管道是动力、石油、化工、电力等装置的重要组成部分之一。管道支吊架是管道系统的重要组成部分。管道支吊架设计又是管道设计的重要任务之一。在设计中,合理布置和正确选择支吊架对管道和设备安全运行起到重要作用。管道支吊架设计不当,会使管道系统在运行中损坏管道组成件,更严重的使设备受损或运行中被迫停车,应引起管道支吊架设计者的重视。

　　1管道支吊架的设计范围及主要功能

　　1.1 支撑管道的管架通常分为两部分,一部分属于土建主结构部分,习惯称为“管架”及“管廊”;另一部分管道与土建主体结构之间相连接的各种支、托、吊部分,包括生根在建筑物上的各种支架以及高度在2m以下的独立支架,通称为“管道支吊架”。文中所指管道支吊架即为后者,由管道专业负责设计。

　　1.2 管道支吊架的主要功能概括为:承受管道载荷、限制管道位移和控制管道震动三个方面。其中承受管道载荷为支吊架较主要、较普遍的功能。

　　2管道支吊架设计的合理步骤

　　管道支吊架设计与管道布置设计应平行交叉进行,如果等管道布置图结束后再设计管道支吊架,将会延误设备的条件,以及延误土建专业出图,势必延长建设进度,而且管道支吊架设计与配管也不能同步完成,影响投产日期。因此,管道支吊架设计环节合理组织应视为非常重要的方法问题,管道支吊架的设计安排与配管工作之间进度配合的关系。

　　3管道支吊架的分类及构成

　　根据管道支吊架承载、限位和防振三大功能以及管道支吊架各自的主要性质和用途,可将其分为承重支吊架、限位支吊装置和振动控制装置三大类(见表1)。管道支吊架装置都是由装在管子上的部件(管部结构)和固定在承载结构(建筑结构或设备)上的部件(根部结构)以及与这两类部件相连接的中间部件[支吊架装置的功能部件(简称功能件)和(或)中间连接件]所组成。

　　4管道支吊架设置要点

　　在管道布置的过程中应同时考虑支吊架位置及设置的可行性、合理性、经济性等,这是对配管与支吊架设计者共同的要求。应力分析及管道支吊架设计者应对整个管道的支撑系统进行研究,在取得一致意见后确定管道支吊架的位置和类型。

　　4.1 管道支吊架间距确定①管道支吊架设置应满足管道较大允许跨度要求,水平管道支吊架较大间距应按强度条件及刚度条件计算决定,取其较小值。强度条件是控制管道自重弯曲应力不应该超过设计温度下材料许用应力的一半。刚度条件是限制管道自重产生的弯曲挠度。一般管道设计装置内挠度不应超过15mm,装置外挠度也不应超过38mm。敷设无坡度的蒸汽管道其挠度不应超过3mm。②对有压力脉动的管道,要按所要求的管道固有频率来决定支架间距,避免管道产生共振。

　　4.2 管道支吊架位置确定当有集中荷载时,支吊架应在靠近集中荷载的地方设置,以减少偏心载荷和弯曲应力;在敏感设备附近应设置支吊架,以防止设备接口承受过大的管道荷载,支吊架宜靠近设备管口设置;强烈振动的管道,应单独设置支架且要落地生根,以避免振动传递;除振动管道外,应尽量利用已建构筑物的梁、柱作支架的生根点;基于维修方便,管道支吊架应设在不防碍管道与设备的连接和检修的部位;做柔性分析的管道,支吊架位置根据分析决定,并考虑支撑的可行性;管道的柔性过大时,应添加支吊架以避免应力过大或管子晃动和振幅过大;支吊架设置有特殊功能件时,在设置位置处管道与生根构件之间应有足够的空间。

　　5管道支吊架设计的注意事项

　　5.1 管道支吊架设计选用应优先选用标准的及通用的支吊架,并且应多选择普通支吊架,尽量节省弹簧支吊架。由于弹簧支吊架比普通支吊架贵,在长期工作状态下还有失效问题,不如普通刚性支吊架耐用可靠,且过多的设置弹簧支吊架还会使管系各点位移方向失去控制,稳定性差。

　　5.2 管道支吊架材料选用应符合工作环境要求。如果材料选错可能导致管道支吊架部件在特定工作条件下机械性能不足。与管道组成件接触的支吊架材料应按管道的设计温度选用。直接与管道焊接的支吊架部件材料应与管道组成件材料具有相容性。材料的许用剪应力宜为设计温度下材料许用应力0.6倍;拉杆材料的抗拉许用应力应比该材料的许用应力降低不小于25%。

　　5.3 应注意管道水平位移对支吊架性能的影响一般要求,刚性拉杆吊架可活动的拉杆长度不小于水平位移的20倍,且吊杆垂直夹角不大于3度;弹性吊架可活动的拉杆长度不小于水平位移的15倍,且吊杆垂直夹角不大于4度;滑动支架还应注意防止位移过大出现滑动支架脱空现象发生。当管道水平位移影响较大时,支吊架就应该偏装。所谓支吊架偏装,就是支吊架的根部与管部相对偏移一定水平距离安装,以减少支吊点水平位移对支吊架的影响。支吊架偏装,可以根部偏装,也可以管部偏装。根部偏装,可以在x轴向和y轴向同时偏装。管部偏装,只能沿管道中心线方向偏装,而且实际支吊点将发生偏移,增加管道静力分析误差,除非按实际支吊点重新计算分析。因此,支吊架偏装以全部由根部偏装为宜,支吊架的偏装量,应使吊架拉杆在冷态时的偏角与在热态时的偏角相等。

　　5.4 管道支吊架选用的型式应符合管道布置和管道柔性计算要求,选择有效的管道支吊架装置支吊架选型还应注意支吊架自重的影响。与管道荷载相比,支吊架的管部自重约占1%至3%,弹簧支吊架组件自重约占2%至20%,恒力支吊架组件自重约占6%至35%,根部辅助钢结构自重约占1%至3%。整个支吊架组件自重为管道荷重的3%至40%。因此,支吊架自重是支吊架荷载中不容忽视的一个重要部分,而且应该根据每个支吊架中的每个部件的实际情况进行计算,不能用某一固定的比值进行估算。恒力弹簧支吊架应注意位移值的选用,考虑到计算热位移与实际热位移之间会有偏差,在确定吊架规格时选用的位移量应留有一定的裕度,选用位移量一般为计算位移值的1.2倍,且裕度不小于20mm;可变弹簧吊架其载荷变化率应不大于25%,考虑到选用的经济性,当热位移向上工作载荷应在中线以上选择,当热位移向下时工作载荷应在中线以下选择。

　　5.5 应注意管道振动控制管道在动荷载作用下,会产生不同程度的摆动、振动。尽管管系中支吊架的设置在一定程度上提高了管系的刚度,增加了管系的阻尼。但当支吊架设置不当时,也可能加剧管道的振动,而且以承重为主要目的的支吊架,其减振效果并不明显。当刚性圆钢吊架连续安装多个时,管道的横向阻力很小,容易引起摆动和振动。从防止管道振动的角度出发,管架选型时应尽量少用刚性圆钢吊架,或者不连续使用刚性圆钢吊架。在运行期间伴随发生有强迫振动和(或)冲击振动的地方,仍需增加合适的拉撑杆、减振器或阻尼器等装置,以维护管道振动安全。

　　6结束语

　　综上所述,管道支吊架的设计与管道的安全运行密切相关,可以借助设置管道支吊架来控制管系的应力水平及对设备的推力和力矩,从而使管系处于安全状态,保证管道和设备长期安全运行。从某种意义上说,管道的规划过程实际上是规划管道支吊架。由此可见,管道支吊架的设计在管道设计中起着非常重要的作用。