化工管道支吊架（精选7篇）
化工管道支吊架 篇1
摘要：管道工程中, 设置管架是非常重要的环节。管道工程图中一般只画出管架的符号或示意图和所在位置, “综合材料表”给出工程所需的管架的标准号及所需的材料总数。本文主要探讨石油化工装置管道支吊架的设计。
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.
[4]张芳.管道支架的设计[J].山西化工, 2006 (01) :102-103.[4]张芳.管道支架的设计[J].山西化工, 2006 (01) :102-103.
化工管道支吊架 篇2
关键词：石油化工,管道支吊架,选用,安装
1 引言
支吊架是管道系统的重要组成部分, 不同性能、作用的支吊架可以满足石油化工管道安装的不同要求。在管道设计和安装时, 不仅要满足对工程的预期要求, 而且要明确实际安装过程中设备、管道及其他部分的具体状况, 以确保生产安全。
2 管道支吊架的分类
选择合理的管道支吊架, 对石油化工管道设计和安装有着举足轻重的作用。所以, 明确管道支吊架的各种类型和相应的功能十分关键。支吊架的各类多种多样, 但从功能和用途上可分为承重支吊架、限制性支吊架和防振支吊架三类。在此基础上还可以对这三类管道支吊架进行更加详细的划分:
2.1 承重支吊架
(1) 滑动支吊架 (仅仅受到管道垂直方向产生的支承力和水平方向存在的摩擦力带来的阻力影响)
(2) 恒力支吊架 (一般使用在管道支撑点垂直位移量较大或者对管系受力要求非常严格的管道中)
(3) 杆式支吊架 (通过悬吊的方式对管道垂直方向作用力起到承受作用)
(4) 滚动支吊架 (为了减少系统的摩擦力, 而采用了滚筒支撑管道的方法)
2.2 限制性支吊架
(1) 固定支吊架 (此支吊架用于固定点处, 设置后系统不会出现任何位移)
(2) 限位支吊架 (允许出现角位移, 但是任何方向的线位移都不会产生)
(3) 导向支吊架 (管道可以产生轴向位移, 但不会产生横向位移)
2.3 控制性支吊架
(1) 防振器 (对管道振动起到减弱和限制效果)
(2) 阻尼减震器 (对管道振动起到减弱和限制效果)
3 常用的几种支吊架类型
管道的支吊架分为很多种, 其中最常用的是滑动支吊架、导向支吊架、固定支吊架、限位支吊架这四种, 下面对这几种支吊架进行简单的介绍。
3.1 滑动支吊架
滑动支吊架仅仅受到管道垂直方向产生的支承力和水平方向存在的摩擦力带来的阻力影响, 而不受到其他任何阻力的干扰。滑动支吊架的适用范围非常的广, 通常使用的滑动架型式有平管支托、弯管支托、假管支托、悬臂支架、邻管支架等。
3.2 导向支吊架
导向支吊架的作用在于控制管道的位移方向, 管道可以产生轴向位移, 但不会产生横向位移。而且在水平管道中使用导向支吊架, 不仅可以起到导向作用, 还能起到承重作用。常用的导向架型式有管托型、光管型、管卡型等。
3.3 固定支吊架
固定支吊架作用于固定点处, 设置后系统不会出现任何位移。固定支吊架作为保护性支吊架的一种, 还可起到承重作用。为了保护管道, 避免发生振动等现象, 通常要设置固定支吊架。固定支吊架一般用于:
(1) 长距离的输送管道上, 可以通过在两个∏型补偿器之间设置一个固定支吊架, 使得∏型补偿器能吸收固定架之间的管道应力。
(2) 从塔顶往下输送物料的管线, 固定支吊架通常为整个系统的第一个支吊架, 用于承受整个管系的重量, 减少塔管口的受力。
(3) 由于热膨胀的影响会导致调节阀发生的振动, 为了保护调节阀可以在阀前设置一个固定架, 防止其发生位移。
(4) 安全阀出口的水平管线靠近出口处应设置一个固定架, 防止因安全阀起跳而产生的管道振动, 起到保护管线的作用。
3.4 限位支吊架
限位支吊架允许管道出现角位移, 但不会产生任何方向的线位移, 一般用于:补偿器的两端, 装置边界线的管道固定点等场合;如果管系有较大的热胀, 且方向是朝向设备管口时, 可以在合适的位置设置止推支架, 可以抵消刚度较大的管道对设备、管道等产生的推力。
4 石油化工管道支吊架的设置
合理、正确的选用管道支吊架对装置的安全运行起着非常重要的作用。选择管道支吊架应遵循以下原则:
(1) 按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、操作温度、是否保温、管道的材质和安装空间等选用合适的支吊架。
(2) 在对管道支吊架进行设计的时候, 应尽可能地选用标准管卡、管托和管吊等。
(3) 焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊节省钢材, 且制作简单, 施工方便, 因此应尽量采用焊接型的管托和管吊。但以下情况除外:
(1) 管内介质温度等于或大于400℃的钢管管道。
(2) 低温管道和合金钢管道。
(3) 生产中需要经常拆卸的管道和架空布置且不易施工焊接的管道。
选择支吊架不仅仅要明确支吊架的设置位置, 还应全面的考虑这样的设置是否合理、可行以及实际安装过程中的成本等。笔者认为石油化工管道支吊架的设置应该考虑到以下几点:
(1) 石油化工管道承重支吊架的间距应满足管道最大允许跨距的要求。
(2) 当管道负重比较集中时, 应该在这个区域设置支吊架, 以减少集中荷载对管道带来的影响。
(3) 可以利用已有建筑物的梁或者柱进行管道的支撑, 但需经过相关专业的核算。
(4) 在转动机器附近的管道处应设置支吊架, 以防止机器管口承受过大的荷载。
(5) 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 (支架生根于地面的管敦或管架上) , 以免将振动传递到建筑物上;
(6) 管道支吊架的设置位置还要为以后的维护和维修考虑, 应留出足够的空间。经常需要维修和维护的管道可以使用卡箍型管托, 而不是焊接型管托。
(7) 管道支吊架应设在弯管和大直径三通式分支管附近
(8) 安全阀泄压装置出口管道应设刚性支架。
(9) 考虑管道工作温度对管道的影响。比如在一些低温地区进行管道建设时, 可以在支吊架和管道之间放置隔冷块, 降低低温对管道和支吊架结构的影响。
(10) 对于复杂管系, 应根据应力计算结果设置或调整支吊架的位置。
5 结语
综上所述, 管道支吊架是石油化工管道设计中十分重要的一环, 正确的选用和安装管道支吊架对于改善管系振动、控制管系变形、减小管道的应力和对设备的推力、保证管道与设备的正常运行等都有着非常重要的作用与意义。
参考文献
[1]吴世东.管道热补偿实例[J].广东化工:2009, 36
[2]唐飞, 刘兴然.化工管道支吊架的设计与选用[J].广东化工.2010 (09)
电站锅炉管道支吊架的检验调整 篇3
一、支吊架检查、调整的必要性
7#锅炉侧管道支撑主要采用弹簧吊架、刚性吊架、恒力吊架、固定吊架、滑动吊架等形式, 经长期运行后, 使支吊架存在大量的损坏和失效, 其产生原因如下:长期高温运行, 材料的蠕变及松驰, 使管系应力重新分布;支吊架安装偏离原设计或原设计不周, 使支吊架承受载荷发生重大改变;运行过程中支吊架表面存在变形和腐蚀;存在大幅度的冲击载荷或剧烈振动;长期运行后弹簧性能下降等。
以上原因均可能改变管系受力及支吊架承载分配, 加大部分管段的局部变形, 使得管系的局部应力增大, 甚至超过管材的许用应力。尤其是在炉侧过热器、再热器高温段监视段、弯道的背弧处, 往往容易造成管道泄漏, 严重时可能导致压力容器爆裂。此外, 管道上的安全阀、流量孔板等也会因为接口处应力的提高, 造成管道局部和设备接口处提前失效, 严重影响机组的安全运行。
我国电力行业自20世纪90年代开始研究汽水管道支吊架状态的检验、评估及调整方法, 2006年, 由国家发展改革委员会颁布了《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》 (DL/T616-2006) (以下简称导则) 、DL647-2004《电站锅炉压力容器检验规程》 (以下简称规程) , 该导则和规程的颁布使管道支吊架维修调整规范化、系统化。
二、管道支吊架的热、冷态检查
采用望远镜及刻度尺等工具, 对上述管道的支吊架在热态和冷态下进行观察、测量并进行记录, 主要进行如下的工作:观察管道系统布置是否合理;检测管道系统振动是否超标;观察各管道系统中的刚性支吊架或有防止载荷远程转移的装置。
对7#机组主蒸汽管道、再热蒸汽管道冷热段和高压给水管道支吊架进行了热态检查, 检查情况如下。主蒸汽管道:4#、5#、6#、7#恒力吊架热态均处于偏冷态位置处, 其中7#卡死;高温再热蒸汽管道:14#恒吊热态处于冷态位置处, 15#、16#、17#、18#、19#、51#、52#恒力吊架热态卡死;低温再热蒸汽管道:1#、2#、3#、9#恒力吊架处于冷态位置处, 其中2#、3#卡死。以上吊架需要搭架子, 经过冷态检查后确定调整措施。
三、管系的应力计算
在此次7#机组锅炉侧管道支吊架检测调整工作中, 采用专用的管道应力分析软件Ceasar II 4.50, 此软件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。
此次7#机组主蒸汽管道6#恒力吊架由于选型过大, 可将其作为刚性吊架进行应力分析, 结果显示, 主蒸汽管道的一次应力和二次应力均合格。高压给水管道和高温再热蒸汽管道冷热段的一次应力和二次应力均合格。各管道最大应力计算结果见表1～4。
四、对管道支吊架进行冷态检查并调整
针对此次7#机组大修前热态检查及管道应力计算分析结果, 在大修中对需要进行调整的支吊架再次进行了冷态检查及调整, 经过本次对主蒸汽管道、再热蒸汽管道冷热段和高压给水管道锅炉侧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。调整完毕后, 于2009年7月29日, 机组大修结束开机满负荷运行, 再次检查调整结果, 各支吊架均在正常位置, 从而避免了因膨胀受阻导致的管道应力集中。调整措施举例如表5所示, 其他管线处措施略同。
化工管道支吊架 篇4
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.
化工管道支吊架 篇5
火力发电厂汽水管道支吊装置是炉外管道系统的十分重要的组成部分, 起着承受管道重量、限制管道位移以及控制管道振动的重要作用。
2 支吊架检验方法和检验存在的问题
机组为国产亚临界燃煤机组, 装机容量2×330MW, 锅炉为武汉锅炉厂生产的WGZ1100/17.45-3型锅炉, 锅炉为燃煤机组, 亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架的Π型汽包炉。汽机为东方汽轮机有限公司的C330-16.7/2.7/1.3/538/538型亚临界、一次中间再热、三缸、单轴、抽凝式汽轮机。投产时间为2010年4月。
单台机组的主蒸汽管道共布置有38组支吊架, 高温再热蒸汽管道共布置有41组支吊架, 低温再热蒸汽管道共布置有26组支吊架。停机前和停机后对支吊架热态状况进行了全面的状态检验, 检验结果表明存1、2号机组分别有38组和32组支吊架问题和缺陷, 主要是弹簧支吊架压缩量异常 (过载或者欠载) 、恒力吊架指针指示异常 (卡死至极限位置) 、支吊架偏斜、支吊架选用时没有考虑管夹重量、设计为弹簧支吊架实际安装为刚性吊架、销子没有去除、恒力吊架质量低劣组件变形等。
2.1 支吊架质量问题
弹性、刚性吊架和限位装置等支吊架结构设计比较简单, 技术要求基本能够满足;对恒力支吊架及阻尼器的质量, 质量进行检验和检测是发现存在较大的问题。
主汽和再热蒸汽管道锅炉侧和汽机侧支吊架分别是由两个不同支吊架厂家供货, 对汽机侧抽检恒力支吊架进行载荷性能测, 检测结果表明, 所检测的恒力吊架载荷恒定度达到38%, 恒定度严重超标, 恒力吊架质量不合格。
另外高温再热蒸汽管道540号、640号单担恒力吊架恒力支架质量低劣, 转轴弯曲变形, 支杆弯曲变形, 原转轴和支杆设计严重错误。
2.2 支吊架安装的典型问题
(1) 根据DI/T-616规定, 刚性吊架摆角不得超过3度, 弹性吊架摆角不得超过4度, 吊架的吊杆偏斜角过大, 将对管道产生附加轴向载荷或弯矩, 对管道端点、设备接口间接产生附加力和附加力矩。不利于管道和设备的正常运行。现场检查的支吊架中有30%左右缺陷均为偏装问题。水平位移较大的支吊架未进行偏装、偏装反向或者偏装不足。最为典型的是高温再热蒸汽管道520号吊架偏装反向, 该吊架根部向-Y方向偏斜100 mm, 偏斜严重, 原吊架安装是没有进行偏装, 安装严重错误。
(2) 在检查低温再热蒸汽管道支吊架时, 检查发现与其相连的汽轮机二级抽汽管道在汽机平台的1号吊架, 原来设计为单弹簧支架, 实际安装为单滑动支架, 导致低温再热蒸汽管道立管刚性吊架570号下方区域管道热膨胀严重受阻, 管道支吊架的安装严重错误。然而2号机汽轮机二级抽汽1号单弹簧吊架状态安装是正确的。
(3) 另外汽机侧6米平台区域高温再热蒸汽管道水平管道190至220号支吊架载荷的设计选择时没有计管夹重量, 吊架选用载荷偏小, 导致管系局部区域过载。
3 支吊架调整方案及处理对策
在冷态与热态检验的基础之上, 结合支吊架的检测结果, 综合分析整个管系支吊架的现状并且提出整改的方案。从管系设计、支吊架安装以及质量上进行整改。针对管道及与支吊架存在的问题, 区分不同性质, 采取以下几个主要的整改措施:
(1) 弹簧安装时, 拔除锁定销后没有对弹簧进行系统的调整, 弹簧吊架存在压缩量异常, 存在过载和欠载现象, 主汽200号、220号, 高再190号、低再550号等弹簧吊架压缩量异常, 调整花兰或者吊杆下端螺母, 对支吊架压缩量进行调整, 调整弹簧至冷态设计安装高度。
(2) 对安装时偏装错误、没有偏装或者偏装不足的支吊架进行重新安装和偏装。
(3) 卡碰现象, 如花兰和吊杆下方的锁紧螺母没有锁紧, 吊杆与平台栅格板卡碰。
(4) 对支吊架载荷的选择没有考虑管夹重量的支吊架, 选择性的部分重新选型和更换或者调整载荷螺栓或者弹簧花兰, 增大吊点的载荷。
(5) 膨胀指示器连接装置松弛, 无冷态和热态标示:对汽机平台区域主汽和再热的三台膨胀指示器重新安装和调整, 做好冷态和热态标记。
依此优化调整方案整改后, 支吊架处于正常的设计工作状态, 管道应力分布更加合理, 调整时也应考虑调整支吊架附近几只吊架的位移与承载变化, 发生变化的支吊架做相应调整, 直到全部达标。
4 结论及建议
总体来说, 主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道和低温再热蒸汽管道支吊架调整前存在较多的质量、安装和管道设计等多种类型的缺陷, 支吊架存在弹簧吊架过载和欠载、恒力吊架卡死于极限位置、恒力吊架载荷性能不合格、支吊架歪斜和偏斜、管道热膨胀受阻等问题, 影响机组的安全运行。使管道受力处于异常的状态中, 管系局部应力增大, 对管道和设备的安全运行已经造成了威胁。
建议机组每次大修的时候, 电厂技术人员应该根据有关的规程和标准的要求以及规定, 对机组支吊架目视检查一次, 并且做好记录, 发现问题应该及时研究与处理。
摘要：从四大管道支吊架安装、质量、管道设计和运行的角度, 阐述了某电厂330MW机组主蒸汽、再热蒸汽管道支吊架的运行现状和存在的问题, 对管道支吊架进行了状态检查、支吊架载荷性能检测、在综合分析的基础上提出了支吊架调整方案, 并进行了工程实施, 最后还对机组支吊架的运行监督提出建议。
关键词：支吊架,调整,管道,应力
参考文献
[1]DL/T5054-1996, 火力发电厂汽水管道设计技术规定[M].北京:中华人民共和国电力工业部, 1996.
化工管道支吊架 篇6
支吊架是电厂汽水管道系统中的重要组成部分, 具有安全承受管道荷载、合理约束管道位移、限制管道接口对所连接设备的推力和扭矩、增加管系的稳定以及防止管道振动等功能。随着机组容量的增大, 支吊架由起初的现场制作转变为专业厂家预制现场安装。当前超临界机组、超超临界机组、核电机组的上马, 对支吊架的设计、生产都提出了更高的要求。
1. 支吊架的分类及技术标准
依据TSG D0001-2009压力管道安全技术监察规程-工业管道的规定, 汽水管道支吊架产品属于管道元件的管道支承件范围, 故制造、生产、检验均应符合该规程的规定。
依据西北院火力发电厂汽水管道支吊架设计手册 (83版) 对支吊架的分类, 支吊架主要分为管部、连接件、根部三类。其中管部为直接接触管道的部份, 根部为接触建筑结构的部分, 连接件则连接管部和根部。管部型式共有27种, 西北院手册将其分为D (吊架) 、Z (支架) 两类, 依据管部生产的特点, 我们将管部分为管夹式 (11种) 、焊接式 (16种) 。根部型式分为4个大类, G1直接吊类, G2悬臂梁类、G3简支梁类、G4三角架类, 根部除直接吊类外, 余下三类均为热轧型钢结构件。连接件分类三个大类, L连接件, F附件, T变力弹簧组件。另外恒力弹簧组件也归属于连接件。
我国现行支吊架标准为GB/T 17116-1997管道支吊架。在该标准中, 对支吊架的制造所涉及的制造公差、管夹成型、焊接、焊后热处理、表面涂层等进行了详细规范。
2. 支吊架生产、检验中常见问题
当代火力发电厂大容量机组中, 广泛应用12Cr1Mo V、P91、P92等耐热钢材料, 因而在管道支吊架的管部中, 也须采用与管道同质材质的管夹。P91/P92属于高合金耐热钢, 正火组织为马氏体, 供货态一般为正火回火态, 为回火索氏体组织。在焊后自然冷却即会产生冷裂纹, 因此P91/P92耐热钢在焊后须进行严格的焊后热处理, 这里不详述。支吊架中的耐热钢焊接有以下特点:以角焊缝居多, 焊接位置复杂, 部份管部的焊接空间较小 (如Z1管道固定支座) ;以异种材料的焊接居多, 如P91与12Cr1Mo V相焊, 12Cr1Mo V与Q235B相焊 (D6管夹横担) 。由于支吊架产品的以上特点, 其在焊接过程中也是极易发生冷裂纹的。
如上节述, 在西北院手册27种管部型式中, 管夹式管部共有11种, 据我公司统计, 在实际工程中, 管夹式管部的选用达到87%。管夹式管部经常出现的问题是圆弧不圆现象, 这个问题在D1/D2这种形式的管夹产生的影响较小, 但是在D6型式的管夹中, 圆弧不圆将对接下来的工序造成很大的影响。
在管夹厚度较厚的管夹加工中, 经常会出现管夹边缘的微裂纹, 管夹肩部的表层金属拉伤。这些问题一方面是由于厚板加工难度较大这一难题;另一方面, 也是加工工艺不合理的结果。
支吊架的生产中最难控制的是表面质量。由于支吊架产品零件较多, 装箱的时候, 硬接触是无法避免的, 从而经常可以看到表面油漆破损的情况发生。
3. 支吊架制造技术
如第一节中所述, 支吊架的生产应符合TSG D0001-2009压力管道安全技术监察规程-工业管道的规定, 同时应遵照因家标准GB/T17116-1997。在第二节中, 简述了支吊架制造中经常遇到的一些问题。在本节将讨论易出现问题以及重要工序点的技术措施。
GB/T 17116-1997对管夹冷成型或热成型工艺的应用按材料和板厚进行了区分。如表1, 为板材或扁材加工的管夹工艺选择。
在汽水管道支吊架产品中, 需要进行压制成型加工的材料主要有碳素结构钢Q235B、Q245R等, 耐热钢12Cr1Mo V、P91、P92等, 板厚通常小于等于30mm。管夹最小弯曲半径设计在管夹肩部, 设计半径通常为r=1.5t, 在管夹成型加工时的最小弯曲半径范围通常为1.5t<r<2t。如若管夹采用冷成型加工, 则须对管夹肩部采取局部消除应力措施, 如火焰烘烤。
支吊架产品中的碳素结构钢如Q235B、Q245R等, 都是低碳钢, 强度合理, 塑性较好, 具有较好的成型性能。然而, 在四大管道支吊架中经常用到的耐热钢材料12Cr1Mo V、P91、P92, 由于常温强度较高, 延伸率较低, 在管夹冷成型时, 经常会遇到边缘密布微细裂纹、加工精度达不到甚至在加工过程中出现断裂等问题。在加工此类材料的管夹时, 应严格控制工艺过程:排料时应使管夹长度方向平行于轧制方向;若采用热切割下料, 则之后必须清理切割面, 去除氧化皮和硬化层;依据板厚、延伸率、最小弯曲半径的不同, 可以选择冷成型后热处理或热成型工艺。延伸率计算公式可参考GB 150。
由于P91材料强度较高, 在加工较大厚度P91管夹时, 一方面由于设备吨位不足, 另一方面是质量的要求, 不适合采用冷成型。但是热成型也不理想, 将原正火回火处理的板材, 加热到900度左右进行管夹成型加工后[1], 必须再一次对管夹进行正火回火处理, 费时费力。所以采用温成型是一个较好的选择, 我公司在对热成型和温成型的管夹材料组织、晶粒度、力学性能等进行对比分析后改进, 得出了温成型的工艺。管夹在650-760度温度区间进行压制加工, 减小了对设备吨位的要求, 同时管夹内应力较小, 且对原板材组织性能几乎没有影响。
汽水管道支吊架, 作为一种焊接钢结构件。焊接质量的好坏对其质量有决定性影响。涉及的材料主要有Q235B、Q245R、12Cr1Mo V、P91、P92、奥氏体不锈钢等。焊接工艺涉及各自相同母材相焊及不同的母材相焊。例如Q245R同12Cr1Mo V相焊、12Cr1Mo V同P91相焊、Q235B同SUS30408相焊等。在此不对焊接工艺问题进行讨论。而是以P91材质的D6管夹为例, 分析合理焊接工序。
火力发电厂60万以上机组的主气管道通常采用P91材质管道, 故在支吊架设计中, 与管道直接接触的管夹采用P91材质, 管夹的肋板和邦板处于保温层中, 则选用12Cr1Mo V材质的钢板, 而处理保温层外的结构件则采用Q235B材质的材料了。在生产过程中, 通常先焊接12Cr1Mo V结构的支座, 再装配压制成型的P91管夹, 最后将管夹焊接在12Cr1Mo V支座上。由于凡是涉及到12Cr1Mo V和P91材质的焊接都需要进行高温回火[2]。故如果参照以上工艺, 需进行两次高温回火, 十分耗电。
在研究耐热钢的焊接性能特点后, 研究采用后热代替第一次高温回火, 待整个管夹、管夹座焊接完成后, 再进行整体焊后热处理, 以保证焊接质量。具体工艺如下:12Cr1Mo V管夹座装配完成后, 按照焊接工艺规范要求进行预热, 再进行焊接, 焊后去氢处理, 之后装配P91材质管夹于管夹座上, 焊接完成后, 严格按照焊接工艺要求进行焊后热处理。
4. 结论
1) 在支吊架的生产中, 精确的装配精度是保证产品质量的重要条件, 特别是对弹吊恒吊的质量影响。
2) 管夹的加工工艺关系管部的质量, 合理的加工工艺不但使管夹尺寸更加符合要求, 而且可以保证管夹内部质量。
3) 汽水管道支吊架管部广泛使用耐热钢材料, 对焊后热处理要求很高。合理采用后热处理代替焊接过程中的部份热处理, 不影响焊接质量的同时更能提高焊接效率, 节约电能消耗。
参考文献
[1]蒯春光, 彭志方.T/P91钢在450-1200℃区间各相元素的分配特征及相稳定性[J].金属学报, 2008, 44 (8) :897-900.
化工管道支吊架 篇7
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.