摘要：支吊架在当今化工行业的应用十分广泛，这就需要根据管道支吊架工作环境、管材、设计参数、工况条件、荷载大小、热胀变形等因素作为切入点，保证支吊架间距在指定范围内，要满足柔性设计要求，确保设计方案能满足工况要求，保证管道经济、安全、合理地运行。基于此，本文重点探究化工管道支吊架设计与选用。
关键词：化工装置；管道支吊架；设计
引言
化工管道系统一个重要的部分是支吊架，其对化工管道安全运行起着关键作用，因此支吊架的设计应满足正常工艺工作要求，以及附属管道、设备、组件的承载与应力范围。对支吊架类型、数量和应力的分析，涉及到多学科专业知识，既要做到支吊架合理布置不影响管道自由形变受控制，又要采用合理的技术方法消除和弥补管件载荷。对支吊架的选型也是至关重要的，需结合实际工况环境要求，选择合适的化工管道支吊架，得当、合理、安全、经济地设计支吊架是一项重要课题，值得进行更深层的研究。
1.化工管道支吊架类型与作用
1.1滑动架
滑动架是在支承点的下方支承的托架，除垂直方向支撑力及水平方向摩擦力以外，没有其他任何阻力。滑动架是管道设计人员在没有提交应力管系分析前最常用的支架。非应力管线除特殊的情况外都可以选用滑动架进行支撑。常用的滑动架型式有平（弯）管支托、假管支托、悬臂支架、临管支架等。
1.2导向架
导向架用于引导管道位移方向、使管道能沿轴向位移而不能横向位移。当用于水平管道时，导向架同时又能起承重的作用。常用的导向架型式有管托型、光管型、管卡型导向架等。导向架一般设置在应力管线上，由应力专业对管系进行应力分析后给出。但在常规的管道设计中，通常在以下几个地方应考虑设置导向架：
1）在长距离输送物料的管廊上，如果没有设置 Π 型补偿器，在设置两个滑动架后应该设置一个导向架，来限制其横向位移；
2）管廊上管道方向发生改变后应在相应的位置上设置导向架；
3）从塔顶往下输送的物料管线，第一个支架（通常为承重架）后应在立管上设置导向架。支架为四个方向的导向架，防止管道因风荷载等产生横向位移；
4）调节阀出口的第一个支架应设置为导向架。
1.3固定架
固定架可限制支承点三个轴线的线位移和角位移，用于管道上不允许有任何位移的地方。固定架为保护性支架，一般同时又能起承重作用，在很多情况下管道都设置固定架，目的是为了保护管道，避免管道发生破裂、振动等情况。通常下列几种情况应考虑设置固定架：
1）在长距离输送的管廊上，对于设置Π型补偿器的管系，两个Π 型补偿器之间应设置一个固定架。目的是使两个固定架之间的管道应力能够全部由 Π型补偿器吸收；
2）从塔顶往下输送物料的管线，其第一个支架应设置为固定架（承重架），以减少塔管口的受力。支架通常设置在封头焊缝下方大于 500 mm的地方。当管道重量过大，一个支架承重有困难时，可增设弹簧架；
3）有热膨胀管道上安装的调节阀前应设置一个固定架，目的是防止调节阀因前后压力、温度等不同而产生振动，保护调节阀不受损坏；
4）安全阀出口的水平管线靠近出口处应设置一个固定架，防止因安全阀起跳而产生的管道振动，起到保护管线的作用。
1.4限位架
限位架用于限制管道一个或几个方向的线位移，导向架可以看作限位架的一种特定形式。以下几个地方可考虑设置限位架：
1）补偿器的两端，装置边界线的管道固定点等场合，可用限位支架代替固定支架；
2）在热态情况下，当管系的热膨胀方向朝向设备管口时，可在适当的位置设置逆热膨胀方向的止推支架；
3）刚度较大的管道对设备、设备基础等产生较大推力时，可在适当的位置设置止推支架。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2、支吊架选用原则
选择合适的化工管道支吊架对管道的安全运行起着至关重要的作用。支吊架的选用需要考虑多方面的因素，尤其要考虑支吊架支撑点承受的荷载压力、是否发生管道位移、管内介质材料以及管内外温度变化等，因此从支吊架的选用安全性角度出发，形成了以下几个原则：
1）选用标准、规范的管吊、管托与管卡。对于以下特殊情况：①管内介质温度高达400℃ 以上，②冷介质的输送，③浓碱液的输送，④合金钢材质管道，⑤频繁拆卸检修，应选择特殊材质和型号的管吊和管托，确保在硬件上保证生产工作要求。当隔热层壁厚≥130mm 时，调整管托高度至 200mm以上；当隔热层壁厚≥80mm 时，管托高度保持在100mm 左右可满足支吊架设计的安全性。
2）化工管道避免横向移动和荷载冲击过大，确保受外界振动影响时只发生较小的轴向位移。
3）受热膨胀量在 100mm 以上的管道，通过加长管托可有效避免管托下落距离较大，影响管线正常工作。
4）碳钢材料管壁厚超过 38mm，以及支架固定于合金装备上时，垫片和管件材质的选取均需通过专业人员检查认可。当支架固定于钢质装备上时，应选择与设备形状相似的垫片。
3、管道支吊架设置与位置确定
管道设计人员在管道设计过程中，应同时考虑支吊架位置及设置的可能性、合理性、经济性等，这是管道与支吊架设计者的共同要求。确定管道支吊架位置主要考虑以下几点：
1）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；
2）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（通常指荷载≥10 k N），应在管架位置确定后，向土建专业提出荷载条件；
3）需要进行应力分析的管道，支架位置应根据分析结果确定，并考虑支撑的可能性；
4）在垂直管段弯头附近或垂直段重心以上设承重架的，若垂直段较长，可在其下部增加导向架。
4、管架设计时应注意的几个方面
根据作者自身的设计经验，以及参与 30 万吨/年聚丙烯装置管道设计、现场指导管道安装的一些心得，指出在管道支吊架的设计过程中，除了需要遵循上述一些原则外，还应注意以下几点：
1）不锈钢管道与支架之间应垫不锈钢（或者聚四氟乙烯、不含氯离子的塑料或橡胶）垫板，防止不锈钢与碳钢之间直接接触产生晶间腐蚀；
2）离心泵的入口管道处应设置可调支架（常温下运行的泵可以不设），若有必要，可根据应力分析结果设置弹簧支吊架；
3）往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管道，应单独设置管卡型支架（支架生根于地面的管墩或管架上），以避免将振动传递到建构筑物的梁柱上，同时在管卡与管道之间应加橡胶垫，以增加管卡的紧固性能；
4）对于需要经常拆卸检修的管道（如聚丙烯装置气流输送管道）应设置卡箍型管托，不应选用焊接型管托；
5）低温管道（操作温度≤-20 ℃）的管架不应直接与钢结构接触，应在管架与钢结构之间垫隔冷块，如红松木等（即使是工艺不要求保冷的管架），以防止钢结构发生冷脆而遭到破坏。
结束语
在化工装置的管道设计过程中，支吊架的设计与管道设计密不可分。管道应力的大小是衡量管系能否安全运行的标准之一，应力如果过大，管系可能就会遭到破坏，而管道支吊架的正确设计与选用，其目的就是为了降低管道的应力，使之在允许范围之内。因此，正确合理的支吊架设计是化工装置安全稳定运行的重要保障。
参考文献：
[1]唐飞，刘兴然.化工管道支吊架的设计与选用[J].广东化工，2010，37（9）：152-154.
[2]周小兵，蔡晓峰.关于几种典型化工装置管道支吊架的设计[J].化肥设计，2010，48（3）：14-17.
[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，2011，30（6）：4-6.
[4]杨永恩.石油化工管道支吊架设计问题分析及对策研究[J].石油化工设计，2015，32（1）：46-48.
论文作者:姚凤桐
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; 吊架论文; 支架论文; 应力论文; 位移论文; 导向论文; 化工论文; 《基层建设》2018年第29期论文;