管道支吊架设计

1、管架设计的标准

1）SH/T 3073-2004 《石油化工管道支吊架设计规范》

2）HG/T 21629    《管架标准图》

2、管架的作用

2.1 承载

   1、恒载：重力（管子及支架），雪

   2、活载：重力（介质），内压，盲板力，冷热位移力，风

   3、临时载荷：水压试验，安全阀反力，地震，水锤

2.2 管道支吊架按其主要功能可分为：

   a) 承受管道载荷：

1、恒力弹簧支架：荷载变化率不大于6%，可调范围10%-15%（垂直位移量大的为重锤式）

2、可变弹簧支架：荷载变化率大于6%，但不应大于25%。可活动的拉杆长度不应小于吊点处水平位移的15倍，吊杆与垂直线夹角不应大于4°（位移量大的可设两个串连；载荷量大的可设两个并联）

3、刚性支吊架：无垂直位移量或者垂直位移很小。可活动的拉杆长度不应小于吊点处水平位移的20倍，吊杆与垂直线夹角不应大于3°。

4、滚动支架

5、滑动支架：蒸汽管道，热、冷管，注意管托长度满足位移量

b) 管道位移

   1、导向支架（单向）：带温塔上下管、Ω及补偿器两侧（不受侧向力防止法兰泄漏），两相流易震动管道，机泵进出口，安全阀，放空管道，为保持管道的稳定（弯曲＜0.004）按规定间距设导向支架（水平与垂直）

1）当管道在支撑点处有轴向位移且需横向位移时，应选用导向支架

2）对于柔性较大、直管段较长的管道，应设置导向支架

3）设置导向支架时，应不影响管道的自然补偿

4）补偿器两侧宜设置导向支架。导向支架的设置宜符合下列要求：

 ①水平管道上π型补偿器与导向支架的间距按图Ⅰ确定：

图1 π型补偿器与导向支架最大间距

②波纹管膨胀节应设在两固定支架（限位支架）之间，波纹管膨胀节宜靠近一端固定架设置，波纹管膨胀节与各导向支架的最大间距按图Ⅱ确定。

图2  波纹管膨胀节与导向支架的最大间距

2、限位支架（双向）

   3、固定支架：保护管口、阀门、三通、调节阀（有温升）一端，活塞式（容积式）机泵出口（缩短管架间距用管卡型不用吊架），补偿器两端，分界处，安全阀出口处。

      1）当管道在支撑点处不得有任何位移时，应选用固定支架。（保护管口、阀门和三通等）

      2）介质温度等于或大于100℃或需要蒸汽吹扫的进出装置管道，应在装置边界的邻近管架上固定，固定点的位置，应与装置外的管道布置综合考虑。（活塞式压缩机泵出口，补偿器两端）

      3）补偿器应设在两固定支架（限位支架，下同）之间。π补偿器距固定支架的距离应在1/3~1/2。（π补偿器尽量在两固定点中间，距两端固定点距离不偏＞2:1）

      4）有热伸长管道的调节阀组，一端宜设固定支架

      5）设在管系中部的固定支架承受的水平力为较大一侧水平力减去较小一侧水平力的80%

      6）装置内的其他管道应根据管道走向经分析后确定固定支架的位置

c) 控制管道震动

   1、减震装置  通过提高管系的结构固有频率达到减振的效果

   2、阻尼装置  通过油压式阻尼器达到减振

   主要由管机专业软件计算进行设计

分类：1、和刚性式  2、弹簧式：用于热位移较小处

 3、油压式（阻尼）（活塞上有节流孔）

3、支吊架选用和设置

3.1 管架位置的设置及生根

   1、除支撑在地面及楼板外，沿墙、沿柱或依附设备设管架（要有满足荷载的生根处）。

   2、管架间距即管道跨距要满足管道强度及刚度条件，小于或等于管道的最大允许跨距。

   3、配管时，就应该考虑管架设置的位置及基本形式

   4、有集中载荷应设在集中载荷处

   5、宜设在直管段上不宜设在应力集中较多处（弯头）

   6、有隔热（保冷防烫，防冻保温等）均应设管托，用卡推型保护非金属材料

   7、温度≥400℃，钢管管托应选用卡推式并有垫板（隔热或防冷PTFE）防震用木材、对合金钢不锈钢应有同材质垫板

支吊架的生根要求

1、在钢结构上生根，其生根部位应有足够的强度

2、砼梁、柱尽量不安在楼板上，大于0.5t力的要在一次条件上提

3、在衬里设备或管道上的生跟件，应在衬里前完成其焊接工作并要注意设备是否要补强

4、在砖墙柱上应把型钢埋入墙体（在砖混结构上生根，应采用预埋生根件的方式，较大的荷载宜在主梁或立柱上生根）

5、在需要热处理设备上的生根件，应在设备热处理前完成其焊接工作

6、压缩机管道管架应有基础

7、支撑在地面上的支架，当荷载较大，特别是弯矩较大或有振动载荷时，应有供其生根的基础，基础一般高出地面100mm以上

3.2 合理设置固定管架

1、受力条件

1） 固定支架两侧力按抵消80%算

2） 滑动管架的水平推力

   2、固定管架的设置应该尽量使管道配管呈L型、Z型和∏型，尽量采用自然补偿来增加管道的柔性，减少应力，要有利于两固定点间管段自然补偿，按

 ， 设置固定点（将放在两固定点中间）

   3、固定管架的设置

   1） 保护塔管口，减少受力

   2） 保护阀门及支管（近阀门处设置）

   3） 确保∏型管、补偿器、波纹管膨胀节在正常工作范围

   4） 管廊去各装置的适当位置

   5） 安全阀进口及放空阀根部

   6） 往复式机组出口

   7） 需要分支管位移处

   8） 总管到各装置分支处进出装置适当位置

    9） 防振动，减少冲击及位移保护管口的位置

10）不能有位移之处

11）T≥100℃或蒸汽管进装置边界处

12）有热伸长管道的调节阀组，一端固定架

13）经应力分析后应设固定管架的位置

4、导向管架的设置（有热胀冷缩位移，震动管道、需要保护机组管口）[防横向力]

   1） 不置靠近弯头和支管连接处

   2） 垂直有温升的上塔立管

   3） 带温塔上下管道

   4） 压缩机透平下进出口直管段

   5） 补偿器、波纹管膨胀节两侧（尽量对称设置）

   6） 安全阀高空沿墙柱的放空管

   7） 柔性较大直管段较长的管道

   8） 设导向架不应影响管道的自然补偿

   9） 导向架不宜设在弯头及支管连接处

10） 其它需要位置

4、水平荷载计算

   1）滑动支架承受的水平荷载，应为管道位移时的摩擦力，可按下列不同情况进行计算：

   a) 支架上平行敷设直管道时，滑动支架所承受的水平力应按公式（1）计算：

Pk=KцQi                                  （1）

式中：

K——牵制系数，当平行敷设1根~2根管道时，牵制系数K=1；当平行敷设三根管道时，按表1选用；平行敷设四根或四根以上管道时，按图3选用（其中a同表1）；

Pk——滑动支架的水平力，N

ц——摩擦系数，按表2选用

Qi——第i根管道对该滑动支架的垂直荷载，N

表1  牵制系数K

图4  水平弯管管架

Px= KцQi cosβ                 （2）

Py= KцQi cosβ                 （3）

K——牵制系数，当平行敷设1根~2根管道时，牵制系数K=1；当平行敷设三根管道时，按表1选用；平行敷设四根或四根以上管道时，按图3选用（其中a同表1）；

Px——滑动支架（架i）处延X轴的水平力，N

Py——滑动支架（架i）处延Y轴的水平力，N

Qi——第i根管道对该滑动支架的垂直荷载，N

β——两固定点连线与X轴的夹角

ц——摩擦系数，按表2选用

5、固定支架水平载荷应包括补偿器的弹性力（或管道自补偿的弹性力）、由滑动支架传来的摩擦力以及由内压产生的管道补偿器不平衡力等。几种管道布置方式的固定支架承受的水平力，应按本规范（SH/T 3073-2004）附录A的公式计算

6、管道支架承受的风荷载，应按GB5 0009-2001的规定计算。

7、管道支架承受的地震荷载，应按SH3039-2003的规定计算。

其它

   1） 支吊架的结构件应具有足够的强度和刚度，并应尽量简单。除选用的标准支架零部件外，支吊架架构和连接应进行强度和/或刚度计算

   2） 支吊架的间距，应小于或等于管道的允许跨距

   3） 当有阀门等集中荷载时，支吊架宜设置在靠近集中荷载处

   4） 支吊架宜设置在直管段上，不宜设置在局部应力较高的部位（如弯头等处）

   5） 水平敷设在支架上的有隔热层的管道，应设置管托。垂直敷设的有隔热层的管道，在支架处应设置能保护隔热层的筋板或支耳等结构（不让隔热层与金属支架直接磨）

   6） 输送介质温度等于或高于400℃的碳钢管道和合金钢、不锈钢管道以及需要进行焊后热处理的管道应优先选用卡箍式管托、管吊或选用带同类材质垫板的支吊架

   7） 架设在高空不易焊接的管道、经常拆卸的管道和衬里管道，还有钢衬塑钢衬胶管道、塑料管等宜选用卡箍式管托、管吊。保冷管道，应选用保冷管托、管吊

   8） 滑动支架及限位支架

   9） 管托的使用（保温、保冷管道的管托）

   10） 卡箍式管托的使用（高温管道、合金钢、不锈钢、需焊后热处理管道）

   11） 保冷保热的垫板

   12） 震动机组管架基础应与厂房分开

13）垂直管道间距

 管系的起振原因

   1、机械运动不平衡（包括土点基础的惯性模量）

   2、管线内气体或液体的压力脉动，流体不规则流动，弯头三通等部分

   3、其他：地震，汇击（阀门突然启或闭）风压，安全阀启跳，两相流（压力变化时气体闪蒸等）

措施

   1、缓冲  

   2、孔板

   3、软管连接

   4、弹性垫层

   5、基础

15）需要进行详细应力分析

1、Dg80及以上的管线，设计温度高于454℃

2、Dg150及以上的管线，设计温度高于252℃

3、Dg650以上大口径管线

4、与机泵相接的管线（旋转与容积式）

5、二相三点

6、脉动流

7、真空管线

8、多支管管线