石油化工管架设计有感

胡春红

(济宁市化工设计院有限责任公司，山东 济宁 272000)

管架的设计对刚进入化工设计的人员来说通常很模糊，相对其他来说是个难点，但是只要多看规范，多去企业学习，掌握管架的基本类型和管架设计的基本原则，理论和实践相结合，你会发现管架设计并不难。

1 管架分类

1.1 管架本体分类

1.1.1 结构部分

支架、吊架，如图1。

设计原则：怎么方便怎么做，既能支又能吊的，选用吊架，不挡道。但须考虑相应的预焊件、土建预埋件条件及点载荷条件。

1.1.2 功能部分

管托、导向架，如图1。

管托：用于保温保冷管。

导向架：用于长度达到须设置导向架的管道，防止其摆动。

轴向限位架：非应力管极少用。

图1 管架本体分类示意图

1.2 按功能分管架类型

1.2.1 承受管道荷载

1.2.1.1 恒力弹簧支吊架

管道在支撑点有垂直位移且荷载变化率不大于6%时，应选用恒力弹簧支吊架。当管道支吊点处垂直方向位移较大或有特殊要求的地方，宜选用恒力弹簧支吊架，恒力弹簧支吊架可并联安装。选用恒力弹簧支吊架时，其公称位移量应比计算位移量大20%，且应力大于20 mm。计算位移量应考虑有雨水平位移引起的吊杆长度的增加。

1.2.1.2 可变弹簧支吊架

管道在支撑点有垂直位移且荷载变化率大于6%时，应选用可变弹簧支吊架。当管道荷载超过一个可变弹簧支吊架的最大允许荷载时，可选用两个或两个以上相同型号的可变弹簧并联安装。每个弹簧承受的荷载，应按并联弹簧数平均分配。可变弹簧支吊架的设计应考虑限制弹簧偏移、翘曲、偏心受载或过应力的设施。

1.2.1.3 刚性支吊架

用于管道无垂直位移或垂直位移很小且允许约束的部位。

1.2.1.4 滑动支架

1.2.1.5 滚动支吊架

1.2.2 限制管道位移

1.2.2.1 导向支架

当管道在支承点处有轴向位移且需限制横向位移时，应选用导向支架。对于柔性较大、直管段较长的管道，应设置导向支架。设置导向支架时，应不影响管道的自然补偿。

1)垂直管段的导向间距见表1。

表1 立管支架间的最大间距

2)水平管段导向支架(常见型式见图2、图3)间距见表2。

表2 水平管段导向支架间的最大间距

图2 水平管段导向支架间距

图3 水平管段导向支架间距(带∩形补偿器)

1.2.2.2 限位支架

对管道位移有限制时，应选用限位支架。

1.2.2.3 固定支架

当管道在支撑点处不得有任何位移时，应选用固定支架。介质温度等于或大于100℃或需用蒸汽吹扫的进出装置管道，应在装置边界的邻近管架上固定，固定点的位置，应与装置外的管道布置综合考虑。补偿器应设在两固定支架(限位支架，下同)之间。∏型补偿器距固定支架的距离，不宜小于两支架间距的1/3。有热伸长管道的调节阀组，一端宜设固定支架。设在管系中部的固定支架承受的水平力为较大一侧水平力减去较小一侧水平力的80%。

1.2.3 控制管道振动

减振装置和阻尼装置。

综上，支吊架的结构件应具有足够的强度和刚度，并应尽量简单。除选用的标准支吊架零部件外，支吊架结构和连接应进行强度或刚度计算。支吊架的间距，应小于或等于管道的允许跨距。当有阀门等集中荷载时，支吊架宜设置在靠近集中荷载处。支吊架宜设置在直管段上，不宜设置在局部应力较高的部位。水平敷设在支架上的隔热层的管道，应设置管托。垂直敷设的有隔热层的管道，在支架处应设置能保护隔热层的筋板或支耳等结构。输送介质温度等于或高于400℃的碳钢管道和合金钢、不锈钢管道以及需要进行焊后热处理的管道应优先选用卡箍式管托、管吊或选用带同类材质垫板的支吊架。架设在高空不易焊接的管道、经常拆卸的管道和衬里管道，宜选用卡箍式管托、管吊。保冷管道，应选用保冷管托、管吊。当吊架有水平位移时，拉杆两端应为铰接，拉杆应具有足够长度。

2 确定管道支吊架位置的要点

(1)首先要满足管道最大允许跨度的要求。

(2)在有集中荷载时，支架位置要布置在靠近荷载的地方，以减少偏心荷载和弯曲应力。

(3)在敏感设备(泵、压缩机等)附近，应设置支架，以防管道荷载作用于设备管嘴。

(4)在往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道，宜单独设置支架，(支架生根于地面上的管墩、管架上)并与建筑物隔离，以避免将振动传递到建筑物上。

(5)承重支架应安装在靠近设备的管嘴处，以减少管嘴受力。如果管道重量过重，一个承重支架承重有困难时，可增设一个弹簧承重支架。

(6)除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载。生根点的面积和形状应满足生根构件的要求。必要时应减小跨距以降低生根点的荷载。

(7)对于复杂的管系，尤其需要作较精确的的热应力计算的管系，宜按下面步骤设置管架：

1)将复杂管系用固定支架或导向支架划分为几个较为简单的管系；

2)在集中荷载点附近配置支架；

3)按规定的最大允许跨距设置其余支吊架的位置。

3 管架编号方法

3.1 管架类别

如图4所示。

图4 管架类别示意图

A类-标准件；B类-刚性支吊架；C类-弹簧支架；D类-悬臂、三角架；E类-导向架；F类-支腿；G类-托架；J类-管托；K类—轴向限位架。

3.2 常用的各类管架用途介绍

3.2.1 A类

A1、A2用于DN≤3”的管道，如公用工程站的管道可选用∠50的角钢加A1b。A9用于DN≤3”的穿平台的管道。

3.2.2 B类

B2、B7吊杆承重架用于单根小管L≥1000mm的管道。B12、B13视土建结构不同普遍使用，单根小管、多跟并排管均可使用。B10、B11、B15常用于单根小管(DN≤3”)，保温管、不保温管均可使用，高度不宜过大。通常高度L≥1000 mm的宜选用B1、B2。

3.2.3 C类

弹性管架用于管道有垂直位移的支架，如泵出口。

3.2.4 D类

此类支架尽量选用三角架D5、D6。D1、D2悬臂用于小管。D12、D13用于较大立管常与F19或E14、E15、E16组合使用。如高塔管道的承重架或导向架。D17可 用于支撑类似公用工程站等一排竖直小管。

3.2.5 E类

可根据管径及管架结构部分的情况选用。E26可用于泵入口管，如图5。

图5 管架E26应用示意图

3.2.6 F类

主要用于离地面、平台较近的管道。F1、F12用于碳钢，F2、F13用于不锈钢、铬钼钢等合金钢管。F6用于保冷管。F19用于穿平台的大管承重，如果管道在平台边可用F19+D2(2个)如图6。

图6 管架F19+D2应用示意图

F22～F27用于各种弯头支架，要求DN/2≤DN1≤DN，见图7。

图7 管架F22～F27应用示意图

F1～F6要求DN/2≤DN1≤DN，A≤1000mm，如果过大则可加一个G7、G8，见图8。

图8 管径过大加G7、G8应用示意图

3.2.7 G类

G1～G4用于单根管道，被情况选用。G8用于一排多跟距地面或平台较近的管道。

3.2.8 J类

可直接焊接到管道上的管托J1、J2、J5、J6，由于现在做的工程较大，钢结构较大优选J2、J6(L=450 mm)，J2、J6根据管径选用。不适合直接焊C.S管托的管道选J3、J4、J7、J8，同理优选J4、J8(L=450 mm)L=450 mm指管托长度。

3.2.9 K类

轴向限位，一般多用于管廊。另外，一般情况下不选用支墩，管架直接置于地面上，如需要支墩，提条件给土建做。

4 管道最大跨距

(1)碳钢及厚壁不锈钢管道最大跨矩见表3。

表3 碳钢及厚壁不锈钢管道最大跨矩

(2)管道壁厚 10S的不锈钢管道最大跨矩见表4。

表4 管道壁厚 10S的不锈钢管道最大跨矩

(3)垂直管道最大跨距见表5。

表5 垂直管道最大跨距

5 结束语

从事化工设计的人知道，每一个项目都与管架不可分割，管架是管道的支撑，要想让整个厂区的管道井然有序，必须做好管架的设计。同时，管架的设计还牵系着整个工程的安全，只要把管架设计好了，才能保障整个厂区的安全生产。

参考文献

[1]张德姜.全国压力管道设计审批教材人员培训教材[M].3版.北京:中国石化出版社,2015.

[2]中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册[M].3版.北京:化学工业出版社,2003.