重关注，以保证管架的设计满足任何工况的要求。热应力管道在安装阶段处于冷管状态，通常情况下，运行时由于热胀冷缩，管道支吊架设置点会较安装状态有较大位移变化。对于热应力管道的支吊架，首先关注管架点各工况的最大受力情况，在满足荷载要求的情况下设计管架，其次要弄清楚各工况的位移大小及方向（主要是运行状态的位移及方向），为适应从冷态到正常运行时热胀位移变化，管道支吊架支撑面需要采用摩擦系数小的材料，例如垫聚四氟乙烯或采用不锈钢接触面，若不采取减少摩擦力的方法，将有可能出现运行时位移并对下部结构产生摩擦力、破坏支撑结构的现象。
1.7 弹簧支吊架的设计
（1）选用弹簧吊架时，吊杆的长度要足够长，且大于水平位移的15倍，从而尽量保证弹簧的倾斜角度在允许范围内。
（2）做弹簧吊架时注意弹簧的安装高度，弹簧的外壳直径要选对，以保证设计中与其他部件间有足够的间隙调整。
（3）根据不同的受力荷载，悬吊弹簧有其相应配套的吊杆和吊耳，不能随意选取，若选用的吊杆、吊耳的型号与弹簧不匹配，现场将无法安装，这也是初次设计者容易出现的设计误区。
2、结语
在化工装置的管道设计过程中，支吊架的设计是非常重要的。只有合理的安排支吊架设计步骤，把管道支吊架设计、柔性计算及管道布置三方面紧密配合才能作出比较优良的管道设计，也是化工装置安全稳定运行的重要保障。
参考文献
[1] 郑茂鼎.管道支架的设计与计算.化工部工程建设标准编辑中心1993（8）.
[2] 张德姜，王怀义，丘平主编.石油化工装置工艺管道安装设计手册.中国石化出版社2014（1）.
[3] 张德姜，王怀义主编.石油化工管道安装设计便查手册.中国石化出版社2014（4）.
[关键词]化工管道 支吊架 设计要点
中图分类号：P553 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0018-01
管道支吊架的设计在化工管道设计中是一项非常重要的工作，尤其对于输送高温、高压、有毒有害、可燃、强腐蚀性介质的管道。正确的支吊架设计可以满足管道强度和钢度的需要，同时也能够有效降低管道对设备产生较大的附加载荷，防止因管道的振动、位移等因素造成的泄漏、爆炸等事故的发生，有效保护管道和设备管口，保障化工装置的正常生产运行。
1、管道支架设计时应注意的几个要点
1.1 管道支吊架设计的合理步骤
对于管道支吊架，往往不被人重视，有的设计人员甚至把管道支吊架留给施工人员自行解决，实践证明这种做法是有问题的。管道支吊架的设计应与管道布置设计同步进行，尽早展开工作，以便提高工作效率与设计保证质量。
1.2 管道支吊架的设置与位置确定
按管道支架的作为分为四大类：承重架、限制性支架、恒力弹簧支吊架和防振架。管道支吊架的选型及位置是管道支架设计的首要问题，在设计过程中要注意以下几点：
（1）选用管道支吊架时，应根据支撑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、管道的材料等使用条件选用合适的支吊架；
（2）尽可能选用标准管卡、管托和管吊，以便工厂成批生产，既快速又经济；
（3）承重架间距应不大于管架的最大允许跨距。有压力脉动的管道，应按所要求的管道固有频率来决定管架的间距，避免发生共振；
（4）尽量利用已有的结构构件来支撑管道，如建构筑物的梁、柱等承重构件。对于混凝土结构，应向土建专业提出设置管架所要求的管墩、预埋件等条件；对于生根在结构上的荷载较大的管道支吊架，应在管架位置确定后，向土建专业提出荷载条件；
（5）应当结合管道的工艺、工序对管道的应力状态进行动态分析，应依据分析结果，以尽量均匀管道系统的整体应力分布为原则来确定管架支点位置，并且要思考到支撑的可能性；
（6）应最大限度地减少管道系统以及支吊架系统上的剪切应力和挠度力矩，在垂直管段比较长的弯头部分或者是在垂直管段重心的上面安排承重架，这样就可在它的下部多加一个导向架；
（7）应当采取集中加固的方式，确保管道在工作状态下的应力强度，如设置承重架在荷载较大的化工管道组成件附近；
（8）管架应尽量靠近设备管口，以减少管口的受力，这样管口不会产生较大的热膨胀弯矩。当支吊架生根件焊在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所用垫板的条件；
（9）考虑管架位置的同时也要为操作、检修留出足够的空间；
（10）为了避免电腐蚀，不锈钢化工管道和支吊架间应该垫不锈钢（或是不含有氯离子的橡胶、塑料）垫板，避免不均匀电阻率材料分布的电位差，防止碳钢和不锈钢触碰产生晶间腐蚀。防静电接地方法和措施采用接地后能有效的防止静电积累，是消除危害的有效方法。所有可能产生静电的管道和设备，都必须连接成连续的导电体，并进行可靠接地；
（11）当管道在支撑点处有向上垂直位移，致使管架失去其承载功能时选用可变弹簧支吊架；当管道在支撑点处不得有任何位移时，应选用固定支架。
1.3 控制阀组的管道支架
控制阀的阀组通常包含切断阀、控制阀以及旁路阀等。一种最常见的布置方式是立体布置，需要在管道弯头下方设置称重架和导向架，使得支架设计稳定性更强。类此这样的支架设计，一般除了需要考虑承重之外，还需要充分考虑热膨胀，另外还需要充分考虑管道振动带来的影响。当阀门进出口压力比较大时液体管道会逐渐减压使得过程有气体出现。这样最容易使得振动问题出现在使用过程中，需要特别注意。两相流的管道应该充分考虑管道出现水锤可能性。而且当出现特别长的向上流动垂直管段时最容易有水锤作用出现。在一些热力管道中进行设计时应该满足柔性计算需求。需要将其中的一个支架布置成固定架，另外一个设置是导向架以及滑动支架。如果当热涨应力符合需求时，需要在控制阀出口位置设置好专门的支架，这个支架主要起到固定作用。另外还可以在旁边的入口设置上滑动架，必要的时候可以在这个垂直管端位置设置上导向架这样就可以更好的解决管道应力问题。
1.4 离心压缩机管口支吊架选型
（1）在管道與压缩机固定点处坐标轴的交点位置附近宜设置限位支架，避免管道的热膨胀位移作用在压缩机管口，减小管道对管口的作用力；
（2）管口附近第一个支吊架应采用弹簧支吊架，避免管架由于热胀位移而脱空，从而使其承载载荷转移到离心式压缩机管口，弹簧支吊架应尽量靠近机器管口，以便于施工中对法兰之间的间距、平行度和同轴度进行调节。
1.5 安全阀管道支架的设计
安全阀的管口承受外载引起的弯矩要求尽量小，以免阀体变形，影响阀的性能。在支架设计时，除了考虑承受管道重力载荷外，还要注意泄放流体时产生的反力及其方向，通常安全阀出口管的第一个支架生根点比较重要，不应生根在柔性大的钢结构上，同时支撑点的垂直向热位移应尽量小，合理的选择生根点，以便采用刚性支架。
1.6 热应力管道承重架的设计
热应力管道支吊架设计之前，要认真研读应力报告，对不同工况的受力及位移变化要着重关注，以保证管架的设计满足任何工况的要求。热应力管道在安装阶段处于冷管状态，通常情况下，运行时由于热胀冷缩，管道支吊架设置点会较安装状态有较大位移变化。对于热应力管道的支吊架，首先关注管架点各工况的最大受力情况，在满足荷载要求的情况下设计管架，其次要弄清楚各工况的位移大小及方向（主要是运行状态的位移及方向），为适应从冷态到正常运行时热胀位移变化，管道支吊架支撑面需要采用摩擦系数小的材料，例如垫聚四氟乙烯或采用不锈钢接触面，若不采取减少摩擦力的方法，将有可能出现运行时位移并对下部结构产生摩擦力、破坏支撑结构的现象。
1.7 弹簧支吊架的设计
（1）选用弹簧吊架时，吊杆的长度要足够长，且大于水平位移的15倍，从而尽量保证弹簧的倾斜角度在允许范围内。
（2）做弹簧吊架时注意弹簧的安装高度，弹簧的外壳直径要选对，以保证设计中与其他部件间有足够的间隙调整。
（3）根据不同的受力荷载，悬吊弹簧有其相应配套的吊杆和吊耳，不能随意选取，若选用的吊杆、吊耳的型号与弹簧不匹配，现场将无法安装，这也是初次设计者容易出现的设计误区。
2、结语
在化工装置的管道设计过程中，支吊架的设计是非常重要的。只有合理的安排支吊架设计步骤，把管道支吊架设计、柔性计算及管道布置三方面紧密配合才能作出比较优良的管道设计，也是化工装置安全稳定运行的重要保障。
参考文献
[1] 郑茂鼎.管道支架的设计与计算.化工部工程建设标准编辑中心1993（8）.
[2] 张德姜，王怀义，丘平主编.石油化工装置工艺管道安装设计手册.中国石化出版社2014（1）.
[3] 张德姜，王怀义主编.石油化工管道安装设计便查手册.中国石化出版社2014（4）.