SHT 3073-2004 石油化工管道支吊架设计规范

I 2备案号:040 3073073一1995石油化工管道支吊架设计规范in 3073一2004目次前言，一!2规范性引用文件，13一般规定. ，。，。，。、。. 。.。. 35管道跨距计算，一46荷载计算. . 。，。，. 97材料和许用应力。“，。，“，“，.，。，。98焊缝强度计算. 199结构设计。，4，22附录A(规范性附录)固定支架水平力的计算。一31附录B(规范性附录)均布荷载作用下等截面连续直管道支点荷载计算系数. 36附录C(规范性附录)管道支点承受荷载近似计算方法，一38附录D(规范性附录)碳钢构件轴心受压时的稳定系数. 42用词说明. 43附:条文说明。45 3073一2004前言本规范是根据原国家经贸委关于下达2002年石化行业标准制修订项目计划的通知(国经贸行业2002136号)，由中国石化洛阳石油化工工程公司对原石油化工企业管道支吊架设计规范073一1995进行修订而成。本规范共分9章和4个附录。4个附录均为规范性附录。本规范与石油化工企业管道支吊架设计规范073 要变化如下:增加了管道支吊架的分类和定义;增加了焊缝强度计算的内容:补充完善了材料和许用应力内容;补充完善了荷载计算准则等。本规范由中国石化集团配管中心站管理，由中国石化洛阳石油化工工程公司负责解释。本规范在实施过程中，如发现需要修改补充之处，请将意见和有关资料提供给管理单位和主编单位，以便今后修订时参考。管理单位:中国石化集团配管设计技术中心站通讯地址:北京市朝阳区安慧北里安园21号邮政编码:100101电话:01010国石化集团洛阳石油化工工程公司通讯地址:河南省洛阳市中州西路27号配管室邮政编码:471003主要起草人:王志宏李苏秦本规范于1995年第一次修订，本次为第二次修订。 3073一2004石油化工管道支吊架设计规范范围本规范规定了石油化工管道支吊架的型式、材料、结构、位置及选择原则和计算方法。本规范适用于石油化工钢制管道支吊架的设计，有色金属管道支吊架的设计可参照使用。本规范不适用于非金属管道的支吊架设计。2规范性引用文件卜列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。50一1999钢制压力容器T 699一1999优质碳素结构钢13一1997锅炉用钢板912T 1221一1992耐热钢棒T 3077一1999合金结构钢087T 3274一1988碳素结构钢和低合金钢结构钢热轧厚钢板及钢带531一1996低温压力容器用低合金钢钢板4237一1992不锈钢热轧钢板3104796548162T 8163一1999输送流体用无缝钢管948T 127710009一2001建筑结构荷载规范0017726a)承受管道荷载:1)百力弹簧支吊架; 3073一20042)可变弹簧支吊架;3)刚性支吊架;4)滑动支架;5)滚动支吊架;b)限制管道位移1)导向支架;2)限位支架;3)固定支架;c)控制管道振动:1)减振装置;2)阻尼装置。应尽量简单。除选用的标准支吊架零部件外，支吊架结构和连接应进行强度和/或刚度计算。3. 3支吊架的间距，应小于或等于管道的允许跨距。吊架宜设置在靠近集中荷载处。3. 5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。3. 6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。3. 7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、常拆卸的管道和衬里管道，宜选用卡箍式管托、管吊。保冷管道，应选用保冷管托、管吊。3. 9当吊架有水平位移时，拉杆两端应为铰接，拉杆应具有足够长度。对刚性拉杆吊架，可活动的拉杆长度不应小子吊点处水平位移的20倍，吊杆与垂直线夹角不应大于30:对弹性吊架，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-。3. 10支吊架的生根要求如下a)在钢结构上生根，其生根部位应有足够的强度;b)在衬里设备或管道上的生根件，应在衬里前完成其焊接工作:c)在需要热处理设各上的生根件，应在设备热处理前完成其焊接工作;d)在砖混结构匕生根，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;e)支撑在地而上的支架，当荷载较大，特别是弯矩较大或有振动荷载时，应有供其生根的基础，基础一般高出地面100 . 11为减少管口受力，支吊架宜靠近静设备和动设备管口设置。3. 12当塔器水平管口直接安装公称直径等于或大于150在阀门附近设支架。选用限位支架。3. 14可能产生振动的管道，应有减振措施。3. 15安全阀出口放空管应设支架，以满足安全阀起跳时反作用力的要求。3. 16往复式压缩机进出口管道的支架基础，应与建筑物分开。 3073刚性支吊架应能承受按本规范第6章计算的荷载。1管道在支承点处有垂直位移且荷载变化率大于6%时，应选用可变弹簧支吊架;当荷载变化率不大于6%时，应选用恒力弹簧支吊架。荷载变化率按公式(1)计算。K.，。、a。，。一(1)户F,工作荷载，N;f荷载变化率，%;管道垂直位移，选用最大允许荷载相同的弹簧，此时热位移值应按弹簧的刚度来分配。选用两个或两个以上相同型号的可变弹簧并联安装。每个弹簧承受的荷载，应按并联弹簧数平均分配。选用恒力弹簧支吊架，恒力弹簧支吊架可并联安装。曲、偏心受载或过应力的设施。公称位移量应比计算位移量大20%，目应大于20 算位移量应考虑由于水平位移引起的吊杆长度的增加。选用固定支架。需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。位支架，下同)之间。11型补偿器距固定支架的距离，不宜小于两支架间距的1/6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。管段较长的管道，应设置导向支架。不影响管道的自然补偿。向支架的设置宜符合下列要求:a)水平管道上定: 3073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2确定。两导向支架间的最大间距按公式(2)计算。，二一、14I. ma= 。，.，一)式中:纹管有效截面积，m=2;E,管道设计温度下的弹性模量，道截面惯性矩，川m.两支架间最大间距，m;几波纹管膨胀节设计压力，波纹管单波轴向刚度，N/纹管单波的轴向位移，操作中波纹管受压时，用+伸时，用设导向支架。4. 4. 6导向支架不宜设在弯头和支管连接处。按管道特性、现场自然条件和应力分析结果确定。基本跨距应按三跨连续梁承受均布荷载的刚度条件和强度条件计算，并取两者中的较小值。a)按刚度条件跨距的计算式为公式(3)、公式(4);装置内、=.一(3) 3073一2004装置外4 =。“，上述式中:道材料在设计温度下的弹性模量，管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的惯性矩，;L装置外管道由刚度条件决定的跨距，m;4每米管道的基本荷载，N/m 强度条件跨距的计算式为公式5)。_厅“.“”“(5)甘s装置内、外管道由强度条件决定的跨距，子扣除腐蚀裕量及负偏差后的抗弯断面系数，每米管道的基本荷载，N/m;a一管道材料在设计温度下的许用应力(按表3选用)，两支架间的管道展开长度，平管道末端直管的允许跨距，吊架零部件应按对其结构最不利的组合荷载进行选择和设计。考虑的荷载包括(但不限于)下列各项:a)管子、阀门、管件及隔热层的重力;b)支吊架零部件的重力;c)管道输送介质的重力;d)水压试验或管路清洗时的介质重力;e)管道中柔性管件(如波纹管膨胀节、套筒式补偿器、柔性金属软管等)由于内部压力产生的作用力;f)支吊架约束管道位移(包括热胀、冷缩、冷紧、自拉和端点附加位移)所承受的约束反力和力矩;B)管道或管道隔热层外表面温度小于20的室外管道受到的雪荷载;h)室外管道受到的风荷载:i)正常运行时，由于各种原因引起的管道振动力;J)管内流体动量瞬时突变(如流体锤)引起的瞬态作用力;k)流体排放产生的反力;1)地震引起的荷载。 分为下列三类:a)永久荷载(恒荷载)在支吊架结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载， b)项;b)变化荷载(活荷载)在支吊架结构使用期间，其值随时间变化，且变化值与平均值相比不可忽略的荷载，其中d)项仅在水压试验或管路清洗时可能出现，又称为临时荷载;c)偶然荷载:在支吊架结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间较短的荷载。这类荷载通常是动荷载，l)项。取其中最不利组合进行设计。a)运行初期冷态工况， b), f), g), h)项的荷载效应组合，其中f)项仅考虑管道冷紧位移的约束力;b)运行初期热态工况， b), c),。)、f), g), h), i)项的荷载效应组合，其中f)项的冷紧位移应乘以冷紧有效系数;c)管道应变自均衡后冷态工况， b), f), g), h)项的荷载效应组合，其中f)项按管道应变自均衡后的位移约束反力组合;d)管道应变自均衡后热态工况， b), c), e), f), g), h), i)项的荷载效应组合，其中f)项按管道应变自均衡后的位移约束反力组合;e)异常(事故)工况，应按各种异常(事故)情况分别进行组合:1)管道系统阀门瞬间启闭时， b), c), e), f), g), j)项的荷载效应组合;2)锅炉、压力容器或管道的安全阀或释放阀动作时， b), c), e),f), g), k)项的荷载效应组合;3)地震时， b), c), e), f), g), I)项的荷载效应组合;4)上述各种异常(事故)情况的荷载效应组合中，f)项的冷紧位移应乘以冷紧有效系数;f)水压试验或管路清洗时， b), d), e), f), g), h)项的荷载效应组合，其中e)项应取水压试验或管路清洗时的介质内压产生的作用力。个支吊架所承受的管系重力荷载应考虑到可变弹簧支吊架在冷状态和热状态下承载力的变化，并由此引起荷载向邻近刚性支吊架的转移。在荷载效应组合时，当永久荷载效应对结构有利时，永久荷载取其计算值;当永久荷载效应对结构不利时，荷载应按下列规定取值:a)b)c)其他地区可不考虑。6. 1. 10动力荷载应根据荷载的动力特性乘以相应的动载系数。1管道支吊架承受的垂直荷载，算时，H/T 介质重量应按管内冷凝液的实际重量计算。水平管道的冷凝液重量，可按下列规定估算:a)管道公称直径小于100 取满管液重的50%;b)管道公称直径为100 取满管液重的15%;c)管道公称直径大于500 取满管液重的10%按公式(6)或公式(7)进行计算等跨管道Q= q 一(6)不等跨管道Q= 一(7)_匕述式中:;支点的跨距，第一跨跨距，米管道的基本荷载，N/m 跨计算系数，按本规范附录? I不等跨计算系数，应按本规范附录管道支吊架承受荷载的近似值，应按本规范附录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(8)计算:u . (8)式中:牵制系数，当平行敷设1根一2根管道时，牵制系数K=1;当平行敷设三根管道时，按表选用:平行敷设四根或四根以上管道时，按图3选用(其中凡滑动支架的水平力，N;u摩擦系数，按表2选用:Q第 要热管道一般指管内介质泪库等于或高于100 2:当采用计算机程序计算时，若程序中未考虑牵制系数，计算中应预以考虑。 采用计算机程序计算时，若程序中未考虑摩擦系数，计算中应预以考虑b)支架上敷设的水平弯管(见图4)，其滑动支架承受的水平力应按公式(9), (10)计算。，月.架夕架架_1架_K u P, =K f(10)式中:平行敷设1根一2根管道时，牵制系数平行敷设三根管道时，图3选用(其中P,一一滑动支架(架1)处沿X, ;i)处沿X, ;尸两固定点连线与;u摩擦系数，按表2选用。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，应按本规范附录管道支架承受的风荷载，应按 0009H/T 按039为安全阀出口放空管道反作用力的2倍。按公式(11)计算。F, = a + (P一P )A1)式中:A放空管出口的截面积，一一反作用力，N;尸.放空管出口环境压力，o放空管出口压力(当出口为亚临界流动时P等于P,), m/s;W,介质出口质量流速，kg/s;9m/料应有产品质量证明文件。料的工艺性能以及经济合理性。管道直接焊接的零部件的材料宜与管道材料相同或相容。素钢和碳锰钢在高于425 0考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。奥氏体不锈钢的使用温度高于525时，奥氏体不锈钢及本章各条规定者外，均高于一20 0C。当钢材的使用温度等于或低于一20时，应考虑钢材冲击韧性降低的问题。得采用没有冲击功值的钢材。性能差别较大，如若选用应充分考虑下列因素:a)发生火灾时的破坏情况;b)温度升高对材料强度的减弱情况;c)长时间使用时性能变化情况;d)毒性作用。H/T 3073一2004只侧旺洁口踌招区姗旺征异踢叹掣0只侧H己片芝杖衅一一一一一一一一一一一!一一!一一一一一一一一!没一一一一一一一一l一一一一0一一一一一一一一一一h一一一一一一!一!一一一斋留留留用织r一一一一!一一一鼠鼠鼠鼠示鼠一一!舒斧冲名鼠斧昆0暴夏心一1民厂寸l冬:.寸m:心,囊，态E #心勺二国口kP,刀=八+k+k+，+a (,/2)H,=+2月户P+P.,+1/2=H=P,+,+a (L,+L,H, Pr+L,/2从=P,+,)H. +P,+,+L,/2)，+a(L,+L,12)沙H,=P,+/2凡r+L,/+a L,/P+(续)安装条件图刚性支架计算式柔性半铰接支架 计算式计算考虑条件注1:表中计算公式符号:H, 定支架承受的轴向推力，N;H,固定支架承受的侧向推力，N;君一管内介质的工作压力，柔性和半铰接支回的弹性反力在某管管段的总和，N(下标X, , 2表示管段):;P】一一自然补偿管路;P;L, L, L,管段长度，m;L, 段长度，m;，每米管道的基本荷载，N/m,正文表20注2:表中计算式是按固定支架承受的水平力是按抵消80%计算的。注3:对于果为滑动管托，则两个方向的摩擦系数相同;如果采用滚动管托，则两个方向的摩擦系数不同，上述公式是按两个方向的摩擦系数相同考虑的。注4:柔性管架两个方向刚度可能不同，对于半铰接的管架，可能只有一个方向是铰接的，在计算管段反力时，应考虑上述情况。A. 2带套筒式补偿器管道推力计算简图与计算式安装条件图刚性支架计算式柔性半铰接支架计算式备注(计算考虑条件)P H P. -L; I L,.H=P,H=c卜1 2c+。+=+ L, 几洲华H PI L,+,十只声十尸 3073一2004表A. 2带套筒式补偿器管道推力计算简图与计算式(续)安装条件图冈9性支架计算式柔性半铰接支架计算式备注(计算考虑条件)注1:表中计算式符号:. ;H,固定支架承受的侧向推力，N:;筒式补偿器的摩擦力，N;、氏管内介质的工作压力，x柔性和半铰接支架的弹性反力在某管管段的总和，N(下标X. . 2表示管段);然补偿管路;P,一自然补偿管路:R每米管道的基本荷载，N/m;正文表2中计算式是按固定支架承受的水平力是按抵消80%计算的。注3:对于果为滑动管托，则两个方向的摩擦系数相同，如果采用滚动管托，则两个方向的摩擦系数不同，上述公式是按两个方向的摩擦系数相同考虑的;注4:柔性管架两个方向刚度可能不同，对于半铰接的管架，可能只有一个方向是铰接的，在计算管段反力时，应考虑匕述情况。A. 3带波纹管膨胀节管道的推力计算A. 3. 1直管段上设置膨胀节中间固定支架的受力按公式(算。如果中间固定管架两侧管径相同，且两侧导向支架数量和设计型式相似，则嵘和F,2分别与蛛和F向相反因此，F;二可能等于0。然而管道可能从一端逐渐升温，所以引起其中一部分比另一部分先膨胀，故根据实际情况，中问固定架的设计受力应为两端管段产生的力之一，按公式(算。= .二二”二。(,.= F +. .列式中:F,;F,图中中间固定支架承受的力，N;3. 2直管上设置不同管径膨胀节时的主固定支架的反力按公式(公式(算。片卜;耳皿卜于任三分二 3073一2004F,= =(a+(.(a.(述式中:只一管内介质的设计压力，Q大管径波纹管有效截面积，;管径波纹管有效截而积，,大管径管道上导同架产生的摩擦力，N;管径管道上导向架产生的摩擦力，N;由于变径户的盲板力，N;管径管道上波纹管产生的变形压力，N;公式算、_一_G G G, G, G G, G G ,+,n+,P .;纹管的育板力，N;纹管的有效截面积，d管内介质的设汁压力，,“一一F,管道产生的摩擦力，3. 4在弯头处主固定支架的受力按公式(算。(式A.6)G S+F +二=,十。粤黔宜(中:m/S;H/T 3073一20048重力加速度，m/,弯头角度，“:P介质密度，kg/ms 3073一2004附录B(规范性附录)跨管道及三跨管道支点荷载计算系数。刀 B C。乙.!:a:B C D E F B C7L, 3073一2004表B. 3三跨管道计算系数简图A s c o乙.(与陌一一L,卫写7L,计算系数刀刀;(170)176(1,)17%( 17p)n.( 17c) 3073一2004附录C(规范性附录)似计算可按公式(公式(算。A B 一_“一1水平直管示意，一(式q(a+b)2(.(一二1带有集中荷载的直管支点承受荷载(似计算可按公式(式4)、公式(一_图C. 2带有集中荷载的直管示意 (I, 2水平弯管C. 2. 1水平弯管在弯管两管段接近相等的条件下支点承受荷载(似计算可按公式(算。厂一|匕图C. 3a+1立.，.( 2图似计算可按公式(式公式(式算管两管段不相等示意(平面图)口石+十“(式式图C，5)近似计算可按公式(式9)、公式(算。乃图二。(合鲁，。含+誉，(式图C6)近似计算可按公式(公式(算。图c+万)艺(_。_、 一(图似计算可按公式(公式(算。 3073一2004图C. 7