变力弹簧支吊架在化工管道上的应用

朱存英，崔俊良

（邯郸市新阳光化工有限公司,河北 邯郸 056000）

变力弹簧支吊架是一种比较特殊的管道与设备支架，通过它来悬吊和支撑管道及设备。该支吊架内装有圆柱螺旋弹簧，在承载的同时，既能适应管道或设备的热位移，也能吸收管道的振动，起到减震作用。当管道或设备在垂直方向产生位移时,在预先载荷位移内,可以通过弹簧支吊架而始终获得符合要求的支撑力。从而不会给管道或设备带来新的附加压力，避免造成重大安全事故。

常用的刚性支架，在管道与设备因温度、承载发生变化时，支点承载超负荷或脱离支点失去支撑作用，其后果是极其严重的，轻者，造成管道、设备焊缝发生裂纹，重者，造成管道断裂、设备撕裂，一些化工企业，尤其是新建的化工企业，在试车过程中曾因未使用或未恰当选择弹簧支架发生过多起安全事故。

变力弹簧支吊架在新阳光化工公司生产装置中得到了良好运用，提高了管系柔性，满足了管道和设备应力要求，在试生产过程中，很好地解决了热应力问题，未发生任何安全事故，保障了安全生产。

1 变力弹簧支吊架概况

变力弹簧支吊架主要由圆柱螺旋弹簧、位移指示板、壳体、荷重柱及调节螺柱（花篮螺母）等零件组成(见图1)。弹簧支吊架化工设计院标准VS系列主要用于石油化工行业，位移范围为0～180 mm，载荷范围为154～217 384 N，使用温度范围-20～200℃。

变力弹簧支吊架之所以称为变力，是相对于恒力弹簧支吊架而言，其荷载随着所支吊管道的位移而变化，其荷载变化率≤25%，而恒力弹簧支吊架要求荷载变化率小于6%。变力弹簧支吊架比恒力弹簧支吊架经济、荷载变化率范围大，因此，在应力计算允许的情况下，变力弹簧支吊架在实际化工生产装置中应用更广泛。

2 变力弹簧支吊架种类

可变弹簧支吊架按安装方式的不同，分为A、B、C、D、E、F、G 7 种型式。

（1）A型----上螺纹悬吊型。上吊杆一端与根部相连，另一端用螺纹拧入弹簧支吊架顶板螺孔内，并用螺母锁紧。花篮螺母下端与管道吊杆上端用螺纹相连，旋转花篮螺母，将管道吊装到规定的安装位置，然后用螺母锁紧。

（2）B、C型----单耳、双耳悬吊型。弹簧支吊架上端与吊杆或吊板相连，吊杆、吊板另一端固定在钢梁或楼板上。

A、B、C 3种类型都是悬吊型的吊架，主要的区别是上吊杆与弹簧支点架顶板连接方式上，三者区别不大，见图2。

（3）D型----上调节搁置型。用螺栓将弹簧支吊架固定在钢梁或楼板上，吊杆穿过吊架本体与管道相连，旋转顶部螺母，将管道吊装到规定的安装位置，然后用螺母锁紧，见图3。

（4）E型----下调节搁置型。E型与D型基本相同，区别为调节螺母位置，D型在上，E型在下，见图4。

（5）F型----支撑搁置型。用螺栓将弹簧支吊架底板固定在基础、钢梁或楼板上，顶部支撑水平管道或弯道底部。当现场实际支撑高度与设计提供安装高度有出入时，可转动荷重柱进行微调，其微调量为Lmax与Lmin之间。弹簧型号VS30F0～9为±6 mm；VS30F10～24 为±12.5 mm； 弹 簧 型 号VS60F、VS90F、VS120F、VS150F、VS180F 均 为 ±25 mm，见图5。通常情况F型选择使用的较多。

（6）G型----并联悬吊型。旋转花篮螺母，使固定在钢梁或楼板上的吊杆拉紧，将吊架调整到设计的安装高度，再用螺母将花篮螺母锁紧，见图6。

3 弹簧支吊架常用位置

（1）传动设备进出口

物料温度较高、工作载荷变化大的传动设备，其进出口管道应该配备弹簧支吊架，这样可以减轻传动设备附加压力，保证传动设备安全稳定运转，尤其是比较精密的设备，如屏蔽泵、高速离心泵等，输送物料温差较大时，更需精心选择变力弹簧支吊架，见图7。

（2）静止设备进出口

介质温度较高的容器或换热器等静止设备，侧位连接的垂直管道较长时，管道应设置弹簧支吊架。否则连接静止设备的一侧，在管道附加压力下，极易撕裂设备，引发安全事故，2011年邯郸市某化工企业，造成在试车过程中，1台蒸发器再沸器中间完全断裂，造成物料泄漏事故，见图8。

（3）较长的垂直管道上下弯头处

物料温度较高，管线垂直段又较长的管道，在使用时载荷变化大，位移大，应设置弹簧支架，这样，可以减轻对连接设备的带来的附加压力，防止管道局部受力拉断管道，引发泄漏事故。2012年邯郸市某3个化工企业，在试生产时，发生多起管道焊缝开裂、管道断裂事故。

（4）较长、较重垂直管道中部

特别长的管道在管道中间可使用1个或多个支吊架，以减轻上下二端受力，防止对相连管道和设备带来较大附加力，见图10。

4 选购弹簧支吊架时需提供的数据

选购弹簧支吊架时，需向生产厂家提供使用参数。参数的选择和计算非常重要，如参数提供误差太大，可能造成弹簧支吊架不能使用或发挥不到应有作用。

（1）弹簧支吊架的型式

根据装置的性质和特点，合理选择支点或吊点的位置，在上述7种类型中选择1种。型式选择是根据管道所处空间决定的，在空间环境允许情况下选择最优型式，要充分考虑安装的简易性、美观性、安全性、牢固性及空间利用最优性等，并结合经验选择。

（2）弹簧支吊架冷载荷、热载荷和整定载荷

需计算使用管道设备的冷载荷、热载荷与整定载荷。管道在冷态下，弹簧支吊架所承受的载荷为冷态载荷，即管道未使用时的载荷，也叫安装载荷，根据承重管道和管件材质、规格，计算重量；管道在热态下，弹簧支吊架所承受的载荷为热态载荷，即管道使用时的载荷，也叫工作载荷，热载荷包括物料重量，如果物料为气态，重量较轻，可忽略不计；弹簧支吊架在安装时整定的载荷为整定载荷，一般情况下，整定载荷等于冷载荷。

（3）弹簧支吊架位移数据

根据管道材料、长度、温差，计算管道在冷态与热态下位移量。并说明冷热态变化时，弹簧位移方向，说明工作时支点是上移动还是下移动，否则无法对变力弹簧支吊架进行整定。

5 弹簧支吊架的安装、使用与维护

（1）安装弹簧支点吊架时，固定点要保证在最大受力情况下安全可用，吊架的拉杆不宜太短，支架与支撑点之间不得焊接或螺栓固定，给支点和吊点保留一定的横向移动空间，这样使支点在纵向和横向上都有一定的弹性，充分发挥支吊架的作用。每一个弹簧支吊架根据计算的数据，在未使用时对弹簧进行整定，用上、下二块定位块将弹簧支吊架的指示板固定在与安装载荷相应的位置上，使弹簧支吊架暂处于刚性状态，在安装时，严禁将整定块拔下，否则无法使支点定位，也极易损坏弹簧。

（2）弹簧支吊架在未投入使用前，严禁拔下整定块，要保持弹簧支吊架处于刚性状态。

（3）管道经清洗、水压试验后，在投入使用前取下上、下定位块，否则，变力弹簧支吊架处于刚性状态，与一般的刚性之间无任何区别，起不到应有的作用。

（4）弹簧支吊架投入使用前（定位块去掉后），要检查指示板指针指示位置是否在应有位置，如误差较大，说明冷载荷计算有误，需重新选择弹簧支吊架。

（5）弹簧支吊架使用时，首先检查在安装载荷到工作载荷的位移过程中，有无卡阻现象，如发现异常要及时查找原因。

（6）管道投入正常运行后，检查在工作载荷时，指针位移是否与计算的一致。检查弹簧支吊架管道停止运行后，指示板是否复位到安装载荷的位置，如误差较大，可考虑重新选择。

（7）由于管道支吊架在设计、安装过程中可能存在一些问题，加上经一段时间运行后,管线的形态、位置以及支吊架弹簧等部件的性能等可能发生一定变化,均会发生支吊架损坏、过载、欠载及位移受阻等问题,造成管道局部区域滚珠丝杠应力增高、对端点(或设备)推力增大等情况，必然会影响到设备运行的安全性和经济性。因此，对异常情况要及时检查、及时处理，必要时进行更新。