石油化工装置管道支架设计

石油化工装置管道支架设计
摘要：选择合理的支架类型与尺寸规格，是保证管线系统安全的关键，文章论述了管道支架的选型以及位置的确定，陈述了管道支架的分类，最后阐述了管道支架的设计，以供参考。

关键词：石油化工工程；管道支架；设计
1 管道支架类型选择与位置的确定
1.1 最常使用的规定
一，规定每一支架间的距离，不应超出管道允许跨距；二，一般情况下，如果存在着阀门等集中荷载现象，必须在集中荷载的周围进行支吊架的布置；三，由于水平敷设在支架中属于一种有隔热层的管道，故进行管托设置；四，对于所有生根于建筑物的支吊架，应将其生根点设置在立柱等承重构件上；五，在与设备管嘴相近的支吊架设置过程中，要有效防止管嘴受力现象的发生；六，实际中，如果管道任何一方向的位移受到了局限，那么，应使用限位支架；七，如果有发生振动的管道，而使用一般性支架无法控制其振动时，应制定一套有效的减振措施；八，安全阀出口处的放空管应设置支架；
1.2 管道支架类型选择
一般情况下，要想选择合理的支架，就必须对以下几方面的因素加以考虑：一，管径所带来的影响；因为平台与业主间不同，因此，对管道支架的具体要求也不尽相同，本文主要以JZ25—1 项目为例做了一番论述。

在该项目中，2”和以下的管线主要以L50XL50x6 的角钢为主；3”、4”管线主要以L75xL75x8 的角钢为主；；6”、8”管线主要以H100x100x6x8 的H 型钢为主；10”和以上的管线主要以H150x150x7x10 的H 型钢为主。

实际中，只要充分的掌握上述所述的规定，那么，3D 设计人员就能够按照诸多类型的管径制定出与其相匹配的支架形式。

二，材料所带来的影响；在选择管道支架过程中，管线材料选择的是否得当会对其造成一定的影响，一般的碳钢管线与碳钢镀锌支架形式各不相同，碳钢镀锌需设置绝缘垫板。

三，保温所带来的影响；管道支架选用中，还必须对管线的保温予以全面的考虑，通常情况下，不具备保温的管线主要以U—BOLT 为主，如PC—002；而具备保温的管线保温主要以管鞋为主，比如PS—002.四，水平管与立管有着不同之处；由于这两管不同，所以，它们有着各自的支架形式；水平管主要采用的是一般支架形式，如PS—002；而立管主要采用的一种比较特殊的支架形式，如PS—007。

五，在管道中支架所处的位置；由于管道上的支架位置都不相同，因此，所使用的支架形式也不一样。

如果支架在管道中间的位置上，那么，就会以普通支架形式为主，比如PS—003；如果支架所处的位置在弯头等一些特殊的地方，那么，主要以特殊支架形式为主，比如PE—011。

六，特殊工况所带来的影响；当前，有一部分处在平台中的管线系统实际工况十分的恶劣，具体运行过程中，巨大的冲击与振动现象屡见不鲜，如果使用普通的支架形式，是无法与工况的需求相一致，因此，对于该类型管线，可以通过应力
分析来进行，最后针对应力分析后所得的结果选择出合理的特殊支架形式。

2 管道支架的具体分类
2.1 管道支架分类及其所受的纵向水平力
从材料的角度出发，可将管道支架划分为两种形式，即钢筋混凝土结构与钢结构；按照外形可分为T 型、多层、单层、空间等。

对于管道支架的基本分类，可根据管道对变形的适应能力划分为三种，即固定支架、活动支架以及摇摆支架，其中，有着较强管道变形适应能力的要属摇摆支架，具有一定的经济性。

不过，其的制作相对较为复杂，不具备较好的半饺性能，并且半饺构配件长期运行性能降低后，对其进行更换十分的困难，因此，该支架在实际中运用极少，所以不需要再对其作进一步的讨论。

实际上，无论在竖向，还是在纵向等方面固定支架都会限制管道的位移，这样做的目的是确保管道系统能够稳定的运行下去。

它实际所受的纵向水平力主要在以下三方面基础上而进行的：首先，区段活动支架对管道作用反力的合力；其次，伸缩节所带来的反力；另外，管道不平衡内压力，需要注意的是，针对固定支架，计算单元必须是两个伸缩节间的区域。

活动支架主要限制了管道竖向与横向的移动，而对于纵向移动，其未进行任何的限制。

活动支架还涵盖了刚性支架和柔性支架两种。

从其构造角度上来看，刚性支架与柔性支架基本相同，主要体现在柱底固定，柱顶自由方面。

不过，刚性管架具有巨大的纵向刚度，管架变形难以和管道受热变形的实际需求相一致，当管道接触到管架顶部时，出现位移现象。

而柔性管道支架具有较小的刚度，当管道与支架间的摩擦力较小时，管道支架会随着管道的变形而变形。

2.2 管道支架所受的径向水平力
具体涵盖了以下几个方面：首先，管道所受的风荷载；其作用于管道中心线，同时，以集中力加弯矩的方式为主传送给支架；其次，纵梁式管架纵梁所受的风荷载；从独立管架角度上看，通常不会过多的关注柱子所受的风荷载，不过，纵梁式管道支架需要对作用于纵梁上的风荷载加以充分的考虑。

2.3 管道支架基础设计情况
实际中，我们经常用到的管架基础通常有素混凝土刚性或者杯型、钢筋混凝土独立、桩基础等几种基础，由于管道支架会受到巨大的水平荷载影响，偏心距通常超出了标准的基础核心范围，所以，对于偏心率应加以严格的控制。

3 管道支架的设计
管道支架如果设计不当，就会导致管道实际运行过程中对管道组成件造成一定的损坏，甚至是导致转动设备损坏，所以，管道支架设计是十分重要的。

3.1 区分固定支架与刚性支架的概念
固定支架自身不会有太大的横向与纵向变形，而当其和管道间固定之后，不存在相对移位现象，这是确保管道系统运行稳定的关键。

3.2 减少弹簧架
管道支架如果设计的合理，还会防止浪费现象的发生，以下陈述一种节省弹簧架的设计例子。

弹簧架的价格要比普通架贵，并且，弹簧长时间的运作还会出现失效问题，所以，弹簧架比不上刚性架的耐用及可靠，设计时应尽量少用弹簧架。

从下图中可以看出，如果管道有热膨胀，a、b 有向下的热位移，如果要将支架放到 b 点上，就必须有弹簧架。

如果将支架放到 C 点上（和管口标高大致平齐），那么，a、b点向下位移就会一致。

这时，c 点处没有垂直位移，只有水平位移。

需要注意的是，bc 段不能比oa 段长太多，不然，支架就会出现托空现象。

3.4 沿塔敷设的管线通常只设置一个承重支架，支架顶和塔顶封头焊缝线间的距离为150mm，如果一个承重支架荷重过大，应设置第二个承重支架，而第二个承重支架应设置弹簧吊架，其它的每隔一定距离设置导向支架。

如果塔回流线和塔壁的温差较大，那么，就会产生出较大的伸长量。

在水平管段上的第一个支架如果有垂直位移，那么，应设置弹簧支架。

3.3 减少管道与支架的相对移位
比如，在蒸汽管道中，主管常接有排水小管，见下图2假如在 A 点上做支于地面上的支架，而由于垂直管段较长并且向下膨胀，弯头位置处设置有弹簧架，小管支在A点处，由于小管具有较大的刚性，严重阻碍了弹簧向下移动，从而导致机器损坏。

正确的作法见下图 3 所示：要将支于地面上的支架就进行调整，从主管上生根，支架随着主管同时升降，这样，小管与支架间的垂直相对移位就会进一步减小。

3.4 沿塔敷设的管线
通常只设置一个承重支架，支架顶和塔顶封头焊缝线间的距离为150mm，如果一个承重支架荷重过大，应设置第二个承重支架，而第二个承重支架应设置弹簧吊架，其它的每隔一定距离设置导向支架。

如果塔回流线和塔壁的温差较大，那么，就会产生出较大的伸长量。

在水平管段上的第一个支架如果有垂直位移，那么，应设置弹簧支架。

3.5 设置固定支座和伸缩节
要想确保固定支座的间距合理性，就必须按照各伸缩节的类型与管道的直径以及该地的气温而进行，在相关手册中也提供了部分表格供查用，多数工程师通常不查找任何相关资料凭估计确定，这是错误的，另外，他们在两个固定管座之间没有设置补偿器，这也是不准的。

不过，除了不包括下列两种情况，即具备水平拐弯的管道以及可以进行垂直升高的管道，它们的变形能够代替补偿器，发挥相应作用。

4 结论
综上所述可知，管道支架的类型较多，应根据各种要求选择出合理的支架形式、尺寸规格和相匹配的布置方式，不仅要确保整个管道系统的安全、实用、美观，而且，还使其经济合理性。

另外，作为设计人员，应具备良好的设计理念，充分了解与掌握设计意图以及生产要求，结合实际情况加以分析，不断的总结，开拓思路，以将自身的设计水平全面提高。

参考文献
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