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摘要:本文首先分析了化工管道支吊架的作用及分类,同时阐述了化工管道支吊架设计原则,最后总结了化工管道支吊架设计要点,仅供参考。
关键词:化工管道;支吊架设计;要点阐述
1 化工管道支吊架的作用及分类
化工管道支吊架种類较多,详见下表1,不同种类的化工管道支吊架,其作用也各不相同。
2 化工管道支吊架设计原则
2.1 在保障安全的前提下,应当优先选择标准管架,参照HG/T 21629-1999常用形式开展选择,尽量选择普通支架,尽量减少弹簧架的使用。
2.2 参照支撑点的受力情况、管线情况、工作温度等,选取最佳的支吊架形式。需要注意的是,选取的支吊架形式应当满足管道承重、防震等基本应力要求。
2.3 尽量选择焊接型的管托与管吊,除去以下几点情况:管道介质温度在400℃以上的碳素钢材质管道;非金属衬里管道;低温管道;合金材质管道;拆卸检修次数较多的管道;架空敷设、且施工难度较大的管道。焊接管托需与被支撑管道材质相同,对于大管径管道应适当考虑补强,补强与被支撑管道弧度相同,并在焊接时留透气口。非焊接型管托,如管夹,管箍等,如果支架与管道材质不同,需在管道和管托之间增加玻璃纤维衬里。电伴热管线的管夹或管箍,需要考虑电伴热带的厚度。
2.4 就安全阀出口位置,应当尽量放空管线、可能发生振动的两相流管线。在关键位置应当设置专门的导向管托,在避免管线承受横向位移的同时,减少管线承受的冲击荷载。
2.5 在管线架空敷设阶段,应当将热膨胀量控制在100mm以内,当管托位移量超过100mm,为避免管托滑落,需选用加长型管托。管托高度选用需与保温厚度相对应,要留出保温层和外壳的施工间隙。对于管廊上并排敷设的管道,为了防止热胀冷缩导致管道相互挤压,应在管廊柱所在位置增加导向架。常用T型管托如下图2所示。
2.6 需要生根在设备上的支架,应当为设备提供专业的预焊接条件,经设备专业确认设备本体强度符合,并预先焊制加强板后才能设置。
2.7 支吊架的形式设置,应当致力于为现场管道施工与现场管道检修提供便捷性,减少对现场通行的阻碍。
3 化工管道支吊架设计要点
3.1 塔类设备管线设计
就塔类设备周围管线布置,由于考虑到塔的热胀冷缩产生的位移,为了让管道和塔产生同步位移,一般要求管线生根在塔上,以此减少应用阶段的位移。与塔或换热器设备管口相关的管道支架需进行应力核算,使得设备管口的受力小于最大允许值。一般来说,垂直管线上的第一根支架,应当尽量靠近设备管口位置,以此减少管口与支撑点之间的热膨胀位移。通常将第一根支架设备固定架或滑动承重架,第二根设置为导向架。如此设置,即便是第一根支架的荷载过大,其他支撑点也可分担荷载力。如若设备之间的温差较大,使得第一个支架设备管口间的应力增加,可改变管线走向,或增加Π型弯,以提升管线柔性。
3.2 调节阀管道设计
就调节阀管道设计,在热膨胀应力允许范围内的,应当将固定架设置在调节阀出口位置,将滑动架设置在入口位置。依据实际情况,必要时可在调节阀出口位置,增加导向架。带调节阀组管道,需要在弯头下设置支架,综合考虑支撑管道重量与管道振动力。若调节阀的进口与出口压力差距较大,气液两相管线会产生剧烈运动,进而出现水锤效应。就调节阀管线,需要严格计算应力,参照应力数值选取合理的支架类型,可设置为一个固定支架+一个滑动支架(导向架)的形式,如下图3所示。
3.3 离心泵进出口管道设计
化工管道支架泵进出口位置,参照其流体处理性质、状态等因素,可将其划分为顶-顶、侧-侧、端-顶、侧-顶。在及开展离心泵进出口管线设计阶段,管道专业人员需要保障管线具备足够的柔性,以此最大程度减少离心泵泵口的受力与力矩低于厂家允许值。需要注意的是,离心泵的进口管线不可存在袋型,还需要减少弯头的使用。为最大程度减少离心泵管口的受力,可在阀门附近设置专门的管架。若发现离心泵管口位置的支架点存在热位移现象,需要参照应力计算数值,选取最佳的弹簧架。就离心泵进出口位置的水平管道,尽量选取刚性支架,离心泵泵进口管口的第一个支架,需设置一些可供调节的滑动承重支架,比如:RS-1。离心泵泵出口管口的竖向管发生热胀冷缩,则弯头后管架极易发生脱空现象,管道重量将完全落在泵管口上,因此,一旦经过应力计算发现管道脱空,应当尽力选择弹簧支吊架。若应力计算结果显示离心泵泵口的受力无法满足相关要求,可通过增加柔性或调整管架位置,将大部分的应力吸收掉。
3.4 F类支腿设计问题
化工管道支吊架设计阶段,F类支腿设计得到了广泛应用。在其使用阶段,需要注意以下几点:1.与管道直接焊接的支腿,应当与管道材质相同;2.就受力较大的管架,应当加强管道支腿,并保持材质相同;3.依据实际情况,参照施工经验,选取合适的支腿类型、科学设置安装长度;4.泵进出口管道,在其弯头位置,应当选择F8类型的支腿。
3.5 弹簧选型与吊杆直径问题
弹簧架分可变弹簧架和恒力弹簧架两种,一般位移量小的选可变弹簧架,位移量大的选恒力弹簧架。敷设形式分吊架和支架两种,应根据具体应力要求和管道所在位置的适宜支撑点而定,吊架或支架高度应按管道中心与管架生根点的距离来核算。弹簧架的型号国内外有好几个参照体系,国内最常用的是石化体系的弹簧架,一般应力计算选好弹簧架体系后,软件会自动选取弹簧架型号,除此之外,也可以依据弹簧标准上的表格,结合应力计算的弹簧受力和位移范围选取相应型号的弹簧架,并根据弹簧架型号合理选取吊杆杆径。采购弹簧架时,需向厂家提供弹簧架的型号,冷态载荷,热态载荷,位移量,管道尺寸,吊杆或支撑长度等数据,这些数据通常在应力计算报告中能够获得。厂家的弹簧架到货时会安装固定销来固定弹簧,当弹簧架正式启用时,销子才能拔掉,并需妥善,等待将来检修需要移开管道时,再用固定销重新固定住弹簧,以免弹簧受力过小而损坏。
4 结束语
综上所述,在整个化工装置中,化工管道支吊架设计的直接决定着后期运行质量。想要确保化工管道支吊架设计满足工艺要求,必须要合理、科学布置支吊架形式与位置,对于温度(℃)和管径(mm)的乘积大于4000的管道,或者与设备管口连接管道,以及振动管道等关键管道进行应力计算,以确定管架设置适当,在保障美观性的同时,提升化工管道支吊架设计的安全性与可靠性,实现工程质量与经济效益的提升。
参考文献
[1]赵广宇,张健.化工管道支吊架选择要点及常见问题分析[J].广州化工,2018,46(19):111-113.
[2]时骋.化工管道支吊架设计的要点分析[J].化工设计,2018,28(03):31-34+1.
(作者单位:扬子-巴斯夫公司)
关键词:化工管道;支吊架设计;要点阐述
1 化工管道支吊架的作用及分类
化工管道支吊架种類较多,详见下表1,不同种类的化工管道支吊架,其作用也各不相同。
2 化工管道支吊架设计原则
2.1 在保障安全的前提下,应当优先选择标准管架,参照HG/T 21629-1999常用形式开展选择,尽量选择普通支架,尽量减少弹簧架的使用。
2.2 参照支撑点的受力情况、管线情况、工作温度等,选取最佳的支吊架形式。需要注意的是,选取的支吊架形式应当满足管道承重、防震等基本应力要求。
2.3 尽量选择焊接型的管托与管吊,除去以下几点情况:管道介质温度在400℃以上的碳素钢材质管道;非金属衬里管道;低温管道;合金材质管道;拆卸检修次数较多的管道;架空敷设、且施工难度较大的管道。焊接管托需与被支撑管道材质相同,对于大管径管道应适当考虑补强,补强与被支撑管道弧度相同,并在焊接时留透气口。非焊接型管托,如管夹,管箍等,如果支架与管道材质不同,需在管道和管托之间增加玻璃纤维衬里。电伴热管线的管夹或管箍,需要考虑电伴热带的厚度。
2.4 就安全阀出口位置,应当尽量放空管线、可能发生振动的两相流管线。在关键位置应当设置专门的导向管托,在避免管线承受横向位移的同时,减少管线承受的冲击荷载。
2.5 在管线架空敷设阶段,应当将热膨胀量控制在100mm以内,当管托位移量超过100mm,为避免管托滑落,需选用加长型管托。管托高度选用需与保温厚度相对应,要留出保温层和外壳的施工间隙。对于管廊上并排敷设的管道,为了防止热胀冷缩导致管道相互挤压,应在管廊柱所在位置增加导向架。常用T型管托如下图2所示。
2.6 需要生根在设备上的支架,应当为设备提供专业的预焊接条件,经设备专业确认设备本体强度符合,并预先焊制加强板后才能设置。
2.7 支吊架的形式设置,应当致力于为现场管道施工与现场管道检修提供便捷性,减少对现场通行的阻碍。
3 化工管道支吊架设计要点
3.1 塔类设备管线设计
就塔类设备周围管线布置,由于考虑到塔的热胀冷缩产生的位移,为了让管道和塔产生同步位移,一般要求管线生根在塔上,以此减少应用阶段的位移。与塔或换热器设备管口相关的管道支架需进行应力核算,使得设备管口的受力小于最大允许值。一般来说,垂直管线上的第一根支架,应当尽量靠近设备管口位置,以此减少管口与支撑点之间的热膨胀位移。通常将第一根支架设备固定架或滑动承重架,第二根设置为导向架。如此设置,即便是第一根支架的荷载过大,其他支撑点也可分担荷载力。如若设备之间的温差较大,使得第一个支架设备管口间的应力增加,可改变管线走向,或增加Π型弯,以提升管线柔性。
3.2 调节阀管道设计
就调节阀管道设计,在热膨胀应力允许范围内的,应当将固定架设置在调节阀出口位置,将滑动架设置在入口位置。依据实际情况,必要时可在调节阀出口位置,增加导向架。带调节阀组管道,需要在弯头下设置支架,综合考虑支撑管道重量与管道振动力。若调节阀的进口与出口压力差距较大,气液两相管线会产生剧烈运动,进而出现水锤效应。就调节阀管线,需要严格计算应力,参照应力数值选取合理的支架类型,可设置为一个固定支架+一个滑动支架(导向架)的形式,如下图3所示。
3.3 离心泵进出口管道设计
化工管道支架泵进出口位置,参照其流体处理性质、状态等因素,可将其划分为顶-顶、侧-侧、端-顶、侧-顶。在及开展离心泵进出口管线设计阶段,管道专业人员需要保障管线具备足够的柔性,以此最大程度减少离心泵泵口的受力与力矩低于厂家允许值。需要注意的是,离心泵的进口管线不可存在袋型,还需要减少弯头的使用。为最大程度减少离心泵管口的受力,可在阀门附近设置专门的管架。若发现离心泵管口位置的支架点存在热位移现象,需要参照应力计算数值,选取最佳的弹簧架。就离心泵进出口位置的水平管道,尽量选取刚性支架,离心泵泵进口管口的第一个支架,需设置一些可供调节的滑动承重支架,比如:RS-1。离心泵泵出口管口的竖向管发生热胀冷缩,则弯头后管架极易发生脱空现象,管道重量将完全落在泵管口上,因此,一旦经过应力计算发现管道脱空,应当尽力选择弹簧支吊架。若应力计算结果显示离心泵泵口的受力无法满足相关要求,可通过增加柔性或调整管架位置,将大部分的应力吸收掉。
3.4 F类支腿设计问题
化工管道支吊架设计阶段,F类支腿设计得到了广泛应用。在其使用阶段,需要注意以下几点:1.与管道直接焊接的支腿,应当与管道材质相同;2.就受力较大的管架,应当加强管道支腿,并保持材质相同;3.依据实际情况,参照施工经验,选取合适的支腿类型、科学设置安装长度;4.泵进出口管道,在其弯头位置,应当选择F8类型的支腿。
3.5 弹簧选型与吊杆直径问题
弹簧架分可变弹簧架和恒力弹簧架两种,一般位移量小的选可变弹簧架,位移量大的选恒力弹簧架。敷设形式分吊架和支架两种,应根据具体应力要求和管道所在位置的适宜支撑点而定,吊架或支架高度应按管道中心与管架生根点的距离来核算。弹簧架的型号国内外有好几个参照体系,国内最常用的是石化体系的弹簧架,一般应力计算选好弹簧架体系后,软件会自动选取弹簧架型号,除此之外,也可以依据弹簧标准上的表格,结合应力计算的弹簧受力和位移范围选取相应型号的弹簧架,并根据弹簧架型号合理选取吊杆杆径。采购弹簧架时,需向厂家提供弹簧架的型号,冷态载荷,热态载荷,位移量,管道尺寸,吊杆或支撑长度等数据,这些数据通常在应力计算报告中能够获得。厂家的弹簧架到货时会安装固定销来固定弹簧,当弹簧架正式启用时,销子才能拔掉,并需妥善,等待将来检修需要移开管道时,再用固定销重新固定住弹簧,以免弹簧受力过小而损坏。
4 结束语
综上所述,在整个化工装置中,化工管道支吊架设计的直接决定着后期运行质量。想要确保化工管道支吊架设计满足工艺要求,必须要合理、科学布置支吊架形式与位置,对于温度(℃)和管径(mm)的乘积大于4000的管道,或者与设备管口连接管道,以及振动管道等关键管道进行应力计算,以确定管架设置适当,在保障美观性的同时,提升化工管道支吊架设计的安全性与可靠性,实现工程质量与经济效益的提升。
参考文献
[1]赵广宇,张健.化工管道支吊架选择要点及常见问题分析[J].广州化工,2018,46(19):111-113.
[2]时骋.化工管道支吊架设计的要点分析[J].化工设计,2018,28(03):31-34+1.
(作者单位:扬子-巴斯夫公司)