（山东省冶金设计院股份有限公司，山东，济南，250014）
【摘 要】现阶段热力专业的施工图对管道、风道、桥架等设备管线的支架没有深入的详细描述，只是标注了各专业管线的相应标高，这就造成在施工过程中各专业管线交叉，给施工带来困难，严重影响相关专业的施工进度。通过对热力专业管道支架因地制宜的优化设计和安装可以使设备管道安装达到坚固美观、感官良好的效果，并能大大促进施工安装的进度。
【关键词】管道设计；支架；优化设计
前言
架空输送管道在介质和大气温度变化的作用下，将产生热胀冷缩现象。为适应这种热胀冷缩的要求，保证管道稳定和满足正常生产的要求，通常每隔一段距离，设置一个固定点，在两个固定点之间，设置补偿器。这样管道系统就分为若干区段，每个区段的热胀冷缩能量由这一段的补偿器吸收，活动支架所受的力也通过该段管道传给固定支座，整个系统就成为—个稳定的系统。
一、管道支架设计原则
1、共同工作原则 （1）管道支架是支承管道的结构，而管道在一定程度上也支承着管道支架，两者形成一个空间体系而共同工作。（2）柱顶相当于支承在一个有限变位的弹性支座上，即管道在柱顶起着支承的作用，因此管架柱的计算长度就比独立的悬臂柱小。
2、牵制作用 （1）多管共架的管线，各管道同时产生温度动作的可能性是不存在的。（2）在任一瞬间有温度作用的管道力图推动管道支架唯一；无温度动作的管道，非但不推动管架位移，反而起着阻止管道支架位移的作用。（3）管道支架承受的实际摩擦力及由此产生的弹性位移值，通过上述作用一般可减少30％ 以上，这种现象说明了管线的不同时工作对管道支架的受力具有牵制作用。
3、结构选型 （1）管道作用于管道支架上的水平推力，是由于管道热变形引起的。（2）活动管道支架柱脚做成理想铰，则管架便能适应管道的热变形而位移，这样管道支架也就不受水平推力。（3）刚性滑动支架承受的水平推力大，因其适应热变形的能力差；柔性滑动支架承受的水平推力小，因其能适应一定的热变形要求。
二、管道设计中支架的合理及优化设计
1、管道支吊架选用
管道支架包括了所有管系支承装置，其结构、形状众多，但就其机能和用途可以为支架（包括管托、滚动支架、管卡、平衡锤支、架弹簧支架等）；吊架（包括钢性吊架、弹簧吊架）；限制性支架和支承装置等等。
（1）管道支架的选用应根据管道支承点位置以及荷载大小方向、位移情况、工作温度、绝热、管道材质、生根位置、限位或防振要求等综合考虑，选用适合的支架。支吊架的结构件应具有足够的强度和刚度，并尽量简单。设计时选用标准支架零部件。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。
（2）支吊架的间距，应小于或者等于管道的允许跨距，水平敷设在支架上的有隔热层的管道，应设置管托，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，在支架处应设置能保护隔热层的筋板或支耳等结构。
（3）输送介质温度等于或者高于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料垫板的支吊架。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。
（4）管道无垂直位移或垂直位移很小且允许约束的部位可选用刚性支架。当管道在支承点处不得有任何位移时应选用固定支架，补偿器应设在两固定支架之间，Π型补偿器距固定支架的距离，不宜小于两支架间距的1/3。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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，沿立式设备敷设的管道宜设导向支架，并不宜设在弯头和支管连接处。
（5）管道在支承点处有位移且荷载变化率大于6%时选用可变弹簧支架，当荷载变化率不大于6%时选用恒力弹簧支架。至于管道在支点处有多少垂直位移才选用弹簧吊架，根据鲁默斯公司规定，支点垂直位移超过2.54mm 者要用弹簧支（吊）架，小于此值可不用。例如榆炼制氢装置转化气预热锅炉至中变反应器的转化气管线管径DN300，温度400℃，经过应力专业分析，反应器入口管口附近的管线垂直位移量达到44mm 因此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）支撑点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。
2、管道支吊架位置的确定
管道支架设置除了满足管道最大允许跨度的要求外，还应考虑以下事项：
（1）管道支吊架应靠近管系的两端，当管系与设备相接时，应尽量靠近设备管嘴，以减少其受力（和弯矩）。（2）管道集中荷载处、弯管附近，大直径三通式分支管处附近和有法兰等可拆连接处需要考虑设置支架。邻近管道可以考虑合用一个管架。安全阀出口放空管道上通常需要设置刚性支架，以承受安全阀起跳放空时，介质排放对管道产生的反作用力。（3）尽可能利用建筑物、构筑物的梁、柱设支架的生根结构，且其荷载应不能使梁柱弯曲变形，注意的是大型往复式泵、压缩机的进出口管道和其他有振动的大直径管道，需要考虑单独设置管道支架。（4）管系有垂直管段时，宜在垂直管段上部或下部设承重支架，垂直管段很长，中间应设导向支架。例如:塔顶气相管道在距上部封头焊接最小150mm 处设置承受管道重量的固定支架， 其他支架可设为上下滑动的导向支架。（5）需要维护的管道支架，例如弹簧支架、减振支架和阻尼支架等，应考虑在支架周围留有足够的维护空间。同时管道支架不应妨碍管道与设备之间的连接，设备和管道的运行、操作及检修。
3、管道支吊架的生根
管道支架的生根部位应满足管系的荷载要求，因此需要有一定的强度和刚度。当管道支架直接生根焊或通过高强度螺栓连接而生根于设备外壁时，其生根部位将产生局部应力，特别是管道支架所承受的荷载较大时，可能造成设备外壁生根部位局部应力过大，对设备的整体稳定性产生影响。管道支架生根焊在钢制设备上时，所用垫板应按设备外形成型，垫板材料与设备材料相匹配；在有衬里设备或管道上的生根件，应在衬里前完成其焊制工作；在需要热处理的设备上的生根件，应在设备热处理前完成其焊制工作。
4、振动管道的支架
装置的管道和设备发生振动的原因主要有：流体的不规则流动或流体通过弯管部分由于动能的变化或由于周期性的外力作用；泵、压缩机、透平等回转或往复运动的机械不平衡而引起的机械的振动；室外管道和设备受到周期性的风压；
安全阀和减压阀的急速开放引起的冲击和振动；压缩气体和两相流体的湍振。例如往复式压缩机进出口管道支架基础， 必须与压缩机基础及建构筑物分开，不在机壳、底座、楼板或平台上生根，应设计成独立支架且支架高度应尽可能低些。振动管道上的管道相邻支架间的距离不应相等，其差值一般取100~200mm；管道支架应设在所有管道拐弯、分支、标高有变化及集中荷载附近，其支架采用特殊的抑震管架；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。对于需要导热应力的管道，其管架位置需要经过计算机应力分析后统一考虑。
总之，管道支架设计和管道热应力解析是不可分割的，做支承设计时要考虑经济合理，要满足强度，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。在工业行业的设计工作中不能忽视。
参考文献：
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[2]曹芙波，魏宏刚，桑冬梅. 独立式管道支架的加固设计[J]. 工业建筑. 2007(S1)
[3]张芳. 管道支架的设计[J]. 山西化工. 2006(01)
[4]马鸣. 供热管道支架设计初探[J]. 大连大学学报. 2005(02)
论文作者:白冰
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年1月供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：管道论文; 支架论文; 位移论文; 吊架论文; 荷载论文; 设备论文; 应力论文; 《工程建设标准化》2016年1月供稿论文;