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典型石油化工装置管道支吊架的设计

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发表于 2021-10-26 16:16:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
导读/ @8 K( E9 n/ i  i- i1 T8 d
  支吊架是石油化工管道系统中不可或缺的一部分,在石油化工管道安装过程中,根据实际的情况来选用合适的支吊架。在设计和安装时必须要根据工程预期的要求,遵循设置方法和选用的原则,明确实际安装中设备、管道等具体的情况来保证生产的安全。, v: E1 s9 H: y3 }/ U7 L" Z
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一、石油化工管道支吊架的类型及布置
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  对于管道支吊架的类型及布置而言,应充分考虑管道的补偿、荷重及位移的需求,并且还要尽量减少管道在使用中的振动影响。石油化工管道支吊架包括了所有的管道支承装置,并且其结构形状众多,下面小七主要跟七友们分享以下几种类型及布置:
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1恒力支吊架$ {& L/ U6 _/ N; `' _
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  这种支吊架指的是在制定的行程内,管系上下位移或者说是垂直位移,当其在负荷不便的情况下,其负荷变化率为零。这种管系一般适用于垂直方向上位移较大的石油管道支吊架中,并且运用最多的当属恒力弹簧支吊架。
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2弹性支吊架2 h! E- I2 T5 Y( W3 l

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  众所周知,弹簧往往具有一定的刚度,在外力作用下往往会产生形变或者发生位移。因此弹性支吊架在工作的时候,产生变形过程中,一般不会完全失去分配荷载,这样就能有效控制荷载的转移。
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在具体的布置中,一般将其设置在垂直方向上有热位移的地方,这样可以引起管道支点变位,从而减小整个过程中产生的应力。就目前来看,弹性支吊架主要有两种类型:
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1恒力弹簧支吊架$ S* T9 Q5 ~3 Y1 ?8 t* }
  其属于恒力弹簧吊架和恒力弹簧支架的总称,主要使用在电站锅炉本体中,以及发电厂的水、汽、风、烟管道等方面的悬吊部分。此外,也适用于石油化工装置及其他需要减小位移应力的地方。

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2可变弹簧支吊架
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  这种吊架主要作用是为了承受锅炉设备、管道及其相关介质的质量,同时补偿设备或者管道因为温变而产生的位移,以此降低管道设备应力,从而提高管道支吊架的使用寿命。
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3限制性支吊架
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  限制性支吊架可以分为三类:: D) D# P9 ?' X+ L5 Q

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  (1)固定支吊架。通过将管道完全固定在支架上来限制管道的线位移及角位移。

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  (2)限位支吊架。在方向上至少可以限制一个变位。

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  (3)导向支吊。该支架的适用范围大多是一些特定的并且需要限制管线的横向位移以及角位移的地方,一般地方很少使用。

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二、管道支吊架的选用原则

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  (1)石油化工管道支吊架的设置原则是必须要满足其管道允许的最大可跨距的范围之内,并且还必须符合一下几点要求:
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       ①应将其设置在对设备和管道连接、维修不产生影响的地方;
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  ②设在大直径三通式分支管和弯管附近;
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  ③设在有荷载集中的地方;
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  ④必须充分的利用其构筑物的梁、墙体、柱等能够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。- Q6 a7 N) |& i- X. o

5 z) |& t( ^* T  X& Z  (2)在选择的石油化工管道支吊架的过程,通过支承点在其垂直方向是否发生位移来判定如何选择支吊架。; f4 w8 m# m  B# x
  如果支承点有发生位移,那么就应该选用可变弹簧支吊架;如果支承点位移量特点大的时候,就必须选用恒力弹簧支吊架;如果支承点未发生位移,那么就应该选用刚性支吊架。

- Q0 z7 P3 @5 H" [* x3 z8 `  (3)大多情况下,支架上水平敷设的管道可分为两种,一种是有隔热层,一种是无隔热层的,如果对其管道没有特定的要求,一般可以不用设置管托。
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  有要求的就比如有隔热层就需要设置管托,因为有隔热层的管道高度与厚度是成正比的,当管道的隔热层厚度超过130mm的时候,就必须选用200mm高度的管托;当管道的隔热层厚度超过80mm的时候,就必须选用100mm高度的管托。
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  (4)除下列情况以外,应采用焊接型的管托和管吊:
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  ①输送含有冷冻介质的管道;

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  ②管内介质温度等于或高于400℃的碳素钢管道;
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  ③合金钢材质的管道;

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  ④输送含有浓碱液的管道;

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  ⑤针对一些焊接施工过程中,存在焊接较为困难的管道,最不适宜的方法就是直接与管托、管吊进行焊接。
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  ⑥生产中需要经常拆卸检维修的管道;

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  (5)在允许管道有轴向位移时,横向位移需要加以限制,在出现下列情形时应设置导向支架:
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  ①对于可能发生震动的两相流管道和安全阀出口必须要高速放空管道;
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  ②在横向位移较大时就会影响到临近管道,固定支架间的距离设置过长,横向位移会比较大时;
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  ③“Π”型补偿器的位置距补偿器弯头的距离,最好是管道公称直径的40倍,补偿器两侧的管道上需设导向支架;
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(6)需要限制管道位移量时,应该设置限位支架。- `; R7 ]1 }! a9 f* A  P
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(7)在沿着直立设备布置的立管需要设置导向支架和承重支架,承重支架为了减少管口的受力,就必须要将其设置在临近设备管口的地方。若管道重量较大,单个支架不能承重时,可以通过增设可变弹簧承重支架来补偿刚性支架的受力。# b5 G3 x; |$ m) J$ M& _/ B
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三、管道支吊架应力分析

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  1.管道承重分析
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  石油化工中管道支吊架的设计目的在于承受管道的外载及自重,从而避免过度挠度的产生,将应力控制在规定范围之内。衡量管系运行是否安全,其标准之一是一次应力的大小,而应力大小一般可以通过支吊架的设置来进行调整。应正确选用合适的支吊架,并且应调整与改善管系的应力分布状态,才能使得管系在变形时能正常运行。

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  2.消除管道在布置不当时导致的荷载转移

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  在石油化工装置管道支吊架设计中,管道支吊架在应力分析及柔性设计上都有着特殊的意义。一般情况下需要符合一次应力/挠度的需求,主要采用的方式是增加管道支吊架的数量,以此减少管道受力;但是,我们若从二次应力来考虑,为了降低二次应力的影响,则需要减少管道支吊架的数量,从而保障管系可以自由形变,以此缓解二次应力/热推力的影响。由此可见,在一次应力与二次应力之间,产生了一定的矛盾,这就需要我们在具体的应力分析及设计中,应合理抉择管道支吊架的数量。

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四、管道支吊架位置确定

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  在具体的石油化工管道支吊架的设计中,应充分考虑安全可靠、经济适用及美观大方的原则,因此就必须保证支吊架及其基础分类在计算上的准确、布置上满足相关的工艺需求,还要科学合理确定管道支吊架的位置。
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  必须保证其在允许的跨度范围之内,尤其是注意水平管道承重之间的距离不能超过管道所允许的范围,这样才能控制挠度不会超过限度。

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  连续敷设的管道,其允许跨距主要采用三跨连续梁承受均匀分布荷载的方式来计算,并且要按照强度条件来检验,最后取其中最小的值为准。

. O# T+ b0 [- q& @  除了需要满足上述需求之外,还应充分考虑以下几个方面的问题:
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  1.某些管道中有阀门,对于小型管道设备等载荷十分集中的管道而言,应设置在集中荷载的附近。
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  2.在管系两端,当管道和设备相连,那么应尽量将其设置在靠近设备的管嘴处,这样可以有效减少受力。

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  3.某些管系中如果有垂直管段,就应在垂直管段的上部或者下部设置相关的承重支架,一旦其垂直管段较长,还需要在中间设置一定的导向架。
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  4.在设计中,应尽可能利用周边建筑物的梁柱支架来进行基础构建结构,但不能让梁柱产生变形与弯曲。

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  5.如果需要设置弹簧支吊架,那么就应将其设置在位置量较小的地方,并且人工补偿器两侧的导向支架在设计的时候应按照相关的规范操作。

3 A5 }. H1 m, ?) k: q总结
 支吊架的设计布置是石油化工支吊架管道施工的重要组成部分,石油化工管道支吊架的正确设计与布置是一项十分重要的工程,不仅要保障其选型时科学合理,在布置时要考虑其受力范围,使其化工装备安全、稳健运行。

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发表于 2021-10-28 07:37:50 | 显示全部楼层
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