管道设计中支吊架的正确设置.doc

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 & HANGERSIN PIPING DESIGNPeng JinLuoyang Petrochemical Engineering Corporation(Luoyang,Henan471003)Abstract Wheninstalling 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⑵计算式中：L1――装置内管道由刚度条件决定的跨距， mL' 1――装置外管道由刚度条件决定的跨距， me ――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，cm； q 管道的质量，kg/m1.1.2 强度条件在不计算管内压力的条件下，跨距应按式（3）计算式中：L2――按强度条件计算的管道跨距，mW管道扣除腐蚀裕度后的断面抗弯模数， cm3;［①］――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 ［c］ =0.5 ［ c］七的前提下，其跨距L2应按式（4）计算'第 ⑷式中：［c］七一一管材在设计温度下的许用应力， MPa1.2 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管道支吊架分类表大类小类名 称用途名 称用途承重 支架承受管道重量（包括管道自重、保温层 重量和介质重量等）刚性 支架 可调 刚性 支架 可变 弹簧 架 恒力 弹簧 支架无垂直位移的场合 无垂直位移，但要求安装误差严格的场合 有少量垂直位移的场 合垂直位移较大或要求 支吊架的荷载变化不 能太大的场合限制 性支用于限制、控制和约束管道在任一方 向的变形固定 架固定点处不允许有线 位移和角位移的场合架限位 架轴向 限位 架导向 架限制管道任一方向线 位移的场合限位点处需要限制管 道轴向线位移的场合 允许管道有轴向位移， 不允许有横向位移的 场合减振 支架用于限制或缓和往复式机泵进出口管 道和由地震、风载、水击、安全阀排 出反力等引起的管道振动一般 减振 器弹簧 减振 器需要减振的场合 需要弹簧减振的场合2管道支吊架的力学效果和选用原则2.1 支架的失载率和荷载变化率通常管道支吊架的失载率可用下式表示从式中可看出，失载率是以安装荷载为基本荷载的，即失载的多少 是相对于常温时的荷载而言的。

弹簧支吊架的荷载变化率为且r2>0,其基本荷载是在操作温度下的荷载， 所以弹簧支吊架荷载 变化是相对于工作荷载而言的2.2 刚性支架从理论上说，刚性支架的刚度很大，在外力荷载的作用下没有变形， 不过在某些情况下，如管道的热胀、冷缩或支架受到沉降等强迫位移时， 刚性支架有可能失去外力荷载，失载的多少可用失载率来表示2.3 弹性支架弹簧都具有一定的刚度，在外力荷载作用下可以变形 （位移）弹簧支架在弹簧工作范围内，管道有小的变形过程时，不会完全失去其分配 荷载，一般常指定其荷载变化率范围为 25%从而控制荷载转移量2.4 恒力支架从理论上分析，刚性为零的支架为恒力支架，所以恒力支架的荷载 变化率为零（实际上一般为7%-8%），在管道的变形过程中，在它的工作 范围内不发生荷载转移或失载（不考虑构件误差及摩擦损失）时，ri=r2=0管道支吊架选用原则有如下9点:2]:（1）选用管道支吊架时，应按照支承点所承受的荷载大小和方向， 管 道的位移情况、工作温度、是否保温或保冷以及管道的材质等条件选用 合适的支吊架2) 设计时应尽可能选用标准管卡、管托和管吊，以加快建设进度 尽量采用制作简单和施工方便的焊接型管托和管吊以节省钢材。

3) 符合下列特殊情况者可采取其他特殊型式管托和管吊： ①管内介 质温度》400C的碳素钢材质的管道；②输送冷冻介质的管道；③生产中 需要经常拆卸检修的管道；④合金钢材质的管道；⑤架空敷设且不易施 工焊接的管道4) 防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击荷载， 以保证管道只 沿着轴向位移，一般在下列条件的管道上设置导向管托：①安全阀出口 的高速放空管道和可能产生振动的两相流管道；②横向位移过大可能影 响邻近管道，以及固定支架的距离过长而可能产生横向不稳定的管道；③为防止法兰和活接头泄漏而要求不发生过大横向位移的管道；④为防 止振动而出现过大的横向位移的管道5) 热胀量超过100 mm的架空敷设管道应选用加长管托，以免管托 落到管架梁下6) 支架生根焊在钢制设备上时， 所用垫板应按设备外形成型 当碳 钢设备壁厚大于38 mm时，应取得设备专业的同意；此外，当支架生根 在合金设备上时， 垫板材料应与设备材料相同并应取得设备专业的同意7) 对于荷载较大的支架位置需事先与有关专业联系， 并提出支架位 置、标高和荷载情况8) 下述工况应选可变弹簧：①当管道在支承点处有向上垂直位移， 使支架失去其承载功能，该荷载的转移将造成邻近支架超过其承载能力 或造成管道跨距超过其最大允许值的情况；②当管道在支承点处有向下 的垂直位移，而选用一般刚性支架将阻挡管道位移的情况；③垂直位移 产生的荷载变化率应不大于25%④当选用的一个弹簧的变形量不能满 足要求时，可串联安装两个弹簧；⑤串联的两个弹簧，承受的荷载应相 同，总位移量按每个弹簧的最大压缩量的比例进行分配；⑥当实际荷载 超过选用弹簧规格表中最大允许荷载时，可选用两个或两个以上的弹簧 并联安装；⑦并联弹簧应选用同一型号的弹簧，按并联弹簧数平均分配 荷载。

9) 当管道在支承点有垂直位移且要求支承力的变化范围在 8%以内时，管系应采用恒力弹簧支架3 管道支架在应力分析中的作用在管道设计中不考虑支吊架限制管道在振动或抗震中的作用时，一 般支吊架有 3 种作用3.1 管道的承重 管道设计中支吊架的基本作用在于承受管道的自重和外载，避免产 生过量挠度，控制管系的一次应力在许用范围内一次应力的大小是衡 量管系能否安全运行的标准之一若一次应力过大，管系可能会受到破 坏由管道的内压和外载产生的一次应力的大小和作用与在管系上的荷 载及管道和其配件的截面有关装置的规模确定后，便可确定各个管道 的管径管道设计时不能任意改变工艺流程图上规定的管径，而管道的 一次应力和支承端承受荷载的大小却可通过设置支吊架来加以调整因 此，管道支吊架的设置对管系一次应力的大小有着直接的关系当水平 管道上支吊架太少时，不仅会使一次应力增大，同时也会使管道的挠。