关于小管径管道假管支架设置问题的探讨

刘 薇, 满文聪, 尹君东,刘宏超

(中国石油工程建设公司华东设计分公司, 山东 青岛 266071)

关于小管径管道假管支架设置问题的探讨

刘 薇, 满文聪, 尹君东,刘宏超

(中国石油工程建设公司华东设计分公司, 山东 青岛 266071)

针对石油化工装置管道设计经常遇到的小管径管道假管支架设置的问题，结合管道应力分析软件CAESARII，对此类管道的应力计算进行分析和总结，对管道设计中假管支架的思考及设置具有一定的指导意义。

小管径；假管支架；管道设计；CAESARII

在石油化工管道设计中，支吊架不仅仅起着支撑管道的作用,还需要承受来自各方面的力和力矩,可以说,要使管道的静力要求和动力要求局得到满足,必须设置合理的支吊架[1]。在设计中,许多管道的敷设,是受支吊架生根条件控制的,缺此条件,合理的管道的敷设方案就无法有效实现。管道支吊架的生根条件除了在地面以外,一般需要生根在建、构筑物的立柱、横梁等承重构件上，而小管径管道由于跨距的限制，常常需要设置假管支架。本文将从小管径管道假管支架设置的角度切入，深入讨论石油化工管道设计中，小管径管道假管支架设置中应该注意的问题。

1 存在的问题

图1 引入应力增大系数之前

在炼油装置设计过程中，小管径管道设置假管支架时，假管支架最大长度不宜超过2米。以某装置中管桥上一条DN100的工艺管线为例：介质为轻汽油，操作温度40℃，操作压力0.60MPa，设计温度80℃，设计压力 1.57MPa。经过CAESARII管道应力分析软件计算得知，在DN100的管道弯头处需设置一个长2米的假管支架，而一次应力超标。在引入应力增大系数(SIF)之前，弯头处的一次应力水平是65%，如图1，而引入应力增大系数(SIF)之后，一次应力水平为120%。如图2。

图2 引入应力增大系数之后

2 分析处理

2.1 问题分析

经过分析，这种问题的出现主要是由于增加假管支架以后，焊缝处的应力增大系数较大引起的，在假管较长的情况下这种情况尤为突出。在管道应力分析过程中，为了计算的准确和严谨，引入应力增大系数非常重要，所谓应力增大系数[2]是为了考察管道结构形状发生急速变化时，弯头处出现扁平化，使抗弯刚度有所减小，对于斜接弯管或支管连接，位移应力范围增加的主要原因是由于几何不连续产生的应力集中。这种情况下，会导致材料的抗疲劳能力有所削弱，因此引入应力增大系数，来考虑这种效应的影响。

应力增大系数不同于应力集中的概念，以往在一些文献将其混为一谈是不正确的。应力集中指的是，当管道几何形状发生突变时，在外力作用下管道中的局部应力急剧增大的现象。而应力集中系数(SCF)指的是，以同一弯矩值作用在管件和直管后所产生的最大应力值之比。而应力增大系数是指，在疲劳破坏循环次数相同的情况下，作用于直管的弯曲应力与作用于管件的名义弯曲应力之比。应力增大系数是由疲劳试验得出来的，与材料的疲劳破坏有直接的关系，一般认为应力增大系数是应力集中系数的一半。由于将弯矩作用于管件的平面内和平面外所产生的结果有所不同，所以应力增大系数分为平面内和平面外两种情况。

2.2 问题处理

对于这一类小管径的管道，在设计过程中要针对其典型特点来解决问题。要掌握几条原则，首先是假管支尽量避免。对于小管径管道共有的跨距问题，可以考虑增设其他支架，设置土建等结构来解决。比如管桥上的管道可以考虑将小管道成组排列捆绑布置或布置在大管径管道的旁边，根据实际情况，适当考虑临管支架。其次是若假管支无法避免，则设置时尽量短[3]。对于特殊情况，无法增设支架，且临管支撑也无法做的情况，就要尽量缩短假管支架的长度，以减小弯头处的一次应力水平，表1列出了上述DN100的管道，在假管长度不同的情况下，弯头一次应力的数值表现。

表1 不同假管长度对一次应力的影响

3 总结

在管道设计过程中，很多DN50以下的管道是不需要进行详细的应力计算的，但并不代表这类管道不存在问题。对于小管径管道跨距不够、加假管支这个普遍性的问题应当引起足够的重视，防止管道一次应力失效，产生不可限制的塑形流动，最终导致工艺管道被破坏。

[1] 张德姜，赵 勇. 石油化工管道设计与安装[M].2版 北京:中国石化出版社，2007.

[2] 唐永进. 压力管道应力分析[M].北京：中国石化出版社，2009.

[3] 丘 平.管道支吊架设计若干问题浅议[J].石油化工设计，2010, 27(4):44-46.

(本文文献格式：刘 薇, 满文聪, 尹君东,等.关于小管径管道假管支架设置问题的探讨[J].山东化工，2017，46(06)：121，123.)

The Discussion for the Setting of Small Diameter Pipeline False Pipe Support

LiuWei,ManWencong,YinJundong,LiuHongchao

(Piping Design, China Petroleum Engineering Construction Corporation EastChina Design Branch,Branch,QingDao 266071 China)

The paper mainly discusses the setting of small diameter pipeline false pipe supports in petrochemical units piping design, and Combine with pipe stress analysis software CAESARII to analysis and summary the key points of the pipe support setting , it has a certain guiding significance in the pipeline design.

small diameter pipe;false pipe support;pipeline design;CAESARII software

2017-02-08

刘 薇(1984—)，女,山东青岛人，中国石油工程建设公司华东设计分公司工程师，获硕士学位，主要从事石油化工管道设计。

TQ055.8+1

A

1008-021X(2017)06-0121-01