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1、石油化工装置管道支架设计摘要:随着石油化工装置大型化的发展,大口径管道的增多,对支架设计的要求也将越来越高,管道支架设置的是否合理,直接影响着整个装置的安全运行。本文介绍了承重支吊架、限位支架和防振支架三种石油化工装置中常见的支架,从选用和安装布置方面介绍了管道支架的设计方法。关键词:石油化工;管道;支架1概述石油化工装置中的管道种类较多、使用工况千差万别、影响因素复杂,所有管道敷设都必须借助各种不同型式、不同性能的支架来完成,所以管道支架对整个装置起着十分重要的作用。一般管道是横向架空或竖直上下设置的,因此,需要根据其间的长度、形状、位置等适当设置支架,以保证管道
2、的稳定性,从而确保装置的长期安全运转。目前已经有不少学者研究了不同装置如精细化工厂、热电厂中管道支架设计的特征和方法,本文主要针对石油化工装置中常用管道的支架类型,从选用和安装布置方面介绍了管道支架的设计方法。2管道支架分类6管道支架的作用主要有三个:(1)承受管道的重量荷载;(2)限制管道的位移;(3)用来控制管道的振动、摆动或冲击。按照不同的用途,将管道支架分为三类。2.1承重支吊架用于支撑管道自重及其他持续载荷的支吊架统称为承重支吊架,主要用于防止管道因持续载荷而导致管道强度或刚度超出标准要求。根据承受管道重量的特点不同,承重支吊架又分为刚性支吊架、可调刚性支
3、吊架、可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架四类。刚性支吊架仅限制管道一个方向(-Y方向)的自由度,通常用于管道在支撑点无垂直位移的情况下。而可调刚性支吊架是刚性支吊架的一种特殊形式,通过旋拧可调螺丝,在一定范围内调整支吊架的高度。弹簧支吊架适用于支撑点有垂直位移的场合。2.2限位支架用于约束因热胀引起管系位移的支架统称为限位支架。根据约束方式不同,限位支架又可分为固定支架和止推支架三种。固定支架限制管道支撑点三个方向的线位移和三个方向的角位移,通常用于管道上不允许有任何位移的地方。导向支架可限制管道支撑点两个方向的线位移,用于引导管道位移方向、使管道能沿轴向位移而不沿横向
4、位移的情况。止推支架通常用于限制管道的轴向位移。2.36防振支架专门用于控制管道振动的支架叫做防振支架。防振支架常用于控制或缓解往复式机泵进出口管道或由地震、风载荷、水击、安全阀排出反力引起的管道振动场合。常用的防振支架主要有防振管卡和阻尼器两类。3管道支架选用在确定支架型式时,首先应根据基本作用确定基本类型,然后再根据支撑点的载荷大小、位移情况、工作温度、是否隔热、管道材料、生根条件等因素确定具体型式,具体选用原则如下:3.1满足载荷大小要求除了考虑管道自身重量(包括介质重量、隔热重量等)外,还应根据实际情况充分考虑热态时的位移载荷、风载荷、地震载荷、安全阀开启时
5、的反冲载荷、水压试验时的充水重量(尤其是大直径气体管)、雪载荷等,并适当留出余量。当支架生根在建筑物的梁柱、设备本体等设施上时,还应考虑这些生根设施的生根条件和承载能力。3.2满足热位移大小要求6当管道支撑点在工况下有热位移时,可能会引起支吊架脱空、顶死等问题。对于高温且长度较长的管子,还可能会因位移过大而失稳,或影响到相邻管子及其他设施,或使吊架的吊杆偏斜过大而产生过载。此时应考虑采用滚动支座、摆式支座、低摩擦支架等。3.3优先选用标准系列支架选用标准系列支吊架有利于支吊架的预制和安装,也可以减少用材品种,从而可以节省采购、制造、管理等方面的费用,同时有利于装置的
6、美观。3.4适应管道温度要求管内介质温度≥400℃时,如果将支架与管道焊接,会产生应力松弛造成焊缝拉裂,因此不能使用焊接型支架。当管道在低温条件下工作时,应考虑选择保冷型管道支架。当管道有隔热要求时,应使附管部件及相应的中间部件伸出隔热层外,以免管子发生位移时破坏隔热层。3.5便于拆卸检修支架的型式应便于管道的拆卸检修,有利于施工,并不妨碍操作及通行。当支架位于操作人员可能通过的地方且位置较低时,应考虑取消三角支撑或改为吊架。当管道经常拆卸时,应避免采用焊接结构。4管道支架布置4.1承重支架位置的确定6石油化工管道支架的设置应满足管道最大跨度的要求,支吊架间距尤其是
7、水平管道支吊架间距不得超过管道允许间距,以控制其挠度。当有集中荷载时,支架应布置在靠近集中荷载的位置,以减少偏心荷载和弯曲应力。在泵、压缩机等设备附近,应设置支架以防止设备嘴子承受过大管道荷载,支架应设在弯管和大直径三通式分支管附近。当塔器的水平管嘴直接安装DN≥150的阀门时,应在阀门附近设置承重支架。沿立式容器、立式设备等敷设的数值管道,应在尽可能靠近嘴子处的竖直管上设承重支架。一般较长的竖直管道,应在靠近上面的端部设承重支架。4.2固定支架位置的确定对于复杂管系,可用固定支架将它划分成几个形状较为简单的管段,如L形、U形、Z形管段等,以便分段进行分析计算和
