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摘要：热力管道布置的任务是根据系统图和规程规范布置管道，并保证管道系统具有足够的稳定性和柔性，防止由于热膨胀、管道自重、地震、风载和水锤或管道自身支吊架受限而发生下列情况：应力过大或金属疲劳而引起管道破坏；管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；管道振动过大；管系运行一段时间后整体下沉等。因主蒸汽管道、主给水管道设计在热力管道布置与应力计算分析中比起其它汽水管道来更具有代表性，因此本文主要以这两种管道的设计来进行论述，以供参考。
关键词：管道布置；支吊架设置；应力计算；受力分析
1管道布置
热力管道的布置除应满足相应的规程规范的要求外，还应尽量考虑管道的自然补偿能力。其主要原则是：调整管道的走向，以增强整个管道的柔性；利用弹簧支吊架放松约束；改变接口设备布置等。对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形、π形、Z形等管段。确定管道固定点位置时，应使两固定点之间的管段能够自然补偿或者通过补偿器补偿。
1.1管道的荷载
管道荷载包括：重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重、积雪重等；压力荷载，包括内压力和外压力；位移荷载，包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移等。
1.2管道端点的附加位移
在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑管道端点的附加位移；设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移。
1.3管道支吊架间距
对于水平连续敷设并承受均布载荷（指管道自重、介质重、隔热材料重、积雪重之和）的管道，分别根据刚度条件和强度条件计算其最大允许间距，取两者之间的最小值作为支吊架允许最大间距。对于90°弯管的两端支吊架展开最大间距取支吊架允许间距的0.7倍。管道支吊架间距的确定，实际上就是管系承重支吊架的位置和数量的确定。
1.4管道支吊架的型式
管道支吊架的作用是：承受管道的重量荷载；阻止管道发生非预期方向的位移；控制管道的振动、摆动或冲击。根据管道支吊架的用途可以将支吊架分为两类：承重支吊架，限位支吊架和阻尼器。承重支吊架又分为刚性支吊架、变力弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架三类。限位支吊架又可分为固定支架、导向支架、单径向限位、双径向限位，轴向限位板，以及轴向和径向推拉杆等。
1.5支吊架的位置确定
管道布置后，应根据管道的走向，在支吊架允许间距范围内，在可行的土建结构生根情况下，进行支吊架的设置，从保障管系的自身强度和稳定性。支吊架的设置除应满足最大间距外，还应尽量靠近阀门和重管件等，并考虑对整个管系有较好的承托性。支吊架的设置，还要保证管道的应力在规范允许范围内，位移和振动可控，接口力和力矩符合厂家和规范要求。
2应力计算
进行应力计算的目的是：使管道应力在规范的许用范围内；使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；计算出作用在管道支吊架上的荷载。
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2.1管道应力计算的方法
管道应力计算的方法有：目测法、图表法、公式法和计算机分析方法。目前，电厂内主要汽水管道的应力计算推荐采用计算机分析方法。
2.2对管系进行分析计算
进行计算机应力计算时，要建立计算模型，编制节点。其中包括：管道端点、管道约束点、支撑点、给定位移点；管道方向改变点、分支点；管径、壁厚改变点；存在条件变化点（温度、压力变化处）；定义边界条件（约束和附加位移）；管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件）定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力等）。
（1）初步计算
输入原始数据进行计算，其过程和结果如下：利用计算机推荐工况；弹簧可由程序自动选取；计算结果分析；查看一次应力、二次应力的核算结果；查看冷态、热态位移；查看设备受力；查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）；查看弹簧表。
（2）应力分析
反复修改直至计算结果满足标准规范要求。计算结果不满足要求可能存在的问题，根据下列情况做相应修改：一次应力超标，很可能是缺少支架；二次应力超标，限位或者固定支架设置不合理，管道柔性不够或三通需加强；冷态位移过大，缺少支架；热态位移过大，缺少限位或者固定，管道自补偿不够；设备受力过大，管道柔性不够，没有用限位进行合理调整；固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够；支吊点冷热态力相差过大，可考虑采用弹簧支吊架；弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整。
3主蒸汽、主给水管道的设计
从以上的论述，我们大致了解了热力管道设计时与管道布置、应力计算相关的内容，下面就具体的管道设计进行分析。
3.1主蒸汽管道布置 和设计
主蒸汽管道布置时，根据锅炉过热器接口和汽轮机主汽阀接口的位置，确定管道的大致走向。管道布置应靠近锅炉钢梁、土建梁柱与平台，以方便支吊架的设置。
管道的布置应保证管道有足够的自然补偿能力，从而使管道的应力水平满足规范要求，接口力和力矩能够在厂家允许范围内。在主蒸汽的锅炉侧和汽机侧，尽量各设置一个竖直方向的推拉杆限位，以增强对整个管道的承托性，防止管道下沉。
有些工程还需要考虑地震力、风载和水锤力，不过这些都是偶然工况，必要的时候，可以在适当的位置设置间隙限位和阻尼器，增强管道在偶然工况下的稳定性和强度。
3.2主给水管道布置 和设计
主给水管道布置时，首先按照各接口位置进行初步布线，在母管上要设置π型以补偿热膨胀、减小接口力和力矩，在高加进出口要设置L、Z型布置来减小接口热态位移及受力。根据不同管段上的强度和刚度条件计算出支吊架的间距，在管线上添加支吊架。
管道支吊架设置完成后，可使用三维管道软件生成应力计算原始程序。在此过程中要注意的是，需输入给水泵进出口、高加进出口、省煤器进口的热态附加热位移，需要显示力与力矩的接口设置等。然后进行应力计算，根据计算结果调整管道的布置，其中包括：调整给水泵进、出口管道上的弹簧以及适当设置限位支架，以满足对设备接口处受力及力矩要求，对于热态位移较小的弹簧吊架改为刚性吊架，对于失重的刚性支吊架应改为弹簧支吊架。
结束语：管道布置和应力计算是热力管道设计中比较重要的两个方面，合理的管道布置是汽水管道的设计中，主蒸汽、主给水管道的设计在管道布置、应力计算分析上得到了较全面的体现，上述的各个方面在具体设计时都有所涉及。正确掌握这两个方面是做好主蒸汽、主给水管道设计的必要条件，同时也是做好其它汽水管道设计的要求。
参考文献：
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[2]王驰、刘志锋.非开挖技术在管道铺设中的应用[J].山西建筑，2012，（03）.
[3]火力发电厂汽水管道设计技术规定[M].中国电力出版社.
论文作者:张曼娜
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：管道论文; 吊架论文; 应力论文; 位移论文; 荷载论文; 间距论文; 弹簧论文; 《北方建筑》2016年12月第35期论文;