针对化工管道的支吊架设计论述

何　杰（广西工联工业工程咨询设计有限公司,南宁　530000）

针对化工管道的支吊架设计论述

何杰
（广西工联工业工程咨询设计有限公司,南宁530000）

管道是化工生产中重要构件，主要用来输送高腐蚀性、毒性以及高温高压等物质，其设计安装效果如何，在很大程度上影响了整个生产活动的安全性。对于化工管道的支吊架设计，需要明确各项影响因素，确保设计方案满足管道刚度与强度要求，并且能够降低管道对设备产生的附加荷载，降低生产中管道位移量，提高生产活动的安全性。本文分析了化工管道支吊架结构特点，并提出了相应的设计方案。

化工管道；支吊架设计；生产安全

管道支吊架的设计作为化工管道设计中的一部分，尤其是针对负责输送特殊生产原料的管道，在进行设计时必须要保证方案的合理性，确定支吊架不但要负责管道的支撑，同时还要承受多方面作用力与力矩的实际情况。因此在对其进行设计时，需要结合生产活动的实际需求，对管道本身特点进行分析，合理确定设计要点，保证支吊架设计方案满足生产活动要求。

1　化工管道支吊架分析

1.1管道支架作用

化工管道支吊架以承载形式不同，可以分为支架与吊架两部分，而以形式为依据则可以分为承重架、限制性支架与减振架三种。承重架主要作用是来承载管道自重以及其他持续荷载，避免各项荷载强度或者刚度超出允许范围，确保生产活动的安全性。限制性支架主要目的则是约束并限制因热膨胀而出现的管道位移情况，通过合理的设计，降低支撑点的位移，将管系变形或者位移方向控制在有利于保护设备或者热补偿范围内[1]。减振架主要作用是在限制除重力、热膨胀力以外其余外力造成的管道振动，如机械振动、地震荷载、物料冲击以及风荷载等。

1.2管道支架类型

（1）弹性支吊架。此种类型支吊在受到外力影响时，会产生形变或者位移，并且还具有一定的刚度。在生产活动中，即便是结构受外力影响产生形变，也不会失去全部的分配荷载，能够更好的将荷载转移到加有效控制范围内。常见的弹性支吊架有恒力弹簧支吊架与可变弹簧支吊架两种，其中恒力弹簧支吊架其特点是在管系垂直方向发生位移，荷载不发生变化，因此常被应用于垂直方向位移量比较大，或者化工装置需要减少位移应力的部位[2]。可变弹簧支吊架特点是垂直方向产生位移后，弹簧会出现压缩或者伸长的变化，如果一支点压力发生变化，则该支点荷载会转移到临近支点位置，并且荷载的变化率在25%以内。

（2）恒力支吊架。此种支吊架可以在一定的行程内，如果管系发生上下或者垂直位移时，其中负荷无变化，则次负荷变化率为零。基于此特点，在进行设计时通常会将其应用在垂直方向位移比较大的管系位置，并多为恒力弹簧支吊架。

（3）限制性支吊架。常见有固定支吊架、限位支吊架以及导向支吊架三种，应用的位置均存在一定特性。其中，固定支吊架通常被应用在固定管道于支架的位置，减少管道线位于与角位移程度；限位支吊架其在方向上可以限制一个以上的变位；导向支吊架通常被应用于特定并需要限制管线横向位移与角位移的部位。

2　化工管道支吊架设计要点

2.1管道承重荷载

承受管道自重与外部荷载是支吊架基本要求之一，通过合理的设计来将外荷载引起的法向应力与剪应力控制在允许范围内，降低管道的变形量。就化工管道生产活动来看，在衡量其运行安全性时，基本上是用一次应力指标，如果一次应力过大会导致管道严重变形，而管道配件界面、管系荷载等都影响着一次应力的大小。针对此，在对管道支吊架进行设计时，可以适当的调整管道一次应力与支撑端荷载大小，来降低一次应力对管系造成的影响。其中，如果水平管道支架数量比较少，也会导致一次应力增大甚至超出允许范围，而加大管道的变形量，降低管道运行的安全性，设计时应结合实际需求适当调整支架数量。

2.2避免荷载转移

对于化工管道支吊架设计是否合理，决定了最终管系所要承受的荷载大小，在根本上决定了管道运行的安全性。支吊架位置如果设置不当会造成荷载的转移，如上文所述数量不足将会增加一次应力或者过梁挠度，但如果只是一味的增加支吊架布置数量，无论是空间、生产还是经济等方面都不允许。因此在进行设计时，应将重点放在降低二次应力以及热推力上，以最少的支吊架数量来避免荷载的转移，减少对管道的束缚，为其提供一个变形的机会。其中，非刚性支吊架在管道应力分析中可以消除管系布置不当而产生的荷载，例如恒力支吊架可以消除刚性支吊架造成的失载。

2.3合理确定二次应力

以提高化工管道支吊架设计效果为目的，不但可以对支吊架一次应力进行调节，同时还可以实现对二次应力端点推力的调节。对化工管道所受的一次应力进行分析，其具有非自限性特点，如果一次应力峰值在管材允许应力范围内时，可以确定管道运行状态为安全。而当管道受高温影响产生形变时，变形受阻会引发二次应力，而二次应力为自限性，为保证管道运行的安全性，必须要将二次应力数值控制在允许范围内，通常是利用以下公式来计算二次应力所许数值：σA=f(1.25σc+0.25σh)，其中σA表示热胀许用应力范围，单位为MPa；σh、σc表示为热态与冷态管材许用应力，但是为MPa；f表示根据管道在工作年限内伸缩总循环次数确定的应力降低系数[3]。

2.4支吊架敷设

一般情况下，化工管道支架上水平敷设管道包括两种，即有隔热层与无隔热层，对于无特殊要求的管道，在设计时可以不用设置管托结构。而对于有设计要求的管道设计，如有隔热层的管道，在敷设支吊架时需要设置管托结构，当管道隔热层厚度大于130mm时，管托高度应保证大于200mm；如果管道隔热层厚底大于80mm，则管托高度应控制在100mm左右，确保支吊架设计的合理性。

3　结束语

化工管道具有一定的特殊性，为保证其运行安全性，必须要加强对其设计的管理。支吊架设计是化工管道设计的重要部分，设计时应结合管道结构特点，以满足实际需求为目的，确定设计要点，从多个角度着手争取不断提高设计有效性。

[1]刘镜锋.关于石油化工装置支吊架设计在配管设计中的探讨与研究[J].中国石油和化工标准与质量,2013(12):75+90.

[2]郑敏.简述石油化工装置管道支吊架的设计[J].化工管理,2013(20):151.

[3]范德新,毕传福.浅谈石油化工管道支吊架的选用及设置[J].价值工程,2011(06):6.

何杰（1986—），男，广西南宁人，本科，研究方向：化工设计。