摘要：随着我国社会经济不断发展，城市冬季供暖或是石油化工、热力发电等领域的需求也不断提高，而大的热力管网系统的稳定运行离不开热力管道支架的科学而合理的设计与安装。仅十数立方米的支架，承载着热力管道，保障着管网安全有序运作。基于此，本文首先探究管道支架设计中的相关问题，提出管道支架选用的原则，进而提出管道支架设计方法。
关键词：热力管道；支架；设计；安装
引言
冬季供暖系统对提高人们的生活质量有着重要意义，热力管道的稳定与安全需要从设计和安装两方面提供保证。任何一方面出现偏差都可能导致严重的安全事故，故在整个工程设计阶段，就应当对热力管道支架的设计和安排制定稳妥的方案，在施工过程中确定固定架所能承载的负荷，以确保热力管道运行正常。
1、管道支架设计相关问题
在热力管道支架设计与安装过程中，应对以下几点提请注意：1）施工图以及施工现场管道统一排列时，其所用到的支吊架的结构形式应当明确。2）作为热力管道结构的支撑的管架，其在某种意义上也为管道所支撑，因此二者必须共同构成统一且协调的空间体系。3）在对热力管道的柱架长度计算时，应当知晓其长度须小于独立的悬臂柱，因为柱顶就等同于支撑在有限的弹簧座上，热力管道则起到了支撑的作用。4）在备料的选择上，应当依照支吊架的结构形式，并以热力管道实际负荷的需要，选择适宜的材料。5）在支吊架制作的过程中，操作应精细到位，下料须准确，拼接部位确保平直。每 1 个支吊架的尺寸都应当精确，形状规矩统一。同时应注意无论下料或钻孔，其过程中都严禁使用气烧与焊割工艺。6）同规格支吊架，尺寸必须做到统一标准，不能出现大小不同的情况。7）对于支吊架的拼缝连接，除非设计者特别注明，否则焊缝宽度一致保持≥ 4mm，并确保全长焊满。8）施工完成后，须及时对支吊架表面污物，如焊渣、锈蚀斑以及尘土等进行彻底清理。后期上漆的过程中，亦须注意上漆的厚度一定应均匀，厚度符合标准。不可出现漏刷、滴流，更不能出现气泡、脱皮以及褶皱等现象。9）支吊架在接受防腐处理后，必须经严格检验，获得批准后方可运至现场进行安装。
2、管道支架选用的原则
管道支架的选用应根据管道支承点处所承受的各类荷载大小及其方向、位移情况、工作温度、是否隔热、管道材质、生根位置、限位或防振要求等综合考虑，选用具有足够强度和刚度的支架。
（1）设计时应尽量选用标准通用的支架和支架零部件。
（2）除了管道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焊后热处理的管道，保冷管道和不易焊接的管道以及经常拆卸的管道等尽量选用卡箍型支架外，其他支架优先选用制作简单、施工方便的焊接型支架。
（3）管道的支承点在垂直方向无位移时选用刚性支架，有位移且允许荷载变化率大于 6％时选用可变弹簧支架，位移量较大且要求的荷载变化率不大于 6％时选用恒力弹簧支架。例如沿立式反应器布置的管道与反应器之间、或高温管道与土建构架梁柱之间存在较大的位移差时，需要考虑选用弹簧支架来承受管道荷载，避免管道支撑处脱空或管道变形受到约束，使管道支架处的荷载转移造成管道一次应力增大可能超过材料的许用应力，和使相邻管道支架（或设 备管口）受力超出其荷载允许值，或使管道产生的较大二次应力可能超过许用位移应力范围。
（4）水平敷设在支架上的有隔热层的管道需要设置管托，其滑动面应露在隔热层之外，同时要选用满足管道热位移所需的加长管托，垂直敷设的有隔热层的管道，支架处需要设置能够保护的筋板或支耳等结构。
（5）支架选用的型式适应管道位移的要求。在管道支承点处，不得有任何位移时选用固定支架，位移有限制时选用限位支架，有轴向位移且需限制横向位移时选用导向支架，管道可能产生振动时选用防振支架。
（6）管道支架需直接与合金钢、不锈钢管道焊接时，其连接构件的材质需与管道材质相匹配。
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3、管道支架设计的方法
3.1管道支架的位置
管道支架的位置选择其约束处的管道相对位移值最小之处。例如为减少高温泵进出口管道对泵管口的受力而设置的支架，其支架高度尽量与泵轴中心高度相当，管道轴向限位的位置尽量与泵体固定点的位置在一直线上，使约束点和泵管口问的相对热膨胀量最小。同样对于离心式压缩机或蒸汽轮机的进出口管道，往往采用降低设备固定点与管道第 1个 固定支架之间的膨胀量，并在管道与机器固定点处坐标轴的交点位置附近设置限位支架，从而使机器管口的热膨胀与管道热膨胀基本相当，减少管道对机器管口的作用力。
3.2管道支架的形式
管道支架由于其支撑结构不同可分为支和吊两类。支的支撑件一般位于管道的下方，其支架刚度较大，与管道之间可能存在摩擦而产生摩擦力，造成管道的水平位移受到阻力，但其稳定性较好，而吊的支撑件（吊杆）一般位于管道的上方，除了垂直方向外水平方向对管道的约束相对较小，也不存在摩擦力，但其稳定性较差，所以管道支架要根据具体情况合理选择支或吊的形式。例如烟气轮机进出口管道的支架设置，考虑到管道的稳定性，入口水平管道上的支架往往采用弹簧吊架与滚动支架或摆动支架结合的方式。同样为了减少支架摩擦力的反作用力及其他反作用力的影响，与转动设备管口直接相连管道上的第 1个固定支架之间的活动支架一般尽可能采用吊而不采用支的形式，或者采用支承面上设置滑动板。
3.3对滑动支架位移发生方向的控制
滑动支架通常的作用部位是接近水平管线弯头的部分，在承重管道中起到支撑其自重的作用，对管线仅在一个方向上发挥限制作用，而热力管道其他两个方向热位移通常不作限制，故此其在热力管道支撑面上可做自由移动。科学的讲，滑动支架发生位移的方向应当是可控的，经过周密计算与设计，确保其位移的协调，同时又不会影响热力管道的正常使用。在膨胀弯与固定支架安装完成后，我们应当就各处膨胀弯间热力管道支架作出判断，即当膨胀出现时，热力管道支架将固定支架作为中心，向着膨胀弯的方向产生自然膨胀。同理，膨胀弯的另一端也发生同样的自然膨胀，最后两处膨胀弯间热力管道的所有热膨胀借助膨胀弯变形而吸收，滑动支架亦会随热力管道热膨胀而向相应的方向发生位移。它有效限制了管道径向位移，使管道在支架上位移时亦不会出现偏移。
3.4 振动管道的支架
从防止管道振动的角度来说，管道支架采用刚性支架是防止振动的最有效办法，但又不利于管道的柔性。因此为减少管道的振动，通常会采取以下措施，一是增加管道的刚度，适当减小管道支架跨距，一般为允许跨距的 1／3～1／2；二是管道支架的结构和支架的生根部分要有足够的强度；三是振动管道的支架基础与设备及建构筑物基础分开。四是当管内介质温度较高时，支架设置必须满足管道柔性分析的要求。例如往复式压缩机进出口管道支架的高度尽可能低，其基础与建构筑物的基础脱开，不采用在机壳、底座、楼板或平台上生根，当设计独立的管道支架时，第一个支架应尽量靠近压缩机布置，并采用限位支架来控制管道位移的方向和承受管道对压缩机的作用力和力矩。
结束语
管道支架设计包括管道支架位置的确定、支架型式及其生根部位的选择和支架本身的强度设计，管道系统所受的各类荷载都会作用于管道支架上，任何一个管道支架的失效都可能导致管道系统破坏，直接影响管道自身系统和与其相连设备的安全可靠性。
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论文作者:吴迪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/17
标签：管道论文; 支架论文; 位移论文; 热力论文; 吊架论文; 荷载论文; 热膨胀论文; 《基层建设》2018年第29期论文;