吊架设计

吊架设计（共8篇）

吊架设计 篇1

摘要：本文介绍石油化工装置管道的柔性设计与应力分析,阐述支吊架的设计原则,确保支吊架间距满足跨距要求,并对典型支吊架设置及可变弹簧支架的选用进行论述。

关键词：柔性设计,应力分析,支吊架,弹簧

0 引 言

随着近代工业的发展,大量高温高压管道[1]的应用,管道的配置显得越来越重要。对于一个工艺成熟、设备定型的石油化工装置来说,装置设计的优劣很大程度取决于配管设计水平——柔性设计。然而,为保证管道在工作状态下的稳定和安全,减少管道受热膨胀时所产生的应力,管道上每隔一定距离应设固定点及热膨胀的补偿装置并进行应力分析,以确保管道应力对固定点的推力、力矩在作用范围内。

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技术,也是管道设计的基础。在进行管道应力分析[2]时,除要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 管道柔性设计

管道柔性是反映管道变形难易程度的一个物理概念,表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。

管道柔性设计[3]的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性,在柔性设计中,除考虑管道本身的热胀冷缩外,还应考虑下列管道端点的附加位移:

1) 静设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移;

2)移动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移;

3)加热炉管对加热炉进出口管道施加的附加位移;

4)储罐等设备基础沉降在连接管口处产生的附加位移;

5)不和主管一起分析的支管,应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移。

对管道进行柔性设计时,一般采用下列一种或几种措施来增加管道的柔性:

(1)改变管道的走向,选用弯头、环形管或偏心管等;

(2)选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器,如选用旋转接头、波纹管、波形的或滑动连接式的膨胀接头,或其它允许有移动或转动的装置等;

(3)选用弹性支吊架,必要时应采用合适的锚固件、拉杆或其它设施,以承受由于流体压力、摩擦阻力和其它原因所产生的端部作用力。

2 管道应力分析

为更好的对管道进行柔性设计,需要深入了解管道上的应力。

管道上的应力一般分为一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力是指由管道所受外力荷载引起的正应力和剪应力。它是非自限性的,超过某一限度,将使管道整体变形直至破坏。二次应力是管道由于变形受约束所产生的正应力和剪应力。如由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的应力。它的特征是有自限性。峰值应力是管道或附件由于局部结构不连续或局部效应(包括局部应力集中)附加到一次应力或二次应力的增量,其特征为:整体不变形,是疲劳和脆性断裂的根源。

管道应力分析的任务主要是对管道进行包括应力计算在内的力学分析[4],并使分析结果满足标准规范的要求,从而保证管道自身和与其相连机器、设备以及管道支吊架、土建结构的安全。热膨胀产生的力[5]和应力是应力分析最常见和最主要的问题。应力分析包括静力分析和动力分析两部分。

静力分析包括:

1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏;

2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏;

3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大,保证设备正常运行;

4)管道支吊架和土建结构的受力计算——为支吊架和土建结构的设计提供依据;

5)计算管道位移,防止管道位移过大造成支架脱落和管道碰撞,并为弹簧支吊架的选用提供依据;

6)优化管系设计。

动力分析包括:

(1)管道自振频率分析——防止管道系统共振;

(2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力;

(3)往复压缩机(泵)气(液)柱频率分析——防止气柱共振;

(4)往复压缩机(泵)压力脉动分析——控制压力脉动值。

影响管道应力的因素主要有温度、压力、弯曲半径、壁厚等。在诸多因素中,温度的变化对管道应力的影响最大,升高温度,会降低许用应力值,而管道的热膨胀量大,使二次应力、对固定点的推力也相应增大;一次应力是由管道承受的内压等荷载引起的,所以内压的变化一般仅影响管道的一次应力;管道弯曲半径增大时,管道的柔性增大,所以其二次应力减少,但对固定点却有所增大;一般,壁厚增加,管道的一次应力、二次应力都减少,推力却增大。

应力分析的工作过程为:

编制或熟悉项目的管道应力分析技术统一规定;确定需要进行详细应力分析的管道;接收管道应力分析空视图;计算端点附加位移(管口位移量计算方法);建立模型,分析计算,查看结果,修改模型直到通过应力分析校核评定;编制计算书,向相关专业提交计算结果。

一般说来,下述管系必须利用应力分析软件(如 CAESAR II)通过计算机进行计算及分析。

①与贮罐相连的,公称管径12”及以上且设计温度在100度及以上的管线;

②离心式压缩机(API 617)及往复式压缩机(API 618)的3”及以上的进、出口管线;

③蒸汽透平(NAME SM23)的入口、出口和抽提管线;

④泵(API 610)——公称管径4”及以上且温度 100度及以上或温度-20度及以下的吸入、排出管线;

⑤空冷器(API 661)——公称管径 6”及以上且温度 120度及以上的进、出口管线;

⑥加热炉(API 560)——与管口相连的6”及以上和温度200度及以上的管线;

⑦相当长的直管,如界区外的管廊上的管线;

⑧法兰处的泄漏会造成重大危险的管线,如氧气管线、环氧乙烷管线等。

⑨公称管径4”及以上且100度及以上或-50度及以下的所有管线;

3 管道支吊架的设计

在进行管道设计[6]时,首先要考虑满足工艺要求,还要考虑设备、管道及其组成件的受力状况,以保证安全运转。管道应力分析是涉及多学科的综合技术,是管道设计的基础。在管道应力分析过程中,正确设置支吊架是一项重要的工作。支吊架选型得当,布置合理,所设计的管系不仅美观,而且经济安全。

3.1 管道支吊架的类型

管道支吊架可分为三大类:承重支吊架、限制性支吊架和防振支架。

承重支吊架可分为:刚性支吊架、可调刚性支吊架、弹簧支吊架和恒力支吊架。

限制性支吊架可分为:固定支架、限位支架和导向支架。

防振支架可分为:减振器和阻尼器。

3.2 管道跨距的确定

一般连续敷设的管道允许跨距L应按三跨连续承受均布载荷时的刚度条件计算,按强度条件校核,取两者之间的较小数值。

刚度条件:

undefined(装置内)

undefined(装置外)

式中:L1,L′1——装置内(外)由刚度条件计算的跨距,m;

E1——管材在设计温度下的弹性模数,MPa;

I——管道扣除腐蚀裕量及负偏差后的截面惯性矩,mm;

q——每米管道的质量,N/m。

强度条件:

undefined(不考虑内压)

undefined(考虑内压)

式中:L2——由强度条件计算的跨距,m;

[σ]4——管材在设计温度下的许用应力,MPa;

W——管道扣除腐蚀裕量及负偏差后的抗弯截面模量,mm。

I和W分别按下式计算

undefined

式中:D——管道内径,mm;

D——管道外径,mm。

管道支架有固定支架和活动支架之分。 活动支架间距计算:

(1) 按刚度条件计算:

PN>40管道

undefined管道

undefined

式中:Lmax——支吊架允许的最大间距,m;

q——管道单位重量,N/m;

ω——管子断面抗弯矩,cm;

ϕ——管子环向焊缝系数;

[σ]undefined——管材在设计温度下的许用应力,MPa。

(2) 按强度条件计算:

undefined

式中:I——管道扣除腐蚀裕度及负偏差后的断面惯性矩,cm;

E——管材在设计温度下的弹性模量,MPa。

注明:水平90°弯管两端支吊架间的展开长度,不应大于水平直管段上支吊架最大允许间距的0.73倍。

3.3 管道支吊架位置确定的基本原则

(1) 满足管道最大允许跨度的要求。

(2) 在有集中荷载时,支架要布置在靠近荷载的地方,以减少偏心荷载和弯曲应力。

(3) 在敏感设备(泵、压缩机等)附近,应设置支架,以防管道荷载作用于设备管嘴。

(4) 往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道,宜单独设置支架,支架生根于地面上的管墩、管架上并与建筑物隔离,以避免将振动传递到建筑物上。

(5) 除振动管道外,应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支架的生根点,且应考虑生根点能承受的荷载,生根点的构造应能满足生根件的要求。

(6) 对于压力管道,应根据应力分析计算结果调整。

(7) 管道支吊架应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位。

(8) 管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近。

(9) 安全泄压装置出口管道应根据需要,考虑是否设置支架。

3.4 典型管道支吊架的设置

3.4.1 压缩机进出口管道支架设计

①往复式压缩机的吸入和排出管道上的管架(或管墩)宜与建、构筑物基础脱开,不宜在楼板和平台下生根,当设计独立的管架(或管墩)时,第一个支架应靠近压缩机;

②往复式压缩机吸入和排出管道支架(或管墩)的高度应尽可能低,以便于管道的支撑;

③往复式压缩机的管道抑振管架,应设在管道集中荷载处、管道拐弯、分支以及标高有变化处;

④由于离心式压缩机吸入和排出管口一般均向下,机体热膨胀及管道热膨胀均向下,因此,管道支架宜采用弹簧支架或弹簧吊架。

3.4.2 泵管道支架设计

各类泵均有荷载限制,支架设置时应考虑以下因素:

①在靠近泵的管段上设置支吊架或弹簧支吊架;

②对大型机泵的高温进出口管道,为减轻泵嘴受力而设置的支架,应尽量使约束点和泵嘴之间的相对热伸缩量最小;

③泵出口嘴垂直向上时,在距泵最近拐弯处,于泵基础以外的位置设置支架,也可在泵嘴正上方的拐弯处设吊架;

④泵的水平吸入管道宜在靠近泵的管段上设置可调支架,也可采用吊架或弹簧吊架;

⑤为防止往复泵管道的脉动,应缩短管道支架之间的距离,尽量采用管卡型支架,不宜采用吊架;

⑥泵的管道为常温时,应在泵嘴最近处设固定支架或导向架;

⑦泵附属小管道尽量成组布置,以便安装支架;

⑧未经泵制造厂许可,不得在泵底座上安装支架。

4 弹簧支吊架

弹簧支吊架[7]属变力支吊架,是承重支吊架的一种。管道设计中,当管道支承点处有垂直位移时,管道产生脱空或变形受阻,前者使支架失去其承载功能该荷载转移将造成管道一次应力增大或邻近支架(或设备)超载,后者将使管道产生,较大的二次应力,对管道和支吊架都不利,这时管道支承点处就需要采用弹簧支吊架。另外,在与敏感机械设备相连接的管道处,也常常采用弹簧支吊架。在进行管道设计时,经常会遇到管道需设弹簧支吊架的情况。

1) 为了减少泵出口管道对泵的荷重,在泵出口上方设弹簧支吊架,重量尽量由弹簧来承担。

2) 塔或立式容器等设备管嘴处,一般应设置承重支吊架,但如果管道过重,一个承重支吊架承重有困难时,就必须再设一个弹簧支吊架。

3) 在常减压装置中,常减压转油线在运行时,支吊点处常常会出现垂直方向的热位移,也需要采用弹簧支吊架。

总之,弹簧支吊架主要解决管道垂直位移时的支撑问题和减小敏感设备的受力问题,对管系正常运行起着重要作用。

5 结 语

综上所述,管道应力分析与支吊架设计密切相关,在石油化工管道工程设计中,它们对整个管系的安全运行起着至关重要的作用;尽管在整个工程投资中它们所占的比例很少,但从某种意义上来说管道的规划过程实际上是规划管道支吊架。由此可见,应用国际上先进的应力分析软件CAESERII[8]等对管道进行应力分析,并对管道进行支吊架设计对石油化工工程建设而言,其作用举足轻重。

参考文献

[1]马中付.高温高压管道的应力分析与设计[J].石油化工设计,1999,16(3):10-15.

[2]王国兴.热管道布置与应力分析探讨[J].石油化工设计,1999,16(3):10-15.

[3]中国石油化工集团公司工程建设管理部,国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器安全检查局.全国压力管道设计审批人员考核培训教材[M].北京:中国石化出版社,2003.

[4]许文欣,张强.化工设计中的管道应力分析[J].辽宁化工,2003,32(3):117-119.

[5]唐永进.压力管道应力分析[M].北京:中国石化出版社,2003.

[6]张德姜,王怀义,刘绍叶主编.工艺管道安装设计手册(修订本)[M].北京:中国石化出版社,1994.

[7]张民贞.弹簧支吊架在管道设计中的应用及弹簧失效分析[J].化工设计2007,17(5):29-33.

[8]姜崴.管道应力分析软件在化工设计中的应用[J].山西化工,2004,24(2):65-67.

吊架设计 篇2

关键词:通信系统;外场设备;支吊架;制作;安装;经验

中图分类号:TN912.3文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0151-03

城市轨道交通通信工程施工,需安装大量摄像机、监视器、显示屏、无线天线、子钟等外场设备,通过支吊架固定在顶板、立柱或过梁上。支吊架是外场设备安装的一个重要组成部分,起着承受荷载、限制位移和控制摆动、振动或冲击等作用,不仅要求选型得当、布置合理,而且要求美观、安全。支吊架一旦失效,将使设备坠落、损坏,对现场人员的生命安全构成巨大威胁,甚至发生恶性事故,影响安全。

支吊架制作长期以来一直是困扰城市轨道交通通信工程安装的难题之一。设备厂商提供的外场设备支吊架,由于受建筑结构、空间高度、装修方式或其他专业桥架、管线、设备等影响,在大多情况下,其荷载、长度、强度、固定方式和稳固性等无法满足现场需要。实际施工时,需因地制宜,设计、制作和安装合适的设备支吊架,以使所安装设备达到可靠使用的目的。基于此,我方通过重庆、上海、广州等城市轨道交通通信项目施工,不断改进、总结,在支吊架制作方面摸索出一定经验。制作的支吊架牢固、美观、实用,施工快捷、安全、灵活、简便,操作人员易于掌握,现场使用效果理想。

1 外场设备支吊架要求

1.1 满足不同结构及装修风格要求

城市轨道交通车站结构、装修风格各异,有地下站、高架站、地面站等形式,站台层有工字钢结构、拱形结构、网状结构等装修型式,站厅层有网格、铝塑板、铝扣板、挂片等装修型式,墙面有石材、铝塑板等型式,即使为同一区域,装修高度及型式也可能不同;而且受桥架、管线及其他专业设备影响,很多情况下,支吊架处于密如蛛网的管系中,不仅受力复杂、工作条件多变,且往往受到位置的限制,以致结构、形状多样,给制作安装带来不便。现场需针对不同建筑结构、装修方案,采用不同的支吊架型式,既满足技术规范、功能及防护等级要求,又与站台、站厅层结构、装修风格相适应。

1.2 满足安全性、稳固性、可靠性要求

监视器、时钟、显示屏等外场设备重量重,需考虑承重要求,摄像机等设备对图像稳定性、观测角度要求极其严格,考虑风力、车辆振动、人为及施工碰撞,会造成支吊架晃动引起图像抖动,影响观察。以下情况,造成支吊架制作安装较为困难:为保持外场设备距地高度及便于观察维护,有的支吊架杆很长,但需保持支吊架与地面垂直,否则影响站台美观;有的外场设备支吊架与钢架结构连接体部位型式不一、粗细不一,有的与地面呈一定斜角,制作根法兰时需注意角度,见图1;装修专业结构钢架、龙骨等为避免变形,不允许进行电,焊、打眼作业,需采取夹板式、包柱式等型式进行固定安装。因此,支吊架可靠性、安全性和稳定性必须满足需要。

1.3 满足调整、拆装等安装维修要求

由于装修前很多外场设备安装位置、高度,地面标高不能明确,支吊架安装位置、长度有可能随时变化,一旦具备条件,制作安装往往只需很短时间,处理不好会对现有装修产生很大影响;部分装修为整体装修,支吊架伸出装修层时开孔困难,需准确合适,过大会造成封堵困难,过小支吊架无法穿过;现场施工中其他专业吊装、搬运等都可能对支吊架造成破坏及影响等。所以支吊架必须可以快速拆装,以应对各种紧急情况,便于对外场设备进行维修。

1.4 满足走线功能要求

设备电源线、控制线、信号线等从管槽引出后进入设备,如线缆外露较多会显得凌乱,且易积尘,擦拭清洗困难。如考虑在支吊架内走线,走线隐蔽、封堵容易且能起到屏蔽作用。

2 工艺创新和改进

本方吸取以往支吊架制作的经验教训,对支吊架制作进行了以下创新和改进。

2.1 利用计算机制作模型效果图

本方根据现场测试数据及安装设备图像资料,利用计算机计算相关曲线参数,制作不同的三维模型示意图,见图2。通过分析优化,确定支吊架型式,保证支吊架与钢架结构、装修风格适应配套,以保证支吊架配套美观、法兰连接坚固、安装误差最小、下料准确方便、材料损耗最少、确保安装更准确、快捷。

2.2 制作软件进行汇料统计

支吊架按规范、现场及设备情况选用强度和刚度相适应的型式与规格,种类数量繁杂,材料统计难度大。本方利用计算机制作相应软件进行材料统计汇总工作,统计现场需加工制作的支吊架数量、位置、类型、尺寸等具体数据,根据输入的支吊架型号,自动拆分材料,自动输出材料料单和支吊架汇总料单,解决了以上问题,提高了效率。

2.3 采用线切割工艺精确加工

每组支吊架都根据具体情况而设计,考虑风力及其他原因会引起设备晃动,支吊架根法兰必须与站台结构连接体紧贴并箍紧,其圆弧应均匀,且与所抱钢架直径配套,与地面垂直。但每个钢架结构连接体的情况不一致,为保证连接紧密,本方测量并计算出弧形钢架相关曲线参数,采用线切割工艺精确加工根法兰,确保支吊架满足要求。

2.4 组合式加工确保安装调整

支吊架如在使用现场加工,需配备电焊机、切割机、砂轮机等加工机具,搬运、存放困难,还需解决加工用电;另外,现场材料多、作业场地有限、人员杂、通风及光线差、安全隐患多、效率低。由于地面标高等影响,支吊架长度不能一次到位,有可能随时变化。为便于施工、维修和高度调整,本方采用组合式支吊架,将支吊架分成根法兰、吊杆、设备法兰等3部分,根据需要进行组合选用,固定部分每间隔1 cm打孔用于伸缩调节,另一端焊接根法兰用于生根;活动部分一端套丝扣或装设备法兰连接设备,一端每隔1 cm打孔用于伸缩调节,每套支吊架根据情况均有10 mm~600 mm的调整量。所有支吊架均可实现快速拆装,预先制作出支吊架的半成品,现场工程师根据现场情况,及时组织加工人员进行配合,根据需要对半成品支吊架进行调整,减少现场加工量,提高效率。

2.5 合理利用原有支吊架保证使用效果

摄像机、监视器等供货商提供的支吊架与设备配套,部分有调节俯仰角度、左右方位等功能,本方制作时在征得设备供货商同意的情况下,针对原有支吊架合理改造,根据需要适当取舍,采用套丝、焊接、法兰连接等方法进行调整等改造,吊杆外径、型式和颜色尽量保持一致,充分利用原吊架功能,保证使用效果。

3 外场设备支吊架制作安装要点

3.1 支吊架制作安装基本流程

审核图纸→图纸定位→现场定位→测量→型式确定→下料加工→防腐处理→安装→调整→设备安装。

3.2 外场设备定位、测量

外场设备定位、支吊架测量是设备安装工作中重要的一个环节,应派出具有丰富施工经验的技术人员参加,根据初步确定设备布置,现场核实方案可行性,综合考虑各种因素,精心测量,优化比选方案,确定支吊架型式、材质,最终达到方案切实可行。

3.2.1 外场设备定位

施工现场综合管线复杂,空间分割密集度高,如果盲目施工可能造成返工,为保证支吊架在有限空间规范安装,统一支吊架位置、标高、间距、限界等非常重要。需及时与设计单位、运营单位沟通,了解设计思路、了解使用维护要求,现场核对风水电、FAS/BAS、低压配电、信号等相关专业管线设备,并认真查看车站结构、空间尺寸、孔洞预留,核对现场实际与设计文件之间有无差异;积极与土建、装修、供配电、信号、通风、给排水、AFC、FAS/BAS、屏蔽门等相关专业保持联系,依据施工设计和综合管线设计,会同其他承包商一起协商核定方案,并报监理及设计等审批;工程实施中互通信息,积极协调施工程序,减少干扰,共同协商创造互利的施工环境。

联系设备供货商,详细了解外场设备尺寸、重量等详细数据,了解固定方式、安装要求、安装附件型式、设备性能及环境要求,以保证安装效果最佳。

定位原则:既要考虑承重美观,又要满足设备维修、调整要求;安装位置符合设计图纸,安装高度满足防范要求,要求到接缝边缘距离应能满足螺栓受力要求;考虑安装点装修高度、颜色、材质等,灯光、顺光逆光、干扰等;考虑司机、值班员、车长、乘客等观察角度、习惯,甚至视角误差;为保证观察监视效果,考虑其他专业的终端设施,如广告牌、导向牌、灯具、风口及立柱等相互遮挡,协调避让等。

通信外场设备避让原则:为保证安装稳定牢靠,对显示屏、时钟等对位置要求不严格的外场设备,通过业主、设计等现场确认,可适当合理调整到有梁、柱及易于生根位置,可为其他设备避让;监视器、摄像机等对位置要求极严格的设备必须协调其他专业设备避让。

3.2.2 支吊架测量

现场测量是支吊架制作的重点,根据设计文件、技术规范对设备安装高度和位置进行核对,并参考设备(含附件)尺寸,确定支吊架型式和长度,按照前期测量和计算的安装件至地面及站台边沿的实际距离,分别利用吊线锤、钢尺等确定位置,同时在固定点上作出相应标记,以保证后期安装的准确性。

根法兰等部分非标件设计和生产需要测量后的数据进行,且其测量结果直接影响生产,特别是非标件的生产是影响总体工期的关键因素。需由经验丰富的技术人员对每处安装部位进行精确测绘,认真计算相关曲线,对安装位置反复核准。测量所选择的基准面和测点应有足够的代表性,测点数应保证安装的最小误差,确定正确位置,“位置”就是指平面的纵、横向位置和标高。

支吊架根据设备大小、重量和现场情况可设计成“I”型、“L”型、门型、三角型等型式,门型吊架主要为位置确定受其他管槽影响时采用,三角型支吊架主要对超长支吊架增加稳固性时使用。支吊架要布置在靠近荷载的地方,以减少偏心荷载和弯曲应力,特殊情况可考虑和其他专业外场设备共用支吊架。可调支吊架的拉伸或压缩量应按要求进行计算,针对不同的装修风格,尽量将调整部分推延到隐蔽处调整解决,以保证美观。

固定方式可采用预埋、包柱式、螺栓固定、射钉固定和焊接固定等。必须具备生根条件的支吊架应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为生根点,生根点的构造满足生根件的要求。安装位置及类型尽量减少作用力对被生根部件的不良影响,当设备较重时,有关支吊架对于梁、板、柱、钢架等结构强度的影响,需经结构专业设计人员验算,特殊点应做荷载试验(使用承重物悬挂于支吊架上,荷载为设备及支吊架自重及工作荷载总合的2倍,悬挂时间为12 h。试验结果安装牢固,支吊架、构架未变形为合格)。

3.3 支吊架材料选用

根据现场测量结果,计算支吊架承载能力,确定其结构型式、材质,根据承重要求选用管材厚度,使其满足承载要求,并节省材料、方便施工。材料本着经济、合理的原则选用,通常选用钢管、不锈钢管,吊顶内较隐蔽可适当采用角钢、槽钢或通丝,根法兰根据固定型式可选用扁钢、钢板、槽钢、卡箍等,最好套用规格化的型材和标准元件,并使其既满足工况要求,又能与所支撑材料匹配。

3.4 支吊架加工制作

支吊架型式和加工尺寸符合现场要求,制作支吊架的钢材应平直,无明显扭曲,切口无卷边和毛刺;下料误差应小于5 mm,使支吊架的拼接平直,尺寸准确,外形规矩;钻眼应采用机械加工,不得采用气(电)割,以免影响美观及支吊架的刚度、强度;焊接采用手工电弧焊,由持证焊工施焊,点焊高度为焊脚的2/3,焊点长度视距离施工件及焊缝位置而定,宜均匀,并填满弧坑,焊点无漏焊、欠焊或焊接裂纹等缺陷;缆线进出孔孔径大于线缆外径,位置合理。

加工完毕后用角磨机打磨平滑,非不锈钢件要进行防锈和喷塑处理,如用于露天或潮湿环境应进行热镀锌处理。清除支吊架表面的灰尘、污垢、锈斑、焊渣等杂物后,采用空压机对钢材喷漆进行防腐,喷漆厚度均匀,不得出现脱皮、起泡、起皱、针孔、流淌和漏喷现象。外漆颜色为金属色或与设备颜色一致,并考虑与安装处装修色配套。所有加工好的支吊架均标明编号,方便使用。

3.5 支吊架安装防护

设备支吊架安装采取首件样板制,第一套设备支吊架制作安装完成后,经业主、监理工程师检查,确认合格并统一工艺后,作为样板全线推广。

支吊架安装必须根据现场的施工条件和材料的进场情况,结合土建、装修、水暖等工程进展情况,采取条件成熟一处、安装一处、调整一处的方式,统一协调,合理组织人员和机具,采取灵活机动的施工方法,确保安装的顺利进行。

安装人员必须有一定的工艺知识,把设备精度与安装允差结合起来考虑,使偏差向有利方面积累,以最终确保设备的使用性能。

支吊架牢固地固定在梁、墙、立柱或其他结构物上,安装要做到横向水平,线性良好,视觉、外观效果良好,如有抗震要求时,应考虑加固措施。装修层开孔需联系专业人员采用专用工具进行,我方安排专人配合,严禁私自开孔。如设备周围为难于拆装的整体装修板材,应协调装修单位预留好检修孔,为以后运营维护和检修提供方便。

安装钻孔时选用规定规格的钻头或专用钻头,严格按规定孔深和角度进行钻孔,确保孔位不发生偏斜。每个区域的支吊架安装完成后,采用水准仪和经纬仪对支吊架的吊杆进行调正、调平,按照安装需求调整到需要的标高。

支吊架安装完成后设置或粘贴明显的标识信息,为防止其他专业进行喷涂等作业污染支吊架,采用废报纸或塑料带将支吊架包裹进行保护,并派专人定期巡查,发现有丢失、损坏情况时,及时处理。

4 结论

我方成功完成了上海、重庆等城市轨道交通通信系统外场设备支吊架的配套加工,经验收测试,其强度、稳定性均达到要求,效果良好,满足设备安装及使用维护要求。

支吊架安装只是外场设备安装的一道工序,施工中,需严格作好每道工序的施工,只有真正做到“作好本道工序,服务下道工序”,才能创造一个良好的施工环境,保障整体工程的质量。

Urban Rail Transportation Communication Systematic Outfield Equipment Prop up Hanger Make Experience of Installing

Wu Junhong,Bai Mingtao

Abstract: The article summarizes the communication construction experience of the urban rail transportation,have analysed that does not prop up the hanger with the condition that makes installation and requires,propose the craft innovate, improves the measure and makes the scheme concretly,propose a set of manufacture methods fast,safely,reliably .

石油化工装置管道支吊架的设计 篇3

关键词：石油化工,管道,支吊架

管道支吊架是管道系统的重要组成部分, 其设计是管道设计中的重要环节。通过设置支吊架实现对管系变形的控制, 减小管道的二次应力和对设备的推力, 以保证管系的正常运行, 往复运动机械可以通过设置合适的支吊架来达到减小管道振动的目的[1]。

一、选用支吊架应遵循的原则

刚性支吊架, 主要用于管道无垂直位移的部位。例如:滑动支架或管托, 滚动支架或管托、假管支架, 由生根结构吊杆、管卡或吊耳组成的刚性吊架等。可调刚性支吊架, 高度或长度可少量调节, 主要用于管道无垂直位移, 但要求安装误差严格的场合或管道有少许垂直位移的部位, 例如泵前入口管支架;带花兰螺母的吊架等。弹簧支吊架, 或可变弹簧支吊架, 主要用于管道有垂直位移的部位, 支架受力与弹簧被压缩或拉伸量有关。

(1) 将管子固定在支架上, 不允许发生任何方向的位移, 这种支架称为固定支架。固定支架的作用是为了均匀分配补偿器之间管道的热伸长, 保证管道在支架上不发生移动;固定支架受力较为复杂, 除了承受管道重量外, 还承受着管道轴向压力的反力、热胀冷缩的水平推动力及活动支架的水平摩擦力。

(2) 将管子敷设在支架上, 当管子热胀冷缩时可与支架发生相对位移, 这种支架称为活动支架。活动支架分为滑动支架、滚动支架、导向支架。滑动支架是指管子与支架间相对运动为滑动。滑动支架摩擦力较大, 但制作简单, 应用广泛。U形螺栓固定的低滑动支架, 适用于热伸长量较小的室内不保温管道, 滚动支架是在管道滑托与支架之间加入滚柱或滚珠, 使管子与支架间相对运动为滚动运动, 从而使滑动摩擦力变为滚动摩擦力, 这种支架称为滚动支架。滚动摩擦力小于滑动摩擦力。特点是摩擦阻力小, 适用于管径较大、介质温度较高且无横向位移的管道。

(4) 在管道有轴向位移的支架, 两侧加装型钢挡块, 使管道在作轴向运动时不致偏离管道的轴线, 这种支架称为导向支架。适用于管道作轴向位移而不偏离管轴线的管道上。

(5) 在垂直热位移较大, 或由于支吊架处的热胀力过大可能造成管道应力或设备受力超标时, 以及支吊点载荷过大使支吊架难以承受时, 需采用弹簧支吊架。转动机器管口附近的管道上, 不宜采用恒力弹簧支吊架[2]。

(6) 刚性支吊架用于没有垂直位移或垂直热位移很小的场合。

二、石油化工装置管道支吊架位置的确定

近似水平布置的管道应控制一定的支吊架间距, 以保证管道不产生过大的挠度、弯曲应力和剪切应力, 特别要考虑管道上诸如法兰、阀门等部件集中载荷的作用。垂直管道支吊架也应控制间距, 防止管道由于各种载荷组合作用而产生过应力。水平直管道的支吊架间距应满足下列要求。1) 强度条件。应控制管道自重产生的弯曲应力, 使管道的持续外载当量应力在允许范围内。一般钢管道的自重应力不宜大于16MPa。2) 刚度条件。应控制管道自重产生的弯曲挠度, 使管道在安全范围内使用并能正常疏、放水。管道的相对挠度应小于管道疏放水时实际坡度的1/4。对于可能产生振动或有抗地震要求的管道, 还应根据其振因控制管道的挠度, 使管道的固有频率值在适当的范围内。一般钢管道的弯曲挠度不宜大于2.5mm[3]。

一般选用的弹簧, 其荷载变化率应小于25%。当选用弹簧的荷载变化率>25%时, 可选用两个弹簧串联。串联弹簧应选用最大荷载相同的弹簧, 每个弹簧的荷载相同, 总的位移量按每个弹簧的最大压缩量的比例进行分配。通常确定管道的允许跨距是以刚度条件计算, 用强度条件校核。取两者中的小值。按刚度条件计算时, 假定管道为一单自由度振动系统 (对水平管道仅考虑上下振动) , 为使管道在轻微的外力作用下不发生明显振动, 装置内管道的固有振动频率不宜低于4Hz, 装置外管道不宜低于

2.55Hz。

三、石油化工装置管道支吊架的设计

(1) 按允许的最大跨度设置支吊架外, 尚应在下列位置设支吊架。 (1) 当管系与设备相连接时, 应在适当位置设置支吊架, 以减少其受力和力矩。 (2) 当管系中有阀门或小型管道设备等集中荷载时, 应靠近集中荷载处以减少偏心荷载和弯矩。 (3) 弯管附近、大直径管三通或分支管处附近。 (4) 带有垂直管段的管系, 宜在垂直管段上部或下部设承重支架, 当垂直管段较长时, 中间应按规定间距设导向支架;在水平敷设的管段转向垂直管段拐弯处附近的支吊架, 应根据支点的垂直位移量设置弹簧支吊架[4]。

(2) 应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作为支吊架的生根点, 但应核算生根点所能承受的荷载, 必要时可减少跨距以降低生根点的荷载。

(3) 对于复杂的管系, 为简化应力分析, 宜用固定支架将管系分割成可自补偿的若干个管段 (必要时加人工补偿) , 在两固定支架间设承重支吊架或导向支架。

(4) 与设备连接的管道, 其支吊架的位置应设在不妨碍设备的检修和阀门操作、且在检修设备或移走设备时不需设临时支吊架的地方。

需要经常拆卸维修、清扫的部位不得设置焊接型支吊架。

结论

管道支吊架是管道的支架、吊架、管托等管道支承结构的简称。正确选择管道支吊架的型式和合理的位置确定是管道安拿运行的保证。通常评价管道设计, 不仅要看其布置合理、美观、操作、检修方便并具有一定的柔性, 同时也要看支吊架型式与位置的恰当。因此, 管道支吊架设计是管道设计的重要组成部分。

参考文献

[1]殷海峰.管道支吊架分析法设计中若干问题的研究[J].中国高新技术企业, 2012 (21) :108-109.[1]殷海峰.管道支吊架分析法设计中若干问题的研究[J].中国高新技术企业, 2012 (21) :108-109.

[2]刘美荣.CAESARⅡ在炼化装置配管设计中的应用[J].石油化工设计, 2012 (02) :210-212.[2]刘美荣.CAESARⅡ在炼化装置配管设计中的应用[J].石油化工设计, 2012 (02) :210-212.

[3]张利, 李岩, 魏韬.石化管道应力分析及支吊架设计综述[J].化工设计通讯, 2009 (01) :67-68.[3]张利, 李岩, 魏韬.石化管道应力分析及支吊架设计综述[J].化工设计通讯, 2009 (01) :67-68.

吊架设计 篇4

支吊架类型可用以下符号表示:RS-滑动承重架;GS-导向架;AS-固定架;DS-限位架;SS-弹簧架。

1 有控制阀组的管道支架

控制阀(仪表专业的调节阀)阀组,扬控制阀及切断、旁路阀等,最常见的布置为立面布置,在管道的弯头下面设置支架。类似这种阀级的支架除了考虑支承重量外,还要考虑热膨胀以及承受振动的力。当阀门进出口压差大时,或管道减压过程产生气体时,更易产生剧烈振动,应引起特别的注意。两相流的管道,应考虑发生水锤的可能性,特别长的且有向上流动的垂直管段时,易发生水锤作用。向上流的管段如布置位于控制阀之前,情况就会改善。对于有热膨胀的管道,应根据柔性的要求,将一个架设固定架,另一个设滑动支架或导向架。如果热膨胀应力允许,宜在控制阀的出口侧设固定架,入口侧设滑动架。必要时在控制阀出口侧的垂直管端上还要设导向架,如图1所示。

2 塔设备管道的支吊架

塔的管道一般可分为塔顶管道、塔体侧面管道和塔底管道。塔顶管道可包括塔顶安全阀进出口管道、放空管道等;塔体侧面管道可包括回流管道、进料管道、侧线抽出管道、蒸汽管道、返加管道等;塔底管道可包括塔底管道和塔底排液管道等。这些管道都与塔体上的开口相连接,一般又都是沿塔体的周围或上下来布置。这里主要讨论从塔上部下来的管线支架设计。

塔类管道通常从塔壁上支承,可使相对位移尽量小,见图2(a),第1个支架通常做成滑动承重架或者固定支架,且尽量靠近设备管口,以减小设备口的支撑点的相对热膨胀位移,减小热膨胀的反力。如第1个支架至管口间的管道柔性不够,可改变管道走向适当增加管道的柔性,见图2(b)、(c)。如第1个承重架荷载过大时,可另设第2个承重架,第2个承重架应采用弹簧架,当垂直管段较长时,可增加导向架。

对此类管线进行应力分析时,要考虑开停车、空载、正常操作、水联运等各种工况,各种工况下塔设备与管线的温差会有差别,热位移和热应力应按塔壁和管线热膨胀差最大的情况进行分析,如需在竖直管线的弯头处设置支架,无论是否从塔壁上支撑,均应设置为弹簧架。如图2(a)中所示,如L过短,柔性不够,将会导致距弯头最近的刚性支架受力过大或者脱空,势必影响到塔壁上支架的受力和管口受力。结合前面所述的控制阀组的管道支架要求,不难看出,一般不宜在上塔管线太靠近弯头处设置控制阀组。塔的回流管线与塔壁温差较大,且一般设置调节阀组,应力分析时应引起足够的重视。

3 离心泵管道的支架

泵的进出口位置根据处理流体的性质和状态、流量、扬程等不同,分别有顶-顶、端-顶、侧-顶、侧-侧4种。进行离心泵管道的设计时,必须使其进出口管道具有足够的柔性,以减小管道作用于泵口的力和加矩。

泵的入口管道工艺要求比较严格,出口问题相对少些,图3是泵进出口管道布置的几个例子。为使管口受力尽可能小,应在阀门附近设置支吊架,避免阀门重量作用于泵管口处,如靠近泵管口处的支吊点存在垂直热位移,应考虑选用弹簧架。对于泵的水平进出口管线,应尽量采用刚性支撑,且靠近泵口的第1个支架通常应做成可调节高度的承重支架,如图3(a)中的RS-1,图3(a)、(b)、(c)中的RS-2为刚性滑动支架,如距弯头的距离过小,多半会托空,或者在承重情况下,造成泵管口热态受力较大,可考虑采用弹簧架。需要注意的是,柔性分析往往不能通过。为了避免远端管道的水平推力作用于泵管口上,应在管系的对称位置附近设置限位或者导向支架。

需要注意的是,可调节支架目前国内没有统一标准,需要设计人员提供相关参数给厂家特别制造。

当多台泵并列布置时,泵管道热膨胀产生的作用力和管子的摩擦力引起的轴向推力往往是泵口受力超标的重要原因。应力分析结果如果表明是上述原因使泵口受力不能满足要求时,则应考虑增加柔性来吸收连接段的热膨胀,和降低滑动处摩擦系数,比较常用的方法是加一层聚四氟垫板,将钢对钢的摩擦系数0.3降为不锈钢对聚四氟乙烯的0.1。

此外,对于大型的水泵出口管要注意止回阀关闭时的推力作用。在止回阀及切断阀附近应有坚固的支架,以承受水击与重力荷载。

4 离心式压缩机进出口管线的支架

离心式压缩机是连续排料的,几乎可以不考虑振动。但由于气体重度小,转子转速高,又为多级式,故轴的找正要求非常高。在机器制造厂未提出允许受力限制时,一般离心式压缩机管口受力校核标准为API 617。离心式压缩机管道的柔性设计必须注意以下问题:

(1)计算时必须考虑机器管口的热位移,并应考虑最不利的工况;

(2)对离心式压缩机进行受力验算分析时,应该包括进出口,保证具有足够柔性;

(3)计算时应注意考虑机器管口处管道法兰的重量。需要注意的是,与机器管口配对的法兰通常压力等级会高于管道压力等级。

(4)计算时应考虑与主管相连支管的影响。一般情况下,离心式压缩机出口管线上会接有安全阀管线,由于安全阀的管口承受的外载荷要求尽可能小,以免造成阀体变形,影响安全阀的性能,要求管线有一定的柔性。另外设计的支架除能承受重力外,还应能承受泄放液体时产生的反力,所以一般会在安全阀出口管线上适当设置一些导向、限位和固定架,这些支架对机器管口的受力有较大影响。当这些限制性支架使机器管口受力不能通过时,可以考虑用抗安全阀排气反力型阻尼器来代替安全阀出口附近的限制性支架。

(5)管道最好是围绕机器固定点布置,并在管道与机器固定点处坐标轴的交点位置附近设置限位支架,从而使机器管口的热膨胀与管道热膨胀基本相当,减小管道对机器管口的作用力。

(6)如果调整支承位置及形式和改变管道走向后,离心式压缩机仍难以满足要求时,可考虑在出口竖起管道上使用金属波纹管膨胀节。

为保证机器的正常运行,GB 50235-2010《工业金属管道工程施工及验收规范》和SH 3501《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》均对转动机器安装时管道法兰与机器法兰之间的间距、平行度和同轴度做出了严格的要求。为了施工中便于达到这些要求,对转动机器管道进行柔性分析时,不但应使操作状态下机器管口受力满足相应标准的要求,而且应使安装状态下管道对机器管口的作用尽量接近于零。

5 管廊上管道的支架

敷设在管廊上的管线包括各种工艺管道和公用工程管道,多而且复杂。应力分析时应根据管道的级别和种类选择相应的校核准则。

管廊上管道支架的间距,受到管廊结构的梁及柱间距的限制,大管道支架间距常用6m,小管道支架间距用3m。在进行管道设计时,无论是否进行详细的应力分析,均须首先满足允许跨距要求。管道下沉意味着疏水不畅,高温管道的局部地方可能因疏水问题引起较大的温差应力,严重时会导致管线变形,其支架的跨距要求更为严格。

管廊上管道的支架设计重点是各种限制性支架,尤其是固定架。管道的固定点位置应符合下列要求:(1)对复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段,如L型管段、U形管段;Z形管段等再进行分析计算;(2)确定管道固定点位置时,使其有利于两固定点间管段的自然补偿;(3)固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方;(4)固定点应设置在需要承受管道振动、冲击载荷或需要限制管道多方向位移的地方;(5)进出装置的工艺管道和非常温的公用物料管道,宜在装置分界处设固定点;(6)一般应在柱子轴线上的主梁上,不要在次梁上,并尽量使固定架两侧的推力相差不要过大,作用于管道中固定点的载荷,应考虑其两侧各滑动支架的摩擦反力;(7)当两个固定支架中间设置轴向型膨胀节时,推荐一端靠近支架,另一端第一导向支架与补偿器距离4DN设置,第二导向支架与第一导向支架距离按14DN设置,其余导向支架可按水平管道允许的导向支架间距设置。(8)有“U”型补偿器时,宜将其设置在两固定点中部,两侧还必须设置导向支架,第一个导向支架离弯头的距离不宜太近,以免造成过大的水平推力,A值一般取32～40DN为宜,B值一般不应小于2m,固定点间的最大距离应按“U”型补偿器的尺寸而定,见图4。对于多根需要设置“U”型补偿器的管道宜并排布置,最热和最大径管应放在外侧,低温和小径应放在内侧。在“U”型补偿器上,不应引出支管。在靠近补偿器两侧的直管上引出支管时,支管不应妨碍主管的变形或位移。因主管热膨胀而产生的支管引出点的位移,不应使支管承受过大的应力或过多的位移。管道在自然补偿时如选用立体型方式,则较平面形的补偿效果好。

当支架点只需限制某一个或几个方向的位移时,允许其它方向自由时,应将其设成限位支架,并可以根据需要适当调间隙。

6 结论

在整个管道工程的投资中,虽然支吊架系统所占的比例较少,但支吊架对整个管系的安全运行起着至关重要的作用。只有管道布置合理,支架位置和形式选取得当,才能使管道设计在满足工艺要求的同时,既经济合理又安全可靠。上述只侧重对支吊架的位置确定和选用进行了必要的讨论,还应注意支吊架零部件的强度和材料的选原则。

摘要：针对几种典型化工装置的管道,结合设计经验和应力分析理论,提出了管道布置和支吊架设计需要注意的一些问题。

关键词：化工装置,管道布置,支吊架设计,应力分析

参考文献

[1]唐永进.压力管道应力分析[M].北京:中国石化出版社,2003.

[2]蔡尔辅.石油化工管道设计[M].北京:化学工业出版社,2004.

[3]张德姜,赵勇.石油化工工艺管道设计与安装[M].北京:中国石化出版社,2001.

吊架设计 篇5

1 烟风煤粉管道的设计特点[1,3,7]

1.1 管径较大且容易出现积灰积粉, 支吊点荷载较重

当前新建机组大多为大容量高参数机组, 燃料及空气消耗量较大, 而考虑摩损及燃烧调整等因素, 流速须保持在一定的范围内, 因此管径通常较大, 且运行中烟道及热风道中会出现积灰, 送粉管道会有积粉, 因此管道荷载通常较重。

1.2 设计压力较低, 管壁较薄

相比汽水管道, 烟风道设计压力较低, 因此管壁较薄。温度较高的热风、烟道及送粉管道, 可以通过加装补偿器来消除热膨胀的影响, 从而大幅降低管道的刚性及其对设备接口的推力推力矩, 但同时需要考虑盲板力的影响。

1.3 异形件较多, 支吊点的荷载分配较难精确计算

烟风道设计时, 由于空间位置有限, 往往需要设计较多的异形件, 但其重心较难计算, 而且积灰积粉量也较难判断, 因此其两端的支吊点荷载分配往往较难精确计算, 若使用弹簧或者恒力支吊架, 选型较为困难。

2 支吊架的设计原则[1]

支吊架主要有固定支架、滑动支架、导向支架、刚性吊架、限位装置, 弹簧支吊架以及恒力支吊架等。每种类型支吊架均有各自的使用原则及条件, 他们的合理配合使用, 保证了整个管系的稳定性。

2.1 固定支架设计原则

固定支架能够承受管道各方向荷载, 并限制位移及扭矩, 相比其他类型支吊架, 其对管道的稳定性至关重要, 建议在条件允许时, 尽可能多设置固定支架。例如文献[4]报道了将滑动支架改为固定支架以顺利解决管道补偿器撕裂问题的案例。

固定支架是支吊架设计的重点, 通常应优先确定管道的零膨胀点。设置时应充分考虑管道热膨胀导致扭矩过大, 应力集中等问题, 通常与膨胀节相互配合来确保整个管系有足够的柔性。另外设计时应仔细校核焊缝强度, 并考虑足够的余量来保证其可以承受各种异常工况下的管道荷载及热应力。

2.2 滑动及导向支架的设计原则

滑动支架仅能够承受管道的竖直荷载, 并允许有少量热位移, 在烟风道中广泛使用。通常通过在其与生根面间加装聚四氟乙烯板来减少滑动摩擦阻力。常见的失效形式为失载脱空、接触面位移受阻、支撑件破坏等。在设置时, 应充分考虑支点的位移, 防止管道晃动, 并核算支撑件的强度。

导向支架是限制了水平位移的滑动支架, 通常在烟风道中设置导向支架以限制水平位移及平衡盲板力, 管道四个方向设置导向支架可以固定管道中心点, 但相比固定支架, 其无法限制管道角位移。相比滑动支架, 还需着重校核导向挡板的强度。

2.3 刚性吊架设计原则

刚性吊架与滑动支架的功能类似, 能够承受管道竖直向下荷载, 并允许管道有少量的水平位移, 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》要求拉杆与竖直方向的角度不超过4°, 否则需要偏装[3]。刚性吊架常见的失效形式为向上脱空、拉杆弯曲、失载倾斜等[5,6], 因此设计时应充分考虑管道荷载以及吊点在各个方向的位移。相比弹簧吊架, 其为刚性连接, 对管道约束性更强, 因此应尽量多设置刚性吊架。对于荷载较重的矩形风道, 宜采用横担型式, 稳定性会更好。

2.4 弹簧支吊架及恒力支吊架设计原则

弹簧支吊架能够承受管道的竖直荷载, 并允许有适量的竖直位移, 因此可以有效防止脱空, 同时也可以吸收少量的水平位移, 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》要求拉杆与竖直方向的角度不应超过3°[3]。

弹簧支吊架主要的失效形式为过载、失载及弹簧损坏等[5,6], 主要由弹簧选型不够准确引起。弹簧型式需要根据冷热态荷载及其位移专门选型, 但相比工质稳定、形状规则的汽水管道, 烟风煤粉管道中异形件较多, 而且运行时可能会出现难以估量的积灰积粉, 故各个支吊点的荷载分配较难准确计算。因此烟风道设计时应尽量减少弹簧吊架的使用, 可以通过合理布置管道、支吊点以及设置膨胀节来尽量避免弹簧吊架的使用。

恒力支吊架是根据力矩平衡原理设计的, 能够使负荷力矩和弹簧力矩在工作过程中始终平衡, 以保持恒定的支承力, 同时允许支吊点有较大的垂直位移。但由于其成本较高, 而且和弹簧支吊架类似, 烟风道的荷载位移较难准确计算, 故也应尽量避免使用。

2.5 限位装置设计原则

限位装置在热风道及烟道中应用非常广泛, 主要用于限制管道位移, 防止管道运行晃动, 克服盲板力等。设置限位装置时应注意核算其强度是否可以克服水平力的作用[5,6]。

3 结语

支吊架是管道设计的重要组成部分, 保证其合理有效设置对管道的安全、经济运行至关重要, 同时其及管道布置息息相关, 两者应同步进行, 互相兼顾考虑, 尽量做到运行安全、造价经济、安装检修便利。

参考文献

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[2]范如君, 陈坤.发电厂公用管道支吊架的布置和设计分析[J].广东电力, 2011, 24 (10) :73-75.

[3]DL/T 5054-1996.火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].

[4]王军民, 陈盛广, 卫大为, 吴晓俊, 田野.凝结水入口管道补偿器频繁撕裂原因分析及消除对策[J].热力发电, 2012, 41 (7) :112-115.

[5]安慧, 安付立, 韩光辉, 王军民.发电机组管道支吊架常见问题分析及处理[J].热力发电, 2012, 41 (11) :80-82.

[6]魏春明, 赵星海, 郑明秀, 辛国华, 倪绍一.电厂汽水管道支吊架失效原因的分析[J].电站系统工程, 2009, 25 (5) :15-17.

吊架设计 篇6

关键词：支吊架,配管,设计

管道支吊架是配管设计的重要组成部分。支吊架设计一旦设计不当,承受不了管道重量等引起的荷载,很有可能引起管道一次应力超标。此外,通过合理设置支吊架还可以对管系的变形程度进行有效的控制,从而减小管道的二次应力和管道对设备管口的推力及力矩,从而保证管道和设备的正常运行。因此管道支吊架的设计在配管设计中起着至关重要的作用。

1 管道支吊架的分类

管道支吊架按其功能可分为承受管道荷载、限制管道位移和控制管道震动三大类、详细分类如下。

(1)承重支吊架的作用是承受管道荷载,可进一步细分为:

(1)可调刚性支吊架;

(2)刚性的支吊架;

(3)恒力弹簧支吊架;

(4)可变弹簧支吊架。

(2)限制性支吊架的作用是限制管道位移,可进一步细分为:

(1)限位的支架;

(2)导向的支架;

(3)固定的支架。

(3)防震支架的作用是控制管道震动,可进一步细分为:

(1)阻尼减震器;

(2)防振管卡。

2 支吊架设置的原则

(1)管道支吊架应设置在管道的允许跨距范围内,并符合下列要求:

(1)设在不妨碍设备与管道的连接和检修的部位,以利于操作。

(2)设在大直径三通式分支管和弯管附近;

(3)设在有荷载集中的地方;

(4)充分利用构筑物的梁、柱、建筑物等设置支吊架的生根构件;

(5)靠近设备或者是设备的零位移点;

(2)管道的支承点在垂直方向有位移的时候应采用可变弹簧支吊架;无位移的时候,可采用刚性支吊架;位移量大的时候,应采用恒力弹簧支吊架。

(3)水平敷设在支架上的管道管道无隔热层时,如无要求,可不设管托。有隔热层时应设置管托。当隔热层厚度大于130mm时,宜选用高度为200mm的管托;隔热层厚度大于80mm时,宜选用高度为150mm的管托;当隔热层厚度小于或等于80mm时,宜选用高度为100mm的管托。保冷管道应选用保冷管托。当管道热胀量超过100mm时,应选用加长管托。

(4)除下列情况以外,应采用焊接型的管托和管吊:

(1)输送含有冷冻介质的管道;

(2)管内介质温度等于或高于400℃的碳素钢管道;

(3)合金钢材质的管道;

(4)输送含有浓碱液的管道;

(5)不易焊接施工的管道和不宜与管托、管吊直接焊接的管道。

(6)生产中需要经常拆卸检维修的管道;

(5)对横向位移需要加以限制,而允许管道有轴向位移时,在下列情况应设置导向支架:

(1)可能产生振动的两相流管道和安全阀出口需高速放空管道;

(2)横向位移过大时可能影响邻近管道时,固定支架之间的距离过长,可能产生较大横向位移时;

(3)为防止活接头和法兰泄漏要求管道不宜有过大的横向位移时;

(4)“Π”型补偿器的位置距补偿器弯头宜为管道公称直径的40倍,补偿器两侧的管道上应设导向支架,;

(5)导向支架不宜设置在靠近支管和弯头的连接处。

(6)生根于构筑物、建筑物上的支吊架,其生根点宜设在主梁或立柱等承重构架上,受力过大时,应该向结构专业提出结构条件。支架生根件焊在需整体热处理设备上时,应向设备专业提出所用垫板的条件。

(7)不得利用低温管道、高温管道、蒸汽管道和振动管道支撑其他管道。

(8)需要限制管道位移量时,应该设置限位支架。

(9)靠近设备管口的公称直径等于或大于150mm或直接与设备管口相接的水平安装阀门应考虑支撑,防止安全阀的反冲力过大。

(10)沿直立设备布置的立管应设置导向支架和承重支架。立管支架间的最大间距应该满足垂直跨距规定。承重支架应设置在靠近设备管口处,以减少管口受力。如果管道重量过大,一个支架承重有困难时,可增设可变弹簧承重支架,以分担刚性支架的的受力。

3 管道支吊架的设计与配管及应力计算之间的关系

做管道布置工作要有管道支吊架方面的基础知识。在管道布置过程中,要考虑在便于支撑的位置设置支吊架。管道自重产生的应力与支吊架之间的间距有关,支吊架必须布置成不大于管道允许的支吊架跨距。

管道支吊架的位置及选型是管道支吊架设计过程中的首要问题。特别是在有有压力脉动或热膨胀的管道的管道上尤为重要。

总之,做管道布置的人员需要为管道支吊架的设计创造出方便的条件,管道支吊架设计者只有在无合理办法时,才改变管道走向,应尽量设法通过管道支吊架的合理设计实现合理的配管方案。管道支吊架设计、管道布置及柔性计算三方面需要科学管理和紧密配合才能做出优良的管道设计。

现代化工装置常采用多生产工序联合布置的集中化、露天化的方案。把设备布置分别布置在管廊的两侧是典型的布置方法。管廊成为主要的管道的结构,为管道布置变得既合理又整齐美观,又便于做支吊架的提供了必要条件。

4 管道支吊架设计的合理步骤

有人可能认为管道支吊架设计的开展时间应该在管道布置图完成之后。我国在八十年代以前确实是这样做的。八十年代中期由于吸收国外工程公司的设计方法及设计分工,在管道支吊架设计方面,也有了新的概念。

新概念主要是围绕着工厂必须在尽快地投入生产,最短的期间内建成,回收资金。世界上承包项目的工程公司,都是把采购、设计、建设按照建设的进度要求,通过交叉进行的方法赢得时间,显示出严格的计划性

在管道设计方面,管道布置工作一般分成三个阶段:第一阶段是做管道走向(初步阶段);第二个阶段是做管道研究(规划布置阶段);第三个阶段是做管道布置图,也可以叫成施工图(成品设计阶段)。

在初步阶段的末期到规划布置阶段完成之前,就应该对容器类设备上生根件(包括管道支吊架焊件、平台预焊件及保温(冷)的预焊件等)、管口方位,都确定下来,把资料及条件送交设备制造厂,这对提前制造设备是十分有利的。越是制造周期长、复杂的设备,越是提前提出条件越好。上述管道支架预焊件就是属于要配合的条件之一,如不提前做一部分支吊架设计工作,就无法提出条件。

从建设的要求看,按照施工规律总是先进行土建施工,然后进行设备安装,最后是管道安装及电气仪表安装。因此,为了使土建专业能尽快开展设计,管道设计者必须千方百计先满足土建要求。当然,施工计划可以做到交叉进行,但交叉进行是有条件及有限度的。

管道布置设计与管道支吊架设计与应该是平行交叉进行。如果等管道布置图完成后再设计支吊架,将会延误给设备提条件,以及延误土建专业出图,势必造成延长建设进度,而且配管与管道支吊架设计也不能同步完成。如果影响了装置投产日期,对经济上会造成是巨大的损失。因此,设计这个环节合理的组织应视为非常重要的方法问题。管道支吊架设计一定要尽早开展工作,但是,开始阶段人力不需要太多,后面可逐步增员,而且管道支吊架设计在工程设计中成立专门的设计小组是合理的,不仅是平行作业的需要,也是保证质量与提高功效的需要。

管道专业与土建专业的来往的条件较多,简化条件关系,可以极大加快设计工作的进度。国际上石油化工装置建设构筑物大多是钢结构的,不仅建设速度快,对支架的生根创造了方便条件。采用钢结构设计对实现支吊架设计的合理布置是有利的,对建设进度的提高也是有利的。

5 提高管道支吊架设计的水平

设计过程中常常忽视管道支架设计质量,有的设计人把支吊架选型留给施工人员自行决定架型,从实践中证明这种做法是有问题的。例如,有的工程公司为了节省设计工作量,把有热位移的管道支吊架做成固定架,把公称直径小于50mm的管道支架由施工人员根据标准选型,结果施工人员并不了解设计者的真实意图,这也是十分危险的。以上这些都是不应该在施工图出现的问题。管道支架属于机械方面的设计工作,合理的做法由成立专业组,由机械常识的设计人员从事这项工作,重视培训,健全设计标准等,才有助于支架设计质量的提高。

6 确定管道支吊架位置的要点

(1)承重架距离不大于支架的最大间距有压力脉动的管道,按照所要求的管道固有频率来决定支架间距,避免发生共振。

(2)尽量利用管廊的梁柱上支撑,或已有的土建结构的构件支撑。

(3)做柔性分析的管道,支吊架的位置根据应力分析后的结构决定,并考虑支撑的可能性。

(4)在集中荷载较大的管道组成件附近增设承重架。

(5)在垂直管段弯头附近,或在垂直段重心以上做支撑,垂直段长时,可在下部或者直管段适合支撑的位置设计导向架。

(6)尽量使设备接口的受力减小。如支架靠进管口,对管口可能产生教导的热胀弯矩。

(7)拆卸管段时最好不需要做临时支吊架,以方便检维修。

(8)支架的类型及位置应尽量减少作用力对被生根部件的不良影响。

7 管道布置过程中如何确定支吊架位置

配管设计人员在管道布置过程中,同时考虑支吊架位置设置的经济性、合理性、可能性等,这是支吊架设计者与配管设计者共同的要求。管道走向除了满足工艺要求、安全生产、安装检修方便、操作方便以外,还要做到以下几点:

(1)尽可能集中布置管道。

(2)管道柔性过大时,应该增设支架,以减少振幅过大,或者是管道的晃动,并同时保证管道热膨胀的要求。

(3)管道布置在靠近能做支撑的点,如靠近墙、柱、构筑物,而且要做到整齐美观

(4)如果没有能够承受不平衡推力的结构架时,应优先考虑压力平衡型膨胀节。需要考虑管内介质的不平衡推力,采用波纹管。

(5)为了保证支架构件的刚度,防止力矩过大,管道应该尽量靠近生根点。

(6)压缩机出口管道等振动管道,应设置合理的支架,以避免振动传给其他管道,建

筑物或钢结构。从防振角度考虑,选用滑动架比吊架合适。

(7)立式设备顶部管口接出的管道,第一个承重架尽量靠近顶部支撑,可使行对位移量最小。

(8)成组布置管道时,管道支撑尽量取齐,即管托的底面与不保温管道管底取齐,以方便支撑。

(9)使用弹簧支吊架时,应该留出生根构件与管道之间的空间。

综上所述,管道设计人员在设计管道支吊架时,首先应将整个管道的管道平面布置图通盘考虑一下,根据不同的情况选用不同的支吊架,以免由于支吊架的选择合理造成严重后果。虽然管道支吊架在整个管道工程投资中的所占的比例很少,但支吊架的设计对整个管系的安全运行起着至关重要的作用。

参考文献

某电厂管道支吊架分析 篇7

电厂四大管道(主蒸汽、再热蒸汽冷热段和给水管道)支吊架承载着管道运行载荷,并直接影响着管道材质老化的速度,因此在管道应力分析的基础上,对支吊架的状态进行检验和评估并合理调整,可以优化管道的总体应力水平,显著提高机组重要部件的安全性。

管道支吊架随着运行时间的变长,会出现一下诸多异常、损坏以及失效情况:材料长期高温运行产生蠕变或应力松弛,管系应力重新分布;支吊架安装或设计缺陷导致支吊架承载发生改变;运行时支吊架外表面变形或腐蚀;剧烈冲击或振动使支吊架发生疲劳损伤;弹簧性能下降或失效。这些情况都会改变管系受力和支吊架承载的分配,加大部分管段的局部变形,使得管系哦局部应力增大甚至超过管材的基本许用应力。此外,与管道相连的设备接口处推力和力矩也会大幅度提高,造成管道局部和设备接口处损坏失效,进而缩短管道剩余寿命,影响电厂安全运行。

我国电力行业从90年代开始研究汽水管道支吊架状态的检验、评估和调整方法,1997年开始陆续颁布了一系列支吊架调整导则和检验规程,是管道支吊架维修调整趋于规范化和系统化。

本文分析的是某电厂#4机组,到2009年9月大修共投产运行2年1.5万小时,其再热蒸汽管道热段支吊架经冷热态检查后发现问题较多,对其进行应力分析并调整。

1 管道支吊架冷热态检查

本次检修中,对再热蒸汽管道热段的支吊架进行了冷态和热态的详细检查,发现存在以下问题:部分支吊架载荷异常;支吊架安装时偏移错误,吊杆歪斜厉害。再热蒸汽管道热段支吊架详细的检查情况见表1。对于上述错误,在调整过程中,分别通过调整花兰螺丝或吊杆长度、改固定支座为滑动支座等措施,使其恢复到冷态下的设计值或正常范围内。

2 管道支吊架调整及热态检查结果

各管道支吊架在冷态下进行调整。调整完毕,机组开机满负荷后对调整结果进行了检查,各支吊架均在正常位置。经过本次调整,对再热蒸汽管道热段支吊架中出现异常的支吊架重新调整,使其恢复到正常运行状态,避免了因膨胀受阻导致的应力集中,大大提高了管道安全运行水平。

管道支吊架在运行过程中,其状态会发生变化,应该按照DL/T616-2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》的要求进行检查和维护,做好记录,发现问题及时处理。

3 管系应力分析

管系应力分析的任务是确定在外载作用下,管道的变形、应力分布及支撑结构的约束反力等,用以求解管道的应力分布,确定管子的最薄弱环节或关键部位,确定管道支吊架的载荷、位移等。

本次采用专用的管道应力分析软件Ceasar II 4.50,符合管道设计技术规定和管道应力计算技术规定等相关规范和标准的要求,再热蒸汽管道热段管系应力计算图如图1所示。

高温再热管道应力计算结果(见表2)表明在标高39m处的弯头二次应力较高,已接近材料的许用二次应力,以后的大修定期检验时应重点检查。

摘要：文章介绍了某电厂600MW机组四大管道支吊架的调整依据,对管道冷热态进行了检查、应力计算和调整,并对调整后的管道支吊架状态进行了评估。

关键词：支吊架,调整

参考文献

[1]中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》DL/616-2006.

[2]中华人民共和国电力行业标准《电站锅炉压力容器检验规程》DL647-2004,中华人民共和国国家发展与改革委员会2004.03颁布.

[3]中华人民共和国电力行业标准《电力工业锅炉压力容器监察规程》DL612-1996,中华人民共和国国家电力工业部1997.02发布.

基于单片机的智能投影仪吊架 篇8

1 设计目的

旨在设计一款用于投影仪智能化可防盗的散热吊架, 在现有的一般防盗投影的基础上加装模块从而可以在工作过程中对温度进行采样和转换, 中央模块温度数控器将输入的温度值进行数据处理, 并将温度值与设定的温度值上下限进行比较。根据比较结果进行相应的处理。此设计性价比高, 性能稳定, 能延长投影仪寿命, 实现人性化操作。并且系统还可记录开机使用时间, 方便提醒过滤网的清洁及灯泡的更换, 并带有延时保护插座, 保证投影使用完毕立即断电后也可对投影进行散热。

2 系统简介

2.1 中央模块温度数控

系统以高性价比的89S52为核心, 完成对数据的分析、处理、显示、温度上下限设置、超限自动控制, 采用单线数字温度传感器DS18B20来完成对温度的采样和转换。从而使整个数控器控制简单方便、测量范围广、精度高, 使用PWM记录投影仪的开机时间, 方便提醒用户进行清洁过滤网、更换投影仪灯泡等操作。首次使用前先预设预警温度, 工作过程中由温度探头对温度进行采样和转换, 将测量结果送给中央模块温度数控器, 中央模块温度数控器将输入的温度值进行数据处理, 并将温度值与设定的温度值上下限进行比较, 根据比较结果进行相应的处理:当温度测量值≥设定值, 继电器吸合, 制冷器启动;当温度测量值<设定值-回差值时, 继电器断开, 制冷器关闭。例如设定值为60℃, 环境为30℃, 回差设定10℃, 上电后继电器闭合制冷器启动, 当制冷到50℃时, 继电器断开制冷器关闭, 此时由于制冷器已经断开温度开始回升, 当回升到设定值60℃时, 继电器闭合制冷器再次启动, 如此反复循环控制温度不高于60℃。

2.2 延时保护插座

由555集成电路构成的单稳态定时器组成, 具有短触、长触双型延时功能, 打开通电, 关闭后延时断电。由于采用双联继电器控制, 使用安全可靠, 安装简易, 除适于系统和投影仪的电源控制外还可以用作其它延时, 具体设计思路见图2。

2.3 散热器

用体积小的半导体制冷片C1206做主要器件, 散热器能够及时的将制冷片产生的冷气吹入投影仪吊架箱体内实验室测试表明在正常功率下, 设备启动后30秒内可减弱升温趋势, 2分钟内开始降温, 10分钟内就能使投影箱的温度降低到预设温度以下。

2.4 开关电源

是以市场上常见的12V6A 72W电源为基础, 加装温控扩展接口开发而成, 外接温度探头后还可实现根据投影仪温度的调节输出功率, 从而调节散热器的输出功率, 达到节省能源恒温控制的目的。

2.5 外部箱体

外部箱体可以直接改装市场上常见的防盗投影仪吊架即可。

2.6 操作系统