可调拉杆支架在石油储运设施中的应用研究

朱武，刘焰明，程久欢，张林，万人杰

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

1 管线支架的功能及分类

在固定平台以及浮式生产储油设施中，管道支架是管道系统的重要组成部分，它包括用以承受管道载荷，限制管道位移，控制管道振动，并将荷载传递至承载结构上的各类组件或装置。管道支架的种类就其结构而言型式众多，但仅考虑其功能和用途时，可分为以下几类，见表1。

表1 管道支架的分类

2 拉杆支架的基本组成

拉杆支架的基本组成如图1 所示。

图1 拉杆支架示意图

其中拉杆支架各构件选用材质如下：（1）拉杆（可伸缩），材质一般选用碳钢镀锌；（2）管卡（包括螺栓等紧固件），管卡一般选用镀锌碳钢、合金或不锈钢；螺栓螺母选用A193 B7/A194 Gr.2H；（3）轴承，材质一般选用镀锌碳钢；（4）轴承座（包括枢轴销），材质一般选用镀锌碳钢；（5）锁紧螺母，材质一般选用镀锌碳钢。

3 拉杆支架的设计及选型

3.1 拉杆支架的设计特点

在选用管道支架时，应按照支承点所承受的载荷大小和方向、管道的位移情况、工作温度、是否保温或保冷、管道的材质等条件合理选型。而受限于安装与作业空间，以及管线复杂的运行工况、外部载荷以及附加位移的影响，往往存在支架无法安装，安装后出现“悬空”及“脱离”等现象而不起作用。拉杆支架恰能有效地弥补该方面的设计盲区。

3.2 拉杆支架设计计算

以某大型FPSO（浮式生产储油装置）项目中泵出口海水管线上拉杆支架设计为例。

（1）管线主要工艺参数（表2）。管线进行应力分析时需要管线流体介质，流体密度，设计温度，设计压力，操作温度及试验压力等数据，拉杆支架设计前，需综合考虑以上数据。

（2）管线三维图纸及模型。在选用支架时，需根据管线布置、支承点所承受的载荷大小和方向、管道的位移情况、工作温度、是否保温或保冷、管道的材质等条件综合考虑支架的选型及布置情况（图2、图3）。

表2 管线工艺参数

图2 管线14”-SW-B14-070 三维图纸

图3 管线三维设计模型

（3） 管 线 应 力 分 析。 经 查 询 泵 相 关 资 料， 泵P-5124002D 出口节点Node 3920 参数见表3。

表3 泵出口节点参数

根据管线布置，距离泵出口正东方向1300mm 处设置固定支架，见节点Node 18980。结合介质工艺参数及泵出口节点参数，经过应力分析得出节点Node 28320 处受力情况为X方向（东西方向）最大载荷20455N(=4598LBS)，详见图4。

图4 节点Node 28320 处受力情况

3.3 拉杆支架的选型

考虑该处管线复杂的运行工况、外部载荷以及附加位移的影响，该处可考虑设置一个拉杆支架。通过查询国内外拉杆支架厂家图册，选择Anvil FIG211 型支架，见图5。

图5 Anvil FIG211 型支架

根据3.2（3）章节中应力分析结果，该处X 方向（东西方向）最大载荷20455N(=4598LBS)，结合厂家图册，选择Size1(最大载荷8000LBS),OPTION2 型支架满足设计要求，详见图6。

拉杆支架在某大型FPSO 项目中使用案例及现场实例（见图7、图8）。

4 拉杆支架的应用现状及前景

图6 设计选型的支架详图

图7 某项目中现场实例

图8

拉杆支架主要用于如热位移较大管线、敏感设备（泵或压缩机等）附近、往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道、需进行热应力计算的管系等工况。拉杆支架的优点是安装方便、效率高，现场可进行调节，可减少现场焊接及检验工作量，节约设计工时及施工周期，保障应力分析计算结果与现场施工的一致性。目前，国内项目中拉杆支架的应用较少,部分国外项目中对拉杆支架进行了相应的应用，但并没有形成完整的设计推荐做法。本文主要介绍了拉杆支架的基本组成、设计计算及选型流程，可为后续项目拉杆支架的设计和选型提供参考和指导。