管道设计中支吊架的正确设置

管道设计中支吊架的正确设置

彭进

摘要：在炼油厂工艺装置及系统管道设计中，进行支吊架设置的设计时，应使支吊架间距不超过管道刚度允许值和满足柔性要求，严格遵循正确

设置支吊架的方法和选用原则，列举了9条具体选用原则，对可变弹簧支架的选用方法也进行了详尽的叙述。此外，还介绍了支吊架对管道产生的一次应力和二次应力所起的作用，并以同一管道选用不同支架类型的应力分析计算，说明在管道设计中正确设置支吊架的重要性。

主题词：管线支架管吊设计类型位置应力应用

CORRECT INSTALLATION OF SUPPORTS & HANGERS

IN PIPING DESIGN

Peng Jin

Luoyang Petrochemical Engineering Corporation

(Luoyang,Henan471003)

Abstract When installing supports and hangers in piping design of petroleum process units and refinerywide system,the space between subhangers should not exceed the allowable value of pipe rigidity and should meet flexibility requirement of the piping

system.Meanwhile,it should strictly compile the correct method and selection principles for support and hanger installation.Nine specific selection principles together with the selection method for variable spring supports were described in detail.Effects of supports and hangers on both primary and secondary stresses of the pipe were also introduced.The importance of correct installation of supports and hangers in piping design were emphasized with an example of stress analysis and calculation for selecting different types of support for the same pipe.

Keywords pipe

support,hanger,design,allocation,stress,application 管道设计应力分析的目的是确保管系安全可靠，它是涉及多种学科

的综合性技术，也是管道设计的基础。在进行管道应力分析时，除做到管道布置满足要求并安排合理外，还应合理设置支吊架。正确设置管道支吊架是一项十分重要的技能，支吊架位置布置合理，选型得当，不仅可使管道整齐美观，而且也可达到经济合理和运行安全的目的。

1 管道支吊架的位置及类型

管道支吊架的位置及其类型对已定管系的受力状态的影响很大，主要有以下两个方面。

首先，是对管系的应力分布状态、最大应力值、管系的端点作用力和力矩有影响，因为这种管系端点的荷载将会传递到与该管端相连接的设备上。因此，支吊架设置得当，能改善管系中的应力分布和端点受力(力矩)状况。显然，管系的柔性不但受到管系形状的影响，而更重要的是受支吊架位置和其类型的限制和约束。

其次，支吊架设置的灵活性，其可变化的范围较大。支吊架的位置、数量和型式选择往往因人而异。对同一个管系存在着多种支吊架设置方案，不同的设置型式将反映出不同的应力分布、应力值及端点受力。因此，在进行管道设计时，为使管系具有足够的柔性，除了应注意管系走向和形状外，支架位置和型式也是相当重要的。

管道支吊架位置的确定应遵循5个原则。

1.1 严格控制支吊架间距

支架间距尤其是水平管道的承重支架间距不得超过管道的允许跨距(即管道的最大间距)，以控制其挠度不超限。一般连续敷设的管道允许跨距(L)应按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度条件计算，按强度条件校验，取两者中的最小值。

1.1.1 刚度条件

根据管段不应在轻微外界挠力作用下发生明显振动的要求，装置内管道的固有振动频率不宜低于4次/秒，装置外管道的固有振动频率不宜低于2.55次/秒，相应管道允许挠度在装置内为1.6 cm，在装置外为3.8 cm，它们的跨距应按式(1)和式(2)计算

(1)

(2)

式中：L1——装置内管道由刚度条件决定的跨距，m；

L′1——装置外管道由刚度条件决定的跨距，m；

E t——管材在设计温度下的弹性模数，MPa；

I——管道扣除腐蚀裕度后的断面惯性矩，cm4；

q——管道的质量，kg/m。

1.1.2 强度条件

在不计算管内压力的条件下，跨距应按式(3)计算

(3)

式中：L2——按强度条件计算的管道跨距，m；

W——管道扣除腐蚀裕度后的断面抗弯模数，cm3；

［σ］——管材的许用应力，MPa；

考虑管道内产生的环向应力达到许用应力值，即轴向应力达到许用应力的二分之一时，装置内外的管道由管道重量荷载及其它垂直持续荷载在管壁中引起的一次轴向应力不应超过额定许用应力的二分之一，即［σ］=0.5［σ］t的前提下，其跨距L2应按式(4)计算

(4)

式中：［σ］t——管材在设计温度下的许用应力，MPa。

1.2 满足管系对柔性的要求

尽量利用管道的自支承作用，少设置或不设置支架。要利用管系的自然补偿能力合理分配支架点和选择支架类型。

1.3 控制管道纵向和横向位移

有管托的管道纵向位移不宜超过管托长度；并排敷设的管道横向位移不得影响相邻管道。

1.4 满足支吊架生根条件

必须具备生根条件的支吊架一般可生根在地面、设备或建、构筑物上。

1.5 管道支吊架的类型

按管道支吊架的功能和用途，支吊架可分为3大类10小类(详见表1)；从对管道应力的作用考虑又可分为支架或支吊架、限位架、导向架、固定支架和减振或隔振支架；按支吊架的力学性能又可分为刚性支架、弹性支架和恒力支架［1］。

表1 管道支吊架分类表