管道支吊架 管道支吊架的选用及设置

在设计管道时，首先要考虑满足工艺要求，还要考虑设备、管道及其部件的受力情况，以确保安全运行。管道应力分析是一项涉及多学科的综合技术，是管道设计的基础。在管道应力分析过程中，正确设置支吊架是一项重要的工作。通过合理选择和合理布置支吊架，设计的管道系统不仅美观，而且经济安全。

1、角色

管道支吊架主要有以下功能。

(1)承受管道的重量荷载(包括管道本身的荷载、隔热或隔声结构荷载和介质荷载等。).

(2)用于限制、控制和约束管道在任何方向的变形。

(3)用于限制或减轻往复泵进出口管和管道因地震、风压、水锤和安全阀排放反作用力引起的振动。

2.位置和类型

管道支吊架的位置和类型对固定管道系统的受力状态有很大影响，主要表现在两个方面。

(1)对管道系统末端的应力分布状态、最大应力值、力和力矩有影响，因为管道系统末端的载荷会传递到与管道末端相连的设备上。因此，适当设置支吊架可以改善管道系统中的应力分布、端部应力和力矩状况。因此，管道系统的柔性不仅受管道系统形状的影响，还受所选支吊架的位置和类型的影响。

(2)支吊架布置非常灵活，变化范围大。支架和吊架的位置、数量和形式选择通常因人而异。同一管道系统有多种支吊架设置方案，不同的设置形式会反映不同的应力分布、应力值和端点。因此，在管道设计中，为了使管道系统具有足够的灵活性，除了管道系统的走向和形状之外，支架的位置和类型也很重要。

2.1间距

支吊架间距，特别是水平管道的支吊架间距，不应超过管道的允许跨度，以控制挠度不超过极限。一般情况下，连续敷设管道的允许跨度应根据三跨连续梁在均布荷载作用下的刚度条件进行计算，并根据强度条件进行校核，取刚度条件确定的跨度和强度条件确定的跨度中较小的值。

2.2灵活性

充分利用管道的自支撑功能，少设或不设支撑。要利用管道系统的自然补偿能力，合理配置支吊架点，选择支吊架类型。

2.3位移

带管架的管道纵向位移不得超过管架长度；管架的长度应留有足够的余量，并排敷设的管道的横向位移不应影响相邻管道。

2.4生根条件

必须具备生根条件的支吊架一般可以在地面、设备或建筑物、构筑物上生根。

2.5类型

(1)支吊架从限制性角度可分为三类:固定架、导向架和支撑架(或单向推力架)。

(2)支吊架的力学性能可分为刚性支撑和弹性支撑。

2.5.1刚性支撑

理论上来说，刚性支撑的刚度是无限的，在外荷载作用下不发生变形，所以一般用在没有竖向位移的地方。

弹性支撑

弹簧支吊架分为两类:可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架。

(1)可变弹簧吊架的特点是当管道系统在垂直方向位移时，弹簧被压缩或伸长，支点上的力发生变化。支点处管道系统的荷载会重新分配给附近的支点，荷载变化率一般规定为25%。

负荷变化率= |工作负荷-安装负荷|×100≤25%工作负荷

当可变弹簧不能满足载荷变化率≯25%的要求时，可选用恒力弹簧吊架。

(2)恒力弹簧吊架是指管道系统上下(垂直)运动时，其载荷是恒定的，即理论上其载荷变化率为零。这种悬挂器适用于垂直位移大或载荷变化率严格的管道系统。

2.6位置

确定管道支吊架的位置有以下几点:

(1)承重架的距离不得大于满足管道刚度和挠度要求的最大距离。

(2)承重架应制作在管道垂直段弯头附近或垂直段重心上方。当垂直截面较长时，可在下部增加导向架。

(3)承重架应设置在集中荷载较大的管道部件附近，并应设置在弯管和大直径三通支管附近。

(4)尽量减少设备接口的应力。如果支架靠近界面，不会对界面产生较大的热膨胀弯矩。

(5)支架的位置和类型应尽量减少作用力对根部的不利影响。

(6)对于复杂管道，特别是需要进行详细应力计算的管道，应根据应力计算结果调整支吊架的位置。

(7)应在敏感设备(泵和压缩机)附近设置支架，以防止设备口承受过大的管道载荷。

(8)往复式压缩机的吸入管或排出管以及其他振动强烈的管道应设置单独的支架(支架扎根在地面的管墩或管架上)，以避免将振动传递给建筑物。

(9)安全泄压装置的出口管应按要求安装支架。

(10)除振动管外，应尽可能将既有建筑物、构筑物的梁、柱作为生根点，并考虑生根点承受的荷载。生根点的结构应满足生根部位的要求。

(11)管道支吊架的位置应不妨碍管道和设备的连接和维护。考虑到维护方便，拆除管段时最好不要做临时支撑。

3.选择原则

(1)在选择管道支吊架时，应根据支撑点的荷载大小和方向、管道的位移、工作温度、是否保温或保冷、管道的材质选择合适的支吊架。

(2)设计时应尽可能选用标准管架、管夹和管道吊架。焊接管架和管道吊架节省钢材，制造简单，施工方便。因此，除下列情况外，应尽可能采用焊接管架和管道吊架:

(1)中温≥400℃的碳钢管道；

②低温管道；

③合金钢制管道；

④生产中经常需要拆卸维修的管道；

⑤空敷设的、施工中难以焊接的管道；

⑥非金属内衬管。

(3)防止管道产生过大的侧向位移和可能的冲击载荷，保证管道只沿轴向运动。一般情况下，在下列条件下，在管道上设置导管支架:

①安全阀出口处的高速泄放空管道和可能产生振动的两相流管道；

②侧向位移过大影响相邻管线；

③当固定支座间距过长，可能引起侧向失稳；

④为防止法兰和活接头泄漏，要求不要出现横向位移过大的管道。

(4)热膨胀超过100 mm 空的管道敷设应选用加长管架，以防止管架掉落在管桥下。

(5)支架植根于钢制设备。如果设备需要热处理，设备专业应提供板材委托。当设备由合金制成时，垫板的材料应与设备的材料相同。

(6)设备或土建平台上的大荷载支架的位置、标高和荷载应事先与相关专业联系。

(7)需要限制管道位移的地方，应考虑设置限位框。

(8)垂直方向有位移时，可选用弹簧支吊架；弹簧可根据具体情况并联或串联使用。

(9)当管道在支点处有垂直位移，要求支撑力的变化范围在6%以内时，管道系统应采用恒力弹簧吊架。

(10)当管道支吊架总图中无法选择合适的支吊架时，可采用其他特殊形式的支吊架。

(11)在保证安全使用的前提下，首选标准管架和定型构件，减少管架和非标准管架的种类。

(12)支吊架形式应能满足管材或生根设备的材质和热处理要求。

(13)汽水形式应便于管道的拆卸和维护，有利于施工，不妨碍操作和通行。当支架和吊架位于操作人员可能经过的地方且位置较低时，三角形支架应取消或改为吊架。管道经常拆卸时，应避免焊接结构。

4.结论

综上所述，在整个管道工程的投资中，虽然支吊架系统的比重很小，但支吊架系统对整个管道系统的安全运行起着至关重要的作用；管道支吊架的设计与管道系统的受力密切相关，通过设置支吊架可以限制某一方向的受力或位移，使管道系统处于安全状态。从某种意义上说，管道规划过程实际上就是规划管道支吊架。可见，管道支吊架的设计在管道设计中起着非常重要的作用。

参考文献:

1.周明恒，常德功，《管道附件设计与选择手册》，化学工业出版社。

2.原中华人民共和国化学工业部，《工业金属管道设计规范》，中国规划出版社。

3.中国石化上海工程有限公司，化学工业出版社，化学工艺设计手册第三版。

4.蔡，石油化工管道设计，化学工业出版社。

5.李国成，管道手册，中石化出版社。

6.宋歌，“压力管道设计和工程实例”，化学工业出版社。

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