关于化工管道的支吊架设计要点的思考

张浩

（山西阳煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

关于化工管道的支吊架设计要点的思考

张浩

（山西阳煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

本文章主要讲述了化工装置设备中作为运输通道的管道支吊架的分类、作用、设计关键点，着重解析了几种常规支架的类型，提出在明确管道支吊架定位以及设置时需要注意的问题，并且尽量努力做到与专家学者的经验相结合，分析化工管道支吊架的设计过程中，需要谨慎对待的几点问题。

弹性支吊架；设计要点；化工管道系

支吊架系统作为管道的应力承托设备，虽然在整套设备中的投资占比较少，但一直被作为管道设计的重要组成部分，被提到十分着重的位置。因其对确保化工管道系的安全运行有着深远的作用，在管道的运行中，若不能有效控制各种应力推力的作用所造成的管道变形，减少管理当中的动作情态，是无法确保设备运行安全的。

1 几种典型的石油化工管道支吊架

（1）恒力支吊架。这种支吊架主要的支撑效果是，能够限定管道在固定负荷情况下的上下位移，恒力弹簧支吊架是在支吊架中的代表，一般较多地应用在垂直方向上可能产生的位移空间较大的石油管道上，作为固定的支承，如图1所示。

（2）弹性支吊架。这种支吊架主要的支撑效果是，能够在有效控制和转移的同时，限定管道有热位移等，小幅度而产生大应力的变形支点部位的变位，通过弹性限定的方式，调整和减少整个过程中支承对于管道产生的应力载荷。恒力弹簧支吊架和可变弹簧支吊架是支吊架形式里的主要代表。前者大多被使用在电站锅炉等管道的主要热源部位，以及发电厂的水、汽、风、烟等管道的热源主要散发部位的悬吊部分，后者大多被使用在设备或者管道有可能因为温变而产生位移的锅炉等设备，如图2所示。

图1 恒力支吊架

（3）限制性支吊架。包括固定支吊架、限位支吊架和导向支吊架，主要的作用是限制管道在某个方向上的变位自由度，从完全固定到限制至少一个方向，直至以导向的方式支吊，能够给予管道最大的变位自由度，从而适用于各种有变位需求的管道布设场合。

图2 弹性支吊架

2 化工管道支吊架的作用

（1）滑动架，通过托架在管道支承点下方形成应力作用点或者作用面，能够很好地应对水平摩擦和产生作用力方向较单一垂直支撑的多种情况，这样的实验化工管道设计人员在分析应力管道前常用的支架。考虑到设备的成本和应用的形式，滑动架可以普遍应用于除非应力管线的情况。常用的滑动架类型有临管支架、平管支托、假管支托、悬臂支架等。

（2）导向架，通过对化工管道位移的方向进行引导，最大限度地减少对管道产生较大破坏的横向位移，而促使管道尽可能沿轴向位移。另一方面，它也可以对水瓶化工管道起到承重的作用，一般被安置在应力管线上，通过导向而非限定的方式，对管路系统的应力分布可产生错峰平谷的效果。

3 化工管道系统装配中支吊架的定位和安置方式要点

（1）必须准确计算管道的强度，以及静态应力和动态应力的波动范围，以及波动的频率，承重架间距不应超过管架跨距的公允最大值，对于有压力脉动管道情况，如果要计算固有的频率来确定管架的间距，就得防止设备管道发生共振。

（2）应最大限度地利用建筑结构和支承构建的强点来支撑管道系统或者作为主要的应力承接点，特别是建筑物的柱和梁等承重构件，如果建筑物为钢筋混凝土结构，应该向土建施工的环节明确提出，在建设同步安置化工管架所要求的预埋件和管墩等条件，并且应当满足符合标准的强度。

（3）应当结合管道的工艺、工序对管道的应力状态进行动态分析，应依据分析结果，以尽量均匀管道系统的整体应力分布为原则来确定管架支点位置，并且要思考到支撑的可能性。

（4）应最大限度地减少管道系统以及支吊架系统上的剪切应力和挠度力矩，在垂直管段比较长的弯头部分或者是在垂直管段重心的上面安排承重架，这样就可在它的下部多加一个导向架。

（5）应当采取集中加固的方式，确保管道在工作状态下的应力强度，如设置承重架在荷载较大的化工管道组成件附近。

（6）应当充分考虑管架与管道的紧定配合和热防护方式，例如管架靠近设备管口可以减小管口的受力，也能够有效地减小在管口内产生的热膨胀弯矩。当化工管道支吊架的生根件所连接的管道装置组件有热载荷需求时，应该向设备专业提出需要使用垫板的条件。

（7）在管架的类别和位置的选择方面，应当充分考虑生根部的减力强度和受力特性，应尽量减少作用力对生根部件的不好影响。

（8）协调好管道系统的工艺需求和工序需求，不仅要考虑管架的位置和设备的需要，也要为人工的操作检修留出充足的空间。

4 化工管道支吊架设计的几点经验之谈

（1）为了避免电腐蚀，不锈钢化工管道和支吊架间应该垫不锈钢（或是不含有氯离子的橡胶、塑料）垫板，避免不均匀电阻率材料分布的电位差，防止碳钢和不锈钢触碰产生晶间腐蚀。

（2）对于工作动态复杂的装置组件，如离心泵的入口化工管道处，应该充分考虑各种可能的位移情况，对相关的可调支架做安置，如有必要，可以依据应力分析结果再安置弹簧支吊架。

（3）应充分考虑设备动量复合作用的安全防护措施，以及采取措施延长动量作用时间，以减少破坏性的力和力矩的产生，如采取措施，通过增加缓冲，加长力臂等，如在化工管道和管卡之间加上橡胶垫等，另一方面还可增大管卡的紧固性。

（4）充分考虑支吊架系统的可拆卸装配特性，应该安置卡箍型管托，以方便组装和拆卸，不适宜用焊接型管托。

（5）在考虑材料的温度是否稳定性，对操作温度小于零下20 ℃的低温甚至超低温化工管道管架，应当采取一定的低温防护，不宜与钢结构直接地接触，或采用管道热防护层，或在钢结构和在化工管架间垫上隔冷块，这样可以避免钢结构产生冷脆的现象出现而遭到破坏。

5 设计实例分析

以某l00 kt/a环已酮管线导流项目工程设计为例，设定起点为其加氢装置，使用一根管道直径为600 mm从塔顶引导出来，一直下到换热器，假定水平落差的垂直长度大约30 m，经计算，若只在换热器的出口处，按照无工艺情况，只设置一个承重架，在平均管线的载荷，管架载荷高达200 kN，按照固定支撑点的最大受力面可能考虑，设备势必无法承受。因此，可根据本文思考的设计思路，在管道垂直段，在适当的位置增加两个弹簧吊架，按照受力均分的原则，每个弹簧架的指定载荷为60 kN。如此，增加的支撑点可将管道的应力载荷均匀分担，既可有效避免出口处载荷过大，多点固定的效果更能有效确保了管道的稳定性。

综上所述，化工管道系统设计过程中，管道和支吊架系统应当作为一体进行考虑，因为二者之间的引力作用是互相影响，甚至互为决定的。而管道的设计必须优先考虑工艺和工序的需求，在此前提下，支吊架系统的设计就显得十分重要，只有合理地选用支吊架的型式和定位、安置的方式，充分调和安全与效率的各方面因素，才能保障化工装备稳健、安全地运行。

［1］ 唐飞，刘兴然.化工管道支吊架的设计与选用［J］.广东化工，2010（9）.

［2］ 苏红.管道支吊架的设计及应注意的若干问题［J］.山西化工，2010（6）.

［3］ 张文彬.石油化工装置管道支吊架的设计［J］.科学与财富，2011（2）.

［4］ 张利，李岩，魏韬，等.石化管道应力分析及支吊架设计综述［J］.化工设计通讯，2009，35（1）：36-39，41.

［5］ 范德新，毕传福.浅谈石油化工管道支吊架的选用及设置［J］.价值工程，2011，30（6）：6-6.

（P-03）

Refl ections on hangers design elements of the chemical pipeline

TQ055.81

1009-797X（2015）22-0073-03

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.030

张浩（1981-），男，本科，工程师，研究方向为高分子材料。

2015-10-08