电厂管道支吊架的选用及布置原则

电厂管道支吊架的选用及布置原则

韩双杨乐田海静

中国核电工程有限公司

摘要：管道支吊架的设计在设计管道时是相当重要的工作之一，支吊架性能的好坏直接影响管道系统及设备的运行安全。本文介绍了管道支吊架选用、布置原则。

关键词：管道，支吊架，选用，原则

前言

管道支吊架的设计在设计管道时是相当重要的工作之一，因为管道支吊架是与管道相互接触在一起的结构，是管道的重要组成部分，当电厂运行时，管道支吊架若设计不合理，即使一个支吊架出现问题，也将会引起整条管道系统应力发生变化，管道可能会发生断裂，碰撞等事故，严重时还可能损坏与管道相连接的设备，导致机组被迫停运。管道支吊架的正确选用及布置，对于减小管道震动、位移、形变甚至设备的正常运行有着重要的作用和意义。

一、管道支吊架的分类

1.类型

管道支吊架按照功能用途可以分成6大类，分别是固定支吊架、滑动支吊架、导向支吊架、限位支吊架、吊架和阻尼器。

注：

二、管道支吊架选用原则

1.总体原则

管道支架型式的选择，主要应考虑：管道的强度、刚度；输送介质的温度、工作压力；管材的膨胀系数；管道运行后的受力状态及管道安装的实际位置状况等，同时应考虑制作和安装的成本。

2.选型原则

管道支吊架的选用应参照以下几点原则：

（1）设计时应尽可能选用标准支吊架和支吊架组件，以加快建设进度节省工期。

（2）垂直管道通过楼板或屋顶时，应设套管，套管不应限制管道位移和承受管道垂直负荷。

（3）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、是否保温及管道的材质等条件选用合适的支吊架。

（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连接震动设备的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，以及固定支架间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）支架生根焊在钢结构上时，所用垫板应按设备外形成型。管道支吊架材料一般用Q235普通碳素钢制作，当支架生根在不锈钢管道上时，垫板材料应与管道材料相同以防止支架腐蚀管道，其加工尺寸、精度及焊接等应符合设计要求。

（6）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。

（7）热胀量超过100mm的架空敷设管道应选用加长管托，以免管托落到管架梁下。

（8）当管道在支承点有垂直位移且要求支承力的变化范围在6%以内时，管系应采用恒力弹簧支吊架。超过6%应选用可变弹簧支吊架。

（9）节省弹簧支吊架：弹簧支吊架比普通支架贵，在长期工作状态下还有失效问题，不如刚性支架耐用可靠，过多的设置弹簧支吊架还会使管系各点位移方向失去控制，管系稳定性差，容易产生偏斜和振动，因此设计中应尽量减少弹簧架的设置。

（10）减小管道与支架间的相对位移：管道与支架间的相对位移在管道支架设计中非常重要。

（11）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。

（12）提高管道固有频率，有效防止管道振动。

（13）防止管道振动：阀门支架除考虑支承重量外，还要考虑管道热膨胀以及承受振动的力。

三、管道支吊架布置原则

管道支吊架的布置非常灵活，可变化的范围较大，支吊架的位置，数量选择往往因人而异，对同一个管系存在着多种支吊架布置方案，管道支吊架的位置对管系的应力状态、最大应力值、管系的端点作用力和力矩有很大的影响，支吊架位置布置得当能改善管系中的应力分布和端点受力以及力矩状况，不同的布置形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，支吊架的设置位置也是相当重要的，设计时应考虑以下几点：

（1）间距

支吊架的间距尤其是水平管道的承重支吊架间距不能超过管道的允许跨距，以控制其挠度不超限。一般连续敷设的管道允许跨距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，取刚度条件决定的跨距和强度条件决定的跨距中两者的最小值

（2）柔性

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吊架点和选择支吊架类型

（3）位移

有管托的管道纵向位移不得超过管托的长度，管托长度应留足余量，并排敷设的管道横向位移不得影响相邻管道

（4）生根点的确定

充分了解管道与周围环境情况，利用已有的土建结构来支撑管架，也可用某些设备作为管架生根点。若无处生根或难以找到合适生根点的管架，就必须以改变该管道走向的方式重新设置相应的管架【2】。

（5）热涨因素

尽量在热涨位移小的地方设置支架，起支撑、限制约束作用，热涨位移大的地方取消约束。

四、管道支吊架设计计算原则

管道支吊架设计计算过程需要考虑支吊架的强度、刚度。

1.强度

管道支吊架受力最薄弱处的许用应力应大于管道施加给支吊架的应力。设计时参照《管道力学分析报告》中的管道受力情况，在《标准支吊架手册》中合理的选择支架型号。

2.刚度

固定支架和限位支架的最大绕度应不大于梁的计算长度的0.2%，且不大于1.6mm，其它支架的最大绕度应不大于梁的计算长度的0.4%，且不大于3.2mm。如果管道支吊架的刚度条件不满足，其承受管道载荷，限制管道位移和控制管道振动的作用将受到减弱。为了增加支吊架的刚度，可以在支吊架的生根处增加斜撑，对梁、柱、槽钢增加肋板【3】。

五、管道支吊架设计过程

1.布置专业根据管道的情况确定支架位置、类型和功能，将管道、阀门、设备的相关信息提交给力学专业。

2.力学专业根据管道力学计算的结果，得出支架在各工况下的受力情况。

3.布置专业根据支架的受力情况依据《标准支吊架手册》进行支吊架生根梁的选型设计。

4.布置专业根据支架的受力情况依据《标准支吊架手册》进行支吊架的选型、设计，得到符合RCC-M规范要求的支架。

七、总结

管道支吊架的设计在设计管道时是相当重要的工作之一，要求安全可靠、经济合理、整齐美观、生根牢固，支吊架设计时需要考虑选型、布置、强度、刚度等原则。

参考资料

[1]核工业第二研究设计院。标准支吊架手册。2006年6月

[2]徐宝东主编。化工管路设计手册。化学工业出版社。2011年1月

[3]罗杰。火力发电厂汽水管道及支吊架和零部件典型设计、计算与安装图解及施工资格申请工作指南。中国科技文化出版社。2005年11月

[4]ASG系统管道应力分析报告。中国核电工程有限公司。2011年9月