王良（中國寰球工程公司華北規(guī)劃設(shè)計院 河北 涿州 072751）

管道支吊架是管道系統(tǒng)的重要組成部分， 其設(shè)計是管道設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。 通過設(shè)置支吊架實現(xiàn)對管系變形的控制，減小管道的二次應(yīng)力和對設(shè)備的推力，以保證管系的正常運行，往復(fù)運動機械可以通過設(shè)置合適的支吊架來達(dá)到減小管道振動的目的[1]。

一、選用支吊架應(yīng)遵循的原則

剛性支吊架，主要用于管道無垂直位移的部位。 例如：滑動支架或管托，滾動支架或管托、假管支架，由生根結(jié)構(gòu)吊桿、管卡或吊耳組成的剛性吊架等。 可調(diào)剛性支吊架，高度或長度可少量調(diào)節(jié)，主要用于管道無垂直位移，但要求安裝誤差嚴(yán)格的場合或管道有少許垂直位移的部位，例如泵前入口管支架；帶花蘭螺母的吊架等。 彈簧支吊架，或可變彈簧支吊架，主要用于管道有垂直位移的部位，支架受力與彈簧被壓縮或拉伸量有關(guān)。

(1) 將管子固定在支架上，不允許發(fā)生任何方向的位移，這種支架稱為固定支架。 固定支架的作用是為了均勻分配補償器之間管道的熱伸長，保證管道在支架上不發(fā)生移動；固定支架受力較為復(fù)雜， 除了承受管道重量外， 還承受著管道軸向壓力的反力、熱脹冷縮的水平推動力及活動支架的水平摩擦力。

(2)將管子敷設(shè)在支架上，當(dāng)管子熱脹冷縮時可與支架發(fā)生相對位移，這種支架稱為活動支架。 活動支架分為滑動支架、滾動支架、 導(dǎo)向支架。 滑動支架是指管子與支架間相對運動為滑動。滑動支架摩擦力較大，但制作簡單，應(yīng)用廣泛。U 形螺栓固定的低滑動支架，適用于熱伸長量較小的室內(nèi)不保溫管道，滾動支架是在管道滑托與支架之間加入滾柱或滾珠， 使管子與支架間相對運動為滾動運動，從而使滑動摩擦力變?yōu)闈L動摩擦力，這種支架稱為滾動支架。滾動摩擦力小于滑動摩擦力。特點是摩擦阻力小，適用于管徑較大、介質(zhì)溫度較高且無橫向位移的管道。

(4)在管道有軸向位移的支架，兩側(cè)加裝型鋼擋塊，使管道在作軸向運動時不致偏離管道的軸線，這種支架稱為導(dǎo)向支架。 適用于管道作軸向位移而不偏離管軸線的管道上。

(5)在垂直熱位移較大，或由于支吊架處的熱脹力過大可能造成管道應(yīng)力或設(shè)備受力超標(biāo)時， 以及支吊點載荷過大使支吊架難以承受時， 需采用彈簧支吊架。 轉(zhuǎn)動機器管口附近的管道上，不宜采用恒力彈簧支吊架[2]。

(6) 剛性支吊架用于沒有垂直位移或垂直熱位移很小的場合。

二、石油化工裝置管道支吊架位置的確定

近似水平布置的管道應(yīng)控制一定的支吊架間距， 以保證管道不產(chǎn)生過大的撓度、彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，特別要考慮管道上諸如法蘭、閥門等部件集中載荷的作用。 垂直管道支吊架也應(yīng)控制間距，防止管道由于各種載荷組合作用而產(chǎn)生過應(yīng)力。 水平直管道的支吊架間距應(yīng)滿足下列要求。 1)強度條件。 應(yīng)控制管道自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，使管道的持續(xù)外載當(dāng)量應(yīng)力在允許范圍內(nèi)。一般鋼管道的自重應(yīng)力不宜大于16MPa。2)剛度條件。 應(yīng)控制管道自重產(chǎn)生的彎曲撓度，使管道在安全范圍內(nèi)使用并能正常疏、放水。 管道的相對撓度應(yīng)小于管道疏放水時實際坡度的1/4。 對于可能產(chǎn)生振動或有抗地震要求的管道， 還應(yīng)根據(jù)其振因控制管道的撓度，使管道的固有頻率值在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。 一般鋼管道的彎曲撓度不宜大于2.5mm[3]。

一般選用的彈簧，其荷載變化率應(yīng)小于25%。 當(dāng)選用彈簧的荷載變化率＞25%時，可選用兩個彈簧串聯(lián)。串聯(lián)彈簧應(yīng)選用最大荷載相同的彈簧，每個彈簧的荷載相同，總的位移量按每個彈簧的最大壓縮量的比例進(jìn)行分配。 通常確定管道的允許跨距是以剛度條件計算，用強度條件校核。 取兩者中的小值。 按剛度條件計算時，假定管道為一單自由度振動系統(tǒng)(對水平管道僅考慮上下振動)，為使管道在輕微的外力作用下不發(fā)生明顯振動，裝置內(nèi)管道的固有振動頻率不宜低于4Hz， 裝置外管道不宜低于

2.55Hz。

三、石油化工裝置管道支吊架的設(shè)計

(1)按允許的最大跨度設(shè)置支吊架外，尚應(yīng)在下列位置設(shè)支吊架。 ①當(dāng)管系與設(shè)備相連接時，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置支吊架，以減少其受力和力矩。 ②當(dāng)管系中有閥門或小型管道設(shè)備等集中荷載時， 應(yīng)靠近集中荷載處以減少偏心荷載和彎矩。 ③彎管附近、大直徑管三通或分支管處附近。 ④帶有垂直管段的管系，宜在垂直管段上部或下部設(shè)承重支架，當(dāng)垂直管段較長時，中間應(yīng)按規(guī)定間距設(shè)導(dǎo)向支架； 在水平敷設(shè)的管段轉(zhuǎn)向垂直管段拐彎處附近的支吊架，應(yīng)根據(jù)支點的垂直位移量設(shè)置彈簧支吊架[4]。

(2)應(yīng)盡可能利用建筑物、構(gòu)筑物的梁柱作為支吊架的生根點，但應(yīng)核算生根點所能承受的荷載，必要時可減少跨距以降低生根點的荷載。

(3)對于復(fù)雜的管系，為簡化應(yīng)力分析，宜用固定支架將管系分割成可自補償?shù)娜舾蓚€管段(必要時加人工補償)，在兩固定支架間設(shè)承重支吊架或?qū)蛑Ъ堋?/p>

(4)與設(shè)備連接的管道，其支吊架的位置應(yīng)設(shè)在不妨礙設(shè)備的檢修和閥門操作、 且在檢修設(shè)備或移走設(shè)備時不需設(shè)臨時支吊架的地方。

需要經(jīng)常拆卸維修、清掃的部位不得設(shè)置焊接型支吊架。

結(jié)論

管道支吊架是管道的支架、吊架、管托等管道支承結(jié)構(gòu)的簡稱。 正確選擇管道支吊架的型式和合理的位置確定是管道安拿運行的保證。 通常評價管道設(shè)計，不僅要看其布置合理、美觀、操作、檢修方便并具有一定的柔性，同時也要看支吊架型式與位置的恰當(dāng)。 因此，管道支吊架設(shè)計是管道設(shè)計的重要組成部分。

[1] 殷海峰. 管道支吊架分析法設(shè)計中若干問題的研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012(21)：108-109.

[2] 劉美榮. CAESARⅡ在煉化裝置配管設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)計，2012(02)：210-212.

[3] 張利，李巖，魏韜. 石化管道應(yīng)力分析及支吊架設(shè)計綜述[J]. 化工設(shè)計通訊，2009(01)：67-68.

[4] 張芳. 管道支架的設(shè)計[J]. 山西化工，2006(01)：102-103.