成品支吊架在极寒地区LNG项目中的设计及应用

许 可

海洋石油工程股份有限公司设计公司

成品支吊架在极寒地区LNG项目中的设计及应用

许 可

海洋石油工程股份有限公司设计公司

本文对极寒地区LNG项目中成品支吊架的使用原因、适用性、耐低温、强度计算、设计流程进行说明，同时将成品支吊架及传统焊接支吊架的经济性对比进行了比较，为后续国内类似环境下类似项目提供了参考。

极寒地区；成品支吊架；支架强度；成本对比

1 概述

本文涉及项目位于北极极寒地区，严酷的低温环境（-50℃），国内支架安装没有类似低温环境使用的先例。同时，由于项目工期紧张，为节省人力和工期，考虑使用成品支吊架方案应运而生。

就整个电气安装施工方案而言，支吊架承担着不可替代的作用，是电气连接实现的桥梁，支吊架方式的不同决定了其承载能力、施工质量及施工进度的差异，而安装方法的不同也使安装工程呈现出多样性和灵活性。

在建的绝大部分LNG项目中，基本使用传统支吊架。传统支吊架是用角钢、槽钢等焊接制作成型，然后将其与钢结构焊接固定，形成支撑系统，这种方式取材方便，材料成本低。

随着科技的进步和发展，钢结构项目建造标准要求逐渐提高、人工成本增加、清洁施工、项目快速推进等因素影响，成品支吊架随之应运而生并体现出出巨大的优势和市场前景。

2 成品支吊架的优势

成品支吊架一般为用外形为U型、内含锁紧锯齿的冷弯高强槽钢及其多种连接件快速组装的支架，材质分为不锈钢、热浸锌和电镀锌，均为批量生产，产品均为标准件。主要优点有：

(1)支架选型采用专业计算软件，避免传统支吊架选型时的盲目及全凭经验的老办法。由于所有配件基本均为标准件，承载力、强度等参数基本根据材料已经定型，计算速度快，结果可靠。

(2)所有连接件与槽钢可实现拼装构件的刚性配合，精确定位，可方便的进行拆改和调整，后续更换，维护非常方便。

(3)各专业良好的兼容性，节省空间。充分利用空间，共架设计，可使各专业得以良好的协调

(4)施工效率高，是传统焊接支架安装效率的6倍，在符合管理规范的前提下，各专业和工种可以交叉作业，大大提高工效，缩短支吊架的安装工期。

(5)清洁施工，现场无需焊接和钻孔，最大程度降低现场动火焊接作业，提高了安全性。

(6)外形美观，整齐。

3 耐低温及强度验证

本项目使用的成品支吊架是国际知名品牌，根据实验数据，316L不锈钢即支吊架本体可耐受-50℃低温，对于射钉、断口密封胶等均通过了低温实验，并取得低温实验证书。

对于支架强度除根据SNiP_2.01.07考虑静态电缆自重、托架自重、支架自重、维修载荷（100kg）、雪载（本项目为2.8 kN/m2）、风载（X向0.1 kN/m，y向0.08 kN/m）、冰载（0.05kN/m2）等载荷外，也考虑了从国内至北极的海运动态工况（船体加速度）。

因为本项目采用快速射钉作为固定点，射钉的特点是上下震动及抗拉性非常好，但是侧向剪切力受力情况相比较传统焊接式支架不理想。因此，海运工况不仅考虑船体加速度，还要对模块层高，支架朝向、形式进行不同的计算以考虑加强方案。

加强方案主要有额外斜撑固定及间断性使用焊接支架。

4 设计流程

(1)根据项目实际需求，设计托架路径，出版相应布置图。

(2)结合托架路径设计，进行电缆选型，布线设计，出版布线图及电缆载荷计算。

(3)根据托架附近结构特征，初步托架和电缆载荷设计支架形式。

(4)路径完善后，根据电缆自重、托架自重、支架自重、维修载荷、雪载、风载（X向、冰载，复核支架载荷，确定支架形式，包括悬臂、横担长度及材质。

(5)根据结构特点考虑是否有对尤其是防腐油漆或防火漆影响，确定支架固定形式，如射钉、梁夹或提前焊接连接片。

(6)根据支架载荷和支架安装、固定形式，根据海运过程中的船体各方向加速度，针对不用位置、不同朝向、不同形式的支架做整体校核，对于薄弱处考虑额外斜撑固定及间断性使用焊接支架方案。

(7)出版计算书及相应图纸。(8)出具材料使用清单。

5 施工方案注意事项

(1)成品支吊架由于结构形式为拼接式，且为成品件，对于不同形式需要进行强度计算。相比于传统支架，计算相对繁琐，但在材料的使用上可以达到最优。

(2)成品支吊架底座与结构有不同的连接方式，一种为焊接式，部分厂家称之为Grid系统，形式如图：

(3)底座可提前与结构进行焊接，而且可以根据项目实际情况，钢结构项目大量提前焊接，并统一进行防腐处理解决人工。

另外一种为射钉/梁夹连接，本项目使用的某厂家火药射钉，此类连接方式可以完全避免焊接作业，根据需求使用，降低材料成本。但不推荐大面积使用，这是由于目前市面射钉类产品，横向剪切受力较小，可适用于小范围，且不存在震动的场合，如果需要大面积使用，最好与焊接式支架穿插安装，已保证水平温度。梁夹使用应视是否影响结构防腐或油漆系统等具体要求进行使用，但不推荐在存在水平震动区域使用。

6 结论

根据本项目使用支架数量，现将传统支架及成品支吊架材料成本对比，经对比，如按照现有20万套支架（包括18万套F形，2万套门形）来统计，采用传统支吊架的综合经济成本约为1.62亿元，采用成品支吊架的综合经济成本约为1.79亿元，相差约为1700万元。考虑到传统支吊架的工序较多，流程复杂，有很多非可控因素以及大量施工辅料的损耗，本人认为最终两种方式的总体费用会比较接近，但是=成品支吊架安装施工周期却大大减少，共计减少40万人工时。无形中可节省大量的场地资源，如场地占用，吊车占用等资源。

成品支吊架作为新的支架种类，其多项性能优于传统支吊架系统，在石化、海洋平台、陆地LNG以及极寒等恶劣环境下可考虑使用。