第4章-管道支吊架设计.

1.概述2.管道支吊架的选用原则和系列3.管道支吊架设计计算4.管道支吊架位置的确定第四章管道支吊架设计一、支吊架在管道设计中的重要性配管设计，既要满足工艺过程的要求，还要考虑设备、机泵、管道及其组成件的受力情况，保证长周期安全运转。第一节概述由管道的内压和外载产生的管道应力称为一次应力，其大小与作用在管系上的载荷及管道或配件的截面有关。一般认为，一次应力的大小是衡量管系能否安全运行的标准之一。一次应力如果过大，管系可能会被破坏。当装置的规模确定后，管径的大小也就确定了，配管时是不能任意改变的，而管道应力和支架承受载荷的大小却可以通过设置支吊架加以调整。因此，支吊架的设置对管系一次应力的大小有着直接的关系。4.1概述二次应力是由于管系变形受阻而引起的，正确选用支吊架，能够起到使管系适应变形的需要，同时还可以根据需要，选择某种支架去限制管系某个方向的位移，以减少设备管嘴的受力。管系振动会引起管道和管架的疲劳损坏，因此配管设计还要考虑防止或控制管系发生振动。支吊架的选型和设置，对改善管系的振动也起着重要作用。4.1概述二、管道支吊架的种类及型式管道支吊架的种类就其结构而言型式众多，但仅考虑其功能和用途时，可分为以下几类，见表4-1。4.1概述表4-1管道支架的分类4.1概述第二节管道支吊架的选用原则和系列一、管道支吊架的选用原则在选用管道支吊架时，应按照支承点所承受的载荷大小和方向、管道的位移情况、工作温度、是否保温或保冷、管道的材质等条件选用合适的支吊架。应尽可能选用标准管卡、管托和管吊。焊接型的管托、管吊比卡箍型的管托、管吊省钢材，且制作简单，施工方便。因此，除下列情况外，应尽量采用焊接型的管托和管吊；a)管内介质温度≥400℃的碳素钢材质的管道;b)输送冷冻介质的管道;c)输送浓碱液的管道;d)合金钢不锈钢管道以及需要进行焊后热处理的管道；e)生产中需要经常拆卸检修的管道；f)架空敷设且不易施工焊接的管道；g)非金属衬里管道。4.2管道支吊架的选用原则和系列为防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击载荷，一般在下列地方设置导向管托，以保证管道只沿着轴向位移:(a)安全阀出口的高速放空管道和可能产生振动的两相流管道。(b)横向位移过大可能影响邻近管道时；固定支架之间的距离过长，可能产生横向不稳定时。(c)为防止法兰和活接头泄漏要求管道不宜有过大的横向位移时。(d)为防止振动管道出现过大的横向位移时。4.2管道支吊架的选用原则和系列当架空敷设的管道热胀量超过100mm时，应选用加长管托，以免管托滑到管架梁下。下列情况应选用可变弹簧支吊架：(a)由于管道在支承点处有向上垂直位移，致使支架失去其承载功能，载荷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时。(b)当管道在支承点有向下的垂直位移，选用一般刚性支架将阻挡管道的位移时。4.2管道支吊架的选用原则和系列(c)选用的弹簧其载荷变化率应不大于25%，载荷变化率由下式计算：式中fs——载荷变化率，%；△——管道垂直位移，mm；Ks——弹簧刚度,N/mm；FH——工作载荷，N。4.2管道支吊架的选用原则和系列100%ssHKfF(d)当选用的弹簧不能满足上述载荷变化率时，可选用最大允许载荷相同的可变弹簧串联安装。(e)当实际载荷超过选用表中最大允许载荷时可选用两个或两个以上相同型号的可变弹簧并联安装。载荷按并联弹簧数平均分配。当管道在支承点有垂直位移较大，且要求支承力的变化范围必须限制在6%以内或有特殊要求时，管系应采用恒力弹簧支吊架。恒力弹簧支吊架可并联安装。4.2管道支吊架的选用原则和系列当管道在支承点处不得有任何位移时，应选用固定支架。介质温度等于或大于100℃或需要用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。4.2管道支吊架的选用原则和系列二、支吊架系列本系列包括支架、管托、管卡、管吊等四大类。4.2管道支吊架的选用原则和系列(一)支架系列1.种类包括悬臂支架(表4-2)、悬臂固定支架(表4-3)、悬臂导向支架(表4-4)、三角支架(表4-5)、三角固定支架(表4-6)、单柱支架(表4-7)、双柱支架(表4-8～4-10)。4.2管道支吊架的选用原则和系列2.适用范围适用于DN15～600的碳钢及合金钢的保温和不保温管道，不适用于非金属及保冷管道。4.2管道支吊架的选用原则和系列3.型号说明第一单元用大写的汉语拼音字母ZJ表示支架。第二单元用阿拉伯数字表示支架类别：1——代表悬臂支架；2——代表三角支架；3——单柱支架；4——双柱支架；单柱及双柱支(吊)架。第三单元表示支架流水号。1.种类管托系列包括滑动管托(表4-11～表4-12)、固定管托、止推管托(表4-13)、及导向管托四种类型。有焊接型与卡箍型的区别。2.适用范围本系列适用于DN15～600的保温或不保温的管道，不适用于非金属及保冷管道。焊接型适用于碳钢管道，卡箍型适用于合金钢管道。(二)管托系列4.2管道支吊架的选用原则和系列4.2管道支吊架的选用原则和系列3.型号说明第一单元用大写的汉语拼音字母表示管托型式：HT—表示滑动管托；HK—表示卡箍型滑动管托；GT—表示固定管托；ZD—表示止推挡块；ZT—表示止推管托；ZK—表示卡箍型止推管托；DT—表示导向管托；DK—表示卡箍型导向管托。第二单元用阿拉伯数字表示托高：1—托高为100mm；2—托高为150mm；3—托高为200mm。第三单元用阿拉伯数字表示被支撑管的管径。1.种类管卡管吊系列包括以下几类：(1)管吊的生根构件；(2)吊板、吊卡、吊耳、吊杆等管吊的连接构件；(3)管卡、包括圆钢管卡和扁钢管卡，(按用途可分为导向管卡和固定管卡)。(三)管吊管卡系列4.2管道支吊架的选用原则和系列2.适用范围用于DN15～600的碳钢和合金钢的保温或不保温管道，不适用于非金属及保冷管道。4.2管道支吊架的选用原则和系列3.型号说明4.2管道支吊架的选用原则和系列第一单元用大写的汉语拼音字母表示管吊、管卡的类型：DG——管吊的生根部件；DB——管吊的组成部件；DL——管吊的连接件；PK——表示管卡。第二单元用阿拉伯字母表示管吊管卡的流水号。(四)平管及弯头支托1.种类本系列包括平管支托、弯头支托及可调弯头支托。2.适用范围本系列适用于DN15～600的碳钢及合金钢的保温或不保温管道，不适用于非金属或保冷管道。4.2管道支吊架的选用原则和系列3.型号说明第一单元用大写的汉语拼音字母表示平管及弯头支托；PT——平管支托；WT——弯头支托。第二单元用阿拉伯字母表示管托的流水号；第三单元表示管径；第四单元表示托高。4.2管道支吊架的选用原则和系列1.种类本系列包括单支立管支架、双支立管支架、及卡箍型立管支架。2.适用范围本系列适用于DN15～600的碳钢及合金钢的保温或不保温管道，不适用于非金属或保冷管道。(五)立管支托4.2管道支吊架的选用原则和系列4.2管道支吊架的选用原则和系列3.型号说明第一单元用大写的汉语拼音字母表示立管支托；LT——立管支托。第二单元用阿拉伯字母表示立管支托的型式；1——单支立管支架；2——双支立管支架；3——卡箍型立管支架。第三单元用阿拉伯字母表示支架的流水号。4.2管道支吊架的选用原则和系列1.种类包括碳钢管道的假管支托和合金钢管道的假管支托。(六)假管支托2.适用范围适用于DN25～600的碳钢、合金钢、保温及不保温管道，不适用于非金属及保冷管道。4.2管道支吊架的选用原则和系列3.型号说明第一单元用大写的汉语拼音字母表示假管支托；JT——假管支托。第二单元用阿拉伯字母表示管托的种类：1——表示碳钢管道的假管支托；2——表示合金钢管道的假管支托。第三单元为管子公称直径DN，mm；第四单元为支架长度，mm。管段在垂直方向的热位移，引起管道支点的变位，如该支点为刚性支吊架，将会妨碍管段的变位，或使管段脱离支吊架，致使管道产生过大的力和应力。弹簧支吊架分为两大类:可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架。(七)弹簧支吊架4.2管道支吊架的选用原则和系列1.可变弹簧支吊架可变弹簧支吊架的特性之一是当管系在垂直方向发生位移后弹簧压缩或伸长，支点受力发生变化，管系在支点处的载荷将重新分配给附近支点。典型结构见图4-1。4.2管道支吊架的选用原则和系列4.2管道支吊架的选用原则和系列可变弹簧支吊架的位移范围分为30、60、90、120毫米四档；载荷范围为154～217381牛顿，使用温度为-20～200℃。(1)结构类型和选择：根据安装型式可分为A、B、C、D、E、F、G七种类型(A、B、C三种为悬吊型吊架，D，E型为搁置型吊架，F型为支撑型支架，G型为并联悬吊型)，其典型安装示意图见表4-24。选用弹簧支吊架可根据生根的结构型式、管道空间位置和管道支吊方式等因素确定支吊架的类型。4.2管道支吊架的选用原则和系列（2）型号表示方法2.恒力弹簧吊架恒力弹簧吊架是管系上下(垂直)位移时，其载荷不变，（载荷变化率一般为6%，有的甚至高达10%以上。)此类支吊架适用于垂直位移量较大的管系，或者载荷变化率要求严格的场合。4.2管道支吊架的选用原则和系列恒力弹簧吊架是以力矩平衡原理为基础，平衡系由固定框架上的弹簧组来完成的，在允许载荷和位移下，当外载荷作用于回转框架并产生位移时，回转框架将以吊架主轴为中心转动某一角度后停止，此时外力矩与弹簧组力矩相平衡。如图4-4所示外力矩M为：，N·m平衡力矩M’为：，N·m；，msinPWMhKMcos'abchsin4.2管道支吊架的选用原则和系列式中W——支架载荷，N；P——杠杆长度，m；K——弹簧刚度，N/mm；△——弹簧压缩量，mm；h——A点至BC的垂直距离，m；a，b，c——ΔABC对应边长，m。因为力矩平衡，M=M’,所以sincossinbaPCKW4.2管道支吊架的选用原则和系列式中为常数，其余为变数，若Δ与b的乘积近似的成为定值，∠α与∠θ近似相等，∠β的数值很小，则支架载荷也近似的相等。恒力支架在其垂直位移的过程中，所能承受的载荷近似恒定，由于机构尺寸在调整过程中的变化及摩擦力的影响，不能达到载荷恒定，根据JB/T8130.1-1999标准系统相对偏差度不大于8%即为合格。aPCK4.2管道支吊架的选用原则和系列恒力弹簧吊架较现有的同类产品——可变弹簧吊架体积减小80%以上，质量减少65%以上，大大方便施工现场的安装。4.2管道支吊架的选用原则和系列4.2管道支吊架的选用原则和系列三、隔热支架的型式及选择隔热管托具有隔热和承重的双重作用，可用于要求传热损失小的保温和保冷管道上。与传统的普通管托相比，隔热型管托有以下几个优点：(1)节能：隔热管托可减少支承部位的传热损失，据测算，它比非隔热管托减少热损失70%。(2)滑动灵活：隔热型管托的下底板面是二块经过抛光的不锈钢板，它与其下面的四氟支座形成一对摩擦副，摩擦系数0.1，因此管托便可灵活地随管道作轴向或横向滑动。(3)产品定型安装简便。第三节管道支吊架设计计算一、支吊架载荷二、材料三、设计温度四、焊缝强度计算五、悬臂及三角支架计算六、吊杆4.3管道支吊架设计计算一、支吊架载荷支吊架载荷可分为以下几类：1.管道基本载荷和管道计算载荷管道基本载荷是指管道、隔热结构、管内介质的重量。在计算支吊架承受的载荷时，常将管道的基本载荷乘一经验系数(一般为1.2～1.4)作为计算载荷。此经验系数应包括管道壁厚的误差、保温材料容重的误差以及热补偿引起支架受力的变化等。4.3管道支吊架设计计算2.风载荷从塔或立式容器上引出的垂直管道，在设置支架时要考虑风载荷的影响，在风压较大的地区，在水平管道上设置导向支架时，也要考虑风载荷。3.雪载荷寒冷地区，由于管道上积雪较厚，时间又长，所以对于支架，还要考虑雪载荷。4.地震载荷根据《石油化工企业非埋地管道抗震设计通则》（SH/T3039—2003）规定，在抗震设防烈度为6度及以上的地区的管道，必须进行抗震设计。4.