管道支吊架100415

管道支吊架济南石油化工设计院刘秀芝Tel:0531-8857613913953150806,一、概述（一）设计范围 支承管道的管架通常分为两部分:一部分属于土建主结构部分，习惯称之为“管架”及“管廊”;另一部分为管道与土建主结构之间相接的各种支、托、吊部分，也包括生根在建构筑物上的各种支架，以及高度在2米以下独立的支架，通常称为“管道支吊架”，简称“管道支架”。前者主结构、管架基础，以及建筑物的预埋件等均由土建专业负责设计。后者在化工厂设计中由管道专业负责设计。因此，管道专业与土建专业间的设计有着密切的联系。,（二）管道支架设计与配管及应力计算之间的关系 做管道布置工作要有管道支架方面的基本知识。在管道布置时，要考虑便于设置支架。管道自重产生的应力与支架的间距有关，支架必须布置成不大于允许的管支架间距。 管道支架的选型及位置是管道支架设计的首要问题。特别是在有热膨胀的管道或有压力脉动的管道上更为重要。,总之，做管道布置的人员需要为管道支架设计创造方便的条件，而管道支架设计者，应尽量设法通过管道支架的合理设计实现合理的配管方案，只有在无合理办法时，才改变管道走向。管道支架设计、柔性计算及管道布置三方面需要紧密配合和科学管理才能作出优良的管道设计。 现代化工装置常采用多生产工序联合布置的露天化方案。典型的布置方法是把设备布置在管廊的两侧。管廊成为主要的支承管道的结构，使管道布置变得既合理又整齐美观，又便于做支架。,（三）管道支架设计的合理步骤 关于管道支架设计的开展，有人可能认为应该在管道布置图完成之后。在八十年代以前我国确实是这样做的。八十年代中期由于吸取国外工程公司的设计分工及设计方法，在管道支架设计的步骤方面，也有了新的概念。 新概念主要是围绕着工厂必须在最短的期间内建成，尽快地投入生产，回收资金。世界上承包项目的工程公司，都是把设计、采购、建设按照建设进度要求，以交叉进行的方法来赢得时间，显示出严格的计划性。,在管道设计方面，管道布置工作一般有三个阶段:第一是初步阶段，作管道走向;第二是规划布置阶段，作管道研究;第三是成品设计阶段，作管道布置图(施工版)。 在初步阶段的末期到规划布置阶段完成之前，就可以对容器类设备的管口方位、设备上的生根件(包括管道支架预焊件、平台预焊件及保温(冷)的预焊件等)都确定下来，把条件及资料送交设备制造厂，这对于提前制造设备是十分有利的。越是复杂的及制造周期长的设备，越需提前提出条件。上述管道支架预焊件就是属于要配合的条件之一，如不提前做一部分支架设计工作，就无法提出条件。,从建设的要求来看，按照施工规律总是先土建，后设备安装，最后是管道安装及电气仪表安装。因此，管道设计者必须千方百计先满足土建要求，使土建专业尽快开展设计。当然，施工计划可以做到交叉进行，但交叉是有条件及有限度的。 根据上面所述，管道支架设计的安排与配管工作之间的进度配合的关系见图1.3所示。,从上图中可以得出结论，管道支架设计与管道布置设计应是平行交叉进行。如果等管道布置图结束后再设计支架，将会延误设备的条件，以及延误土建专业出图，势必造成延长建设进度，而且管道支架设计与配管也不能同步完成。如影响投产日期，对经济上会造成巨大的损失。因此，设计这个环节合理的组织应视为非常重要的方法问题。管道支架设计一定要尽早开展工作，但是，开始阶段人力不要多，后可逐步增员。而且管道支架设计在工程设计中成立专业组是合理的。不仅是平行作业的需要，也是提高工效与保证质量的需要。 管道与土建专业之间的有关条件较多，为加快设计工作、简化条件关系也是不能忽视的。目前大多化工厂建设多采用钢结构的建、构筑物，不仅建设速度快，对支架的生根创造了方便的条件。采用钢结构对建设进度是有利的，对实现管道支架设计的合理步骤也是有利的。,（四）提高管道支架设计的水平 管道支架设计质量常被忽视，有的留给施工人员自行决定架型，从实践中证明这种作法是有问题的。例如，有的工程公司为了节省设计工作量，把公称直径50mm以下的管道支架由施工人员根据标准选型，结果发现有些施工人员不了解设计意图，把有热位移的管道支架做成固定架，这是十分危险的。,此外，设计者也有考虑不周的地方，如滑动管托不够长而从梁上滑落;管道的振幅过大;应采用滑动架的点误选为固定架，使薄弱部位因热胀应力过大而断裂;弹簧托座的弹簧歪斜严重;水平力过大，把外管柱子推斜;放空管支架缺少，管道被反力推倒等等。以上这些都是不应该出现的问题。管道支架属于机械方面的设计工作，合理的做法应由有机械常识的设计人员从事这项工作，健全设计标准，成立专业组，重视培训等，才有助于支架设计质量的提高。 管道支架材料统计，宜采用计算机统计，目前有不少设计单位已经可以做到。,二、管机专业（一）管机专业的职责 1、应力分析（静力分析、动力分析）; 2、对重要管线的壁厚进行计算，包括特殊管件的应力分析； 3、对动设备（机泵、空冷器、透平等）管口受力进行校核计算； 4、管架设计； 5、审核供货商文件； 6、编制、修改规定； 7、编制应力分析及管架设计工程规定； 8、本专业人员培训； 9、进度、质量及人工时控制 ； 10、参加现场技术服务；,（二）管道机械专业（应力分析）常用的标准规范 1、GB50316-2000工业金属管道设计规范（2008年版） 2、HG/T20645-1998化工装置管道机械设计规定 3、SH/T3041-2002石油化工管道柔性设计规范 4、GB150钢制压力容器 5、JB/T8130.1-1999 恒力弹簧支吊架 6、JB/T8130.2-1999 可变弹簧支吊架 7、GB/T17116.13-1997管道支吊架,8、 GB 50251-2003 输气管道工程设计规范 9、 GB 50253-2003 输油管道工程设计规范 10、 DL/T5054-1996 火力发电厂汽水管道设计技术规定 11、 SDGJ6-90 火力发电厂汽水管道应力计算技术规定 12、ASME/ANSI B31.1 - Power Piping 13、ASME/ANSI B31.3 Process Piping 14、ASME/ANSI B31.4 Liquid Transmission and Distribution piping systems 15、ASME/ANSI B31.8 Gas Transmission and Distribution piping systems,三、工程设计阶段管机专业的任务1、初步设计、基础设计阶段 编制工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签署)； (2) 参加设备布置工作； (3) 对主要管线的走向进行应力分析和评定。,2、详细设计阶段 修订工程设计规定(应力分析、管架设计) (四级签署)； 重要管线的壁厚计算，特殊管件的应力分析； 编制临界管线表(三级签署) 应力分析管线表 静力分析 应力分析 (三、四级)； 动力分析 卧式容器固定端确定，立式设备支耳标高确定； 支管补强计算； 动设备许用荷载校核(四级), 夹套管(蒸汽、热油、热水)计算(端部强度计算、内部导向翼板位置确定、同时包括任何应力分析管道的所有内容)； 往复式压缩机、往复泵动力分析(四级)； 安全阀、爆破膜泄放反力计算； 结构、建筑荷载条件； 设备管口荷载、预焊件条件； 编制管架表； 绘制非标管架图； 编制管架综合材料表； 编制弹簧架采购MR文件及弹簧架技术数据表； 编制柔性件(膨胀节、软管等)采购MR文件及技术数据表； 管架施工安装说明,3、管道应力分析的内容及各种分析的目的A、静力分析包含的内容 a) 一次应力计算及评定 防止管道塑性变形破坏. b) 二次应力计算及评定 防止疲劳破坏。 c) 设备管口受力计算(及评定) 防止作用力太大，保证设备正常运行。 d) 支承点受力计算 为支吊架设计提供依据。 e) 管道上法兰受力计算 防止法兰泄漏。 f) 两相流及液击冲击载荷计算 为支吊架和结构设计提供依据。,B、动力分析包含的内容 a) 往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析 防止气（液）柱共振。 b)往复压缩机（泵）管道压力脉动分析 控制压力脉动值。 c) 管道固有频率分析 防止管道系统共振。 d) 管道强迫振动响应分析 控制管道振动及应力。 e) 冲击荷载作用下管道应力分析 防止振动及应力过大。 f) 管道地震分析 防止管道地震应力过大。,四、管道支架设计 管道支吊架是管系统中不可缺少的组成部分，为了确保装置体系的正常且安全运行，必须对管网中的管系设计必要的管架。 管道支吊架的选用及设置，将会对管系应力水平和端部作用力大小产生很大影响。如果支吊架设计不当，不能承受管道重量等引起的荷载，将可能导致管道一次应力超标。另外，通过支吊架的设置还可以对管系的变形加以控制，从而减小管道的二次应力和管道对设备的推力，保证管道与设备的正常运行。对于往复机械的振动管道，通过设置适当的支架还可以达到减小管道振动的目的。,（一）管道支吊架的种类 及结构组成 管道支吊架的功能主要可以概括为：承受管道荷载、限制管道位移和控制管道振动三个方面。支吊架的种类多种多样，但从功能和用途可划分为承重支吊架、限制性支架和防振支架三大类。,1、管道支架的分类及定义按支架的作用分为三大类：承重架、限制性支架和减振架。1）承重架 : 用来承受管道的自重和外载，避免产生过量挠度，控制管系一次应力在许用范围之内。 a）恒力支吊架(constant support and hanger)：用以承受管道自重荷载，但其承载力不随支吊点处管道的垂直位移的变化而变化。 b) 变力弹簧支吊架(variable spring support and hanger)：用以承受管道自重荷载，但其承载力随支吊点处垂直位移的变化而变化。,c ）刚性吊架(rigid hanger)：在支承点的上方以悬吊的方式承受管道的重力及其他垂直向下的荷载，吊杆处于受拉状态。 d）滑动支架(sliding support)：将管道支承在滑动底板上的支架。除垂直方向支撑力及水平方向摩擦力以外，没有其他任何阻力。 e) 滚动支架(rolling support and hanger)：将管道支承在滚动部件上，摩擦力较小。,2）限制性支架：用来阻止、限制或控制管道系统位移的支架(含可调限位架)。 a）导向架(guide)：使管道只能沿轴向移动的支架，并阻止因弯矩或扭矩引起的旋转。 b）限位架(restraint)：限位架的作用是限制线位移。在所限制的轴线上，至少有一个方向被限制。 c）固定架(anchor)：限制管道的全部位移。 3）防振支架：用来控制或减小物料冲击、机械振动、风力及地震等外部荷载的作用所产生的管道振动的支架。 a)减振装置(sway brace)：用以控制管道低频高幅晃动或高频低幅振动，但对管系的热胀或冷缩有一定约束的装置。 b)阻尼装置(snubber)：用以承受管道地震荷载或冲击荷载，控制管系高速振动，同时允许管系自由地热胀冷缩。,2、管道支架结构的组成部分 从管道支承的结构及连接关系等方面考虑，可把整个支架视为由几个部分组成。即管部附着件、连接配件、特殊功能件、辅助钢结构及生根件等。（1）管部附着件:它是附着在管道上的支架部件，是支架与管道外壁相连接或接触的部件。如管托、管卡、U形螺栓、鞍型管托、吊耳、支耳、支腿、耳轴及裙座等。（2）连接配件:指连接的零部件、吊杆等。（3）特殊功能件:是指弹簧架、限位杆等部件或其它特殊功能的装置。如减振器等。,（4）辅助钢结构:一般由型钢及钢板制造。其作用是将管道支承点的力传递给土建结构或设备外壁。辅助钢结构的高度一般不超过2m。较高的钢结构不属于管道支架的范围。应提交土建专业设计。（5）支架生根件。由于生根件附在设备或土建钢筋混凝土结构上，从备料的角度来讲，也可不算管道支架的组成部分，但从管道支架的设计方面看，可作为支架的组成部分。 上述五个部分构成管道支架是多种多样的，但不一定每个管道支架都兼有五个部分。如管廊上的管托，只有附着件;也有支架只有辅助钢结构，如不保温管道直接放在门式架或T型架上。所以，五个组成部分可以根据具体的支承条件与要求组合使用，构成各种类别的支架，起到1中所述各类支架的作用。,（二）厂房外部管架型式与选用 管架是用来支承架空管路的。有钢结构，也有钢筋混凝土结构。按其用途分为允许管路在管架上有位移活动的管架(简称活动管架)和不允许位移的固定管路用的管架(简称固定管架)两种，现介绍常用几种型式与结构。1.管架型式 (1)独立式管架 适于管径较大，而管路数量不多的情况下采用。有单腿柱和双腿柱(根据管架宽度及推力大小而定)。这种型式的管架，一般采用较为普遍，设计与施工也较简单，见图1图1独立式管架,(2)悬臂式管架 它与一般独立式管架不同点在于:把柱顶的横梁改为纵向悬臂，作为管路的中间支座，延长了独立式管架的间距，使造型轻巧美观，其缺点是管路排列不多。一般管架宽度在z米以内，见图2图2悬臂式管架,(3)梁式管架 可分为单层和双层，其他还有单梁和双梁，主要根据敷设的管路数量而定。一般多为单层双梁结构，跨度常用812米之间。适用于管路推力不太大的情况。可根据管路跨度不同要求。在纵向梁上按需要架设不同间距的横梁，作为管路敷设的支点或固定点，见图3图3梁式管架,(4)桁架式管架 适用于管路数量众多，而且作用在管架上推力大的线路上。其跨度一般常用1624米之间。这种型式的管架外型比较雄伟，刚度也大，但投资、耗钢材量大。目前在化工厂中过马路时常选用，见图4。图4 桁架式管架,(5)悬杆式管架 适用于管径较小，多根排列的情况。该型管架要求管路较直。共跨度一般在1520米之间，中间横梁一般悬吊在跨中1/3长度处。共优点是造型轻巧，柱距大，构件受力合理。缺点是钢材耗量多，横向刚性差(对风力和振动的抵抗力亦弱)，施工和维修要求较高，需经常校正标高(用花篮螺栓)，而且拉杆金属易被腐蚀性气体腐蚀。故目前已很少采用(见图5)。图5 悬杆式管架,(6)悬索式管架 当管路直径较小，遇到宽阔马路、河流等情况，需跨越大跨度时，可采用小垂度悬索管架。悬索下垂度f与跨度L之比，一般可选1/101/20之间。见图6。图6 悬索式管架,(7) 钢绞线铰接管架 管架与管架之间设拉杆，在沿管路方向，由于支架底部能够转动，不会产生弯距，固定支架及端部的中间支架采用钢铰线斜拉杆 ，这样整体是稳定的 。作用于管架的轴向推力 ，全部由水平拉杆或斜拉杆承受。此型适用于管路推力大和管架变位量大的情况。见图7。图7钢绞线铰接管架,2.管架结构的选择（1）半铰接管架 依靠柱脚的不完全铰，以适应管路的热膨胀变位。柱脚构造既允许有一定的转动，又能承受一定的弯矩值。半饺接管架，仅考虑垂直荷载，管路轴向水平推力，可忽略不计。见图12-8。,(2)柔性管架 柱脚固定，柱顶允许有一定变位，依靠管架本身的柔性以适应管路的热膨胀变位。管架要承受由于管架变位所产生的反弹力，适用于较高的管架。用于中间活动管架为宜。特别当采用钢结构时能收到适用、轻巧、美观、施工方便等优良效果。见图12-9。,( 3 ) 刚性管架 柱脚固定，柱顶不考虑变位，以管架本身的刚度抵抗管路热膨胀引起的水平推力，见图12-10。,（三）车间（厂房）内部管路支架1、管路支架选用的一般要求(1)支架的布置和类型应满足管路荷重、补偿和位移的要求，并应注意减少管路的振动，(2)支架类型及适用范围 a.固定支架 在管路上不允许有任何位移的地方，应装设固定支架。固定支架应设置在牢固的厂房结构或专设的结构物上。例如热的或冷的总管，当直线段较长时，一般宜在管段的中间附近设置固定支架，使管路可向两端伸缩。又如在波形伸缩器两侧需要补偿的直管段末端，若无大型设备承受推，也应设置固定支架(对于带有弯管的管段已采用带拉杆的波形伸缩器者除外)。 车间出入口和外管网相连接的管段，其固定支架的设置，应和外管统一考虑。,b.活动支架 在水平管路上没有或只有很小垂直位移并允许在轴向和横向有位移的地方，可装设活动支架。 c.导向支架 在水平管路上只允许有轴向位移而不允许有横向位移的地方，应装设导向支架。 在铸铁阀件两侧，一般应装设导向支架，使铸铁件少受弯炬作用。 垂直管路上的导向支架，除能限制管路的位移方向外，并能防止管路振动，但不承受管路重量。 d.弹簧支架 在管路具有垂直位移的地方，应装设弹簧吊架，在不便装设弹簧吊架时，可采用弹簧托架。,(3)在因膨胀所产生的轴向位移甚小可略去不计时，管路吊架可垂直安装;在位移较大的管段上，其吊架应与管段移动方向相反偏装1/2l 如图12-22，此时吊架拉杯可偏移部分的长度不应小于20l(l为水平位移值）。,（4）在一条管路上连续使用吊架不宜过多，应在适当位置设立型钢支架，以避免管路摆动。（5）管路重型附件的近旁，应装设支吊架，以承受附件主要荷重。三通管处亦应视导出支管的荷重情况考虑装设支吊架。,（6）水平安装的方形伸缩器或弯管附近的支架，应为滑动的(如图12一23所示A、B位置)，以使管段受热膨胀时，能够自由地横向移动。在只沿轴向移动的管段(如C)才设立导向支架。,（7）输送冷介质的管路，不得与支吊架直接焊接。（8）当采用槽钢作托架时，槽钢之布置位置尽可能使惯性矩较大之面来承受较大荷重。 （9）支架允许 的挠度如图12-24，一般为f0.002l 当管道容许较大变位时f0.004l。l:梁的长度;f.梁的最大挠度。,(10)管路膨胀及固定支架位置的设计应考虑减少对设备所产生之较大推力(大型设备可以承受推力，但结构要考虑安全)。(11)管道支吊架的组装应在施工现场进行。(12)对于不绝热的管道，在无特殊需要的情况下，一般不设置管托，直接放置在梁架或管支架上，但对大直径薄壁管道.宜在管道底部衬托加强板保护。(13)管道支吊架组装完成经检查合格后，外表面应涂以红丹防锈底漆，及一层与之相联结的构架或设备相同颜色的面漆。,2管道支吊架选用的原则：（1） 在选用管道支吊架时，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、是否保温或保冷、管道的材质等条件选用适合的支吊架；（2） 设计管道支吊架时，应尽可能选用标准管卡、管托和管吊；（3） 下列情况，不得采用焊接型的管托和管吊：a）管内介质温度等于或大于400的碳素钢材质的管道；b）低温管道；c）输送浓碱液的管道;d）合金钢材质的管道；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；h）需热处理的管道（消除应力） （4） 为防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击荷载，一般在下列位置设置导向管托，以保证管道只沿着轴向位移：a）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；c ）固定支架之间的距离过长，可能产生横向不稳定时；（柱失稳）d）设计只允许有轴向位移。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。,（5） 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；（6）凡支架生根在设备上时，应向设备专业提出所用预焊件的条件；（7） 对于荷载较大的支架位置要事先与有关专业设计人联系，并提出支架位置、标高和载荷情况；（8）凡需要限制管道位移量时，应考虑设置限位架。（9）安全阀出口管线的支架要高度重视，应足以抵抗泄放时冲击荷载的作用。,3、管道跨距及导向间距1）管道跨距 刚度及强度两项控制 刚度控制 装置内13mm（GB50316为15mm），装置外25 mm（ GB50316为38mm） 强度控制 (不考虑内压) (考虑内压),2）导向间距： a）水平管： 水平管道 b）垂直 为了约束由风荷载、地震、温度变化等引起的横向位移 垂直管道的最大导向支架间距大致可按不保温管充水的水平管道支架间距进行圆整。,（四）管道支架位置的决定1、确定管道支吊架位置时应遵循以下原则： 1)满足管道最大允许跨距的要求； 2)存在集中荷载时，支架应布置在靠近集中荷载的地方； 3)在转动机器附近的管道处应设置支吊架，以防止机器管口承受过大的荷载； 4)支吊架应设置在不妨碍管道与设备连接和检修的部位； 5)对于复杂管系，应根据应力计算结果设置或调整支吊架位置。,2、确定管道支架位置的要点 1）承重架距离应不大于支架的最大间距。有压力脉动的管道，要按所要求的管道固有频率来决定支架间距，避免发生共振。 2）尽量利用已有的土建结构的构件支承，及在管廊的梁柱上支承。 3）做柔性分析的管道，支架位置根据分析决定，并考虑支承的可能性。,4）在垂直管段弯头附近，或在垂直段重心以上做承重架，垂直段长时，可在下部增设导向架。5）在集中荷载大的管道组成件附近设承重架。6）尽量使设备接口的受力减小。如支架靠近接口，对接口不会产生较大热胀弯矩。7）考虑维修方便，使拆卸管段时最好不需做临时支架。8）支架的位置及类型应尽量减小作用力对被生根部件的不良影响。,3、管道布置过程中对支架位置的考虑配管设计人员在管道布置(或管道研究)的过程中，应同时考虑支架位置及设置的可能性、合理性、经济性等，这是配管与支架设计者共同的要求。管道走向除了满足安全生产、工艺要求，操作方便，安装维修方便等外，还应做到下列几点:1）管道尽量集中布置，如成排布置，便于做联合支架，尽量减少分散独立设置的柱式架。同时达到整齐美观。2）管道布置应靠近可能做支架的点，如靠近为其它目的做的构筑物，沿建筑物的墙、柱口或沿平台下敷设，以便利用梁和柱来支承。,3）管道布置应着重考虑下列有关支架的问题: a）最好的方案是使管道本身有自支撑的作用。 b）管道柔性过大时，应添加支架以避免应力过大或管道晃动和振幅过大，但应满足管道的膨胀要求。 c）使用波纹膨胀节时，应考虑管内介质的不平衡推力，如果没有结构能承受这种推力，就必须采用压力平衡式的膨胀节。 d）压缩机串口管道、驱动机的管道，应设置合适的支架，避免将振动传给其它管道、轻型钢结构或建筑物。,e）管道应靠近生根点，使支架构件有良好的刚度及避免承受过大的力矩。 f）立式设备上部管口接出的管道，从设备上支承，可使相对位移尽量小。 g）管道成组布置时，各管道的被支承面应取齐。 h）采用弹簧支座或吊架时，管道与生根构件之间应有足够的空间。,4、应力分析过程中对管道支架的考虑1）管道柔性分析与管道支架设计的配合2）柔性分析中对支架位置及类型的考虑 a）承重架的间距是否超过基本支架间距的规定？如超过规定，计算时一次应力不易通过。 b）所有支承点是否已有可以生根的结构，如果没有，如何解决？采用独立的新结构，或是修改配管。c）是否有小管与计算的主管相接？判断小管加入计算的必要性及终止点，并考虑终止点的支架类型。 d）垂直段管道很长时，承重架设在何处并研究支架的类型。,e）支架生根在设备上时，支承点随设备的热膨胀产生位移，输入的数据应符合此情况。 f）由于垂直管的膨胀，研究水平管上的支架脱空的可能性或产生支承点管道应力过大的可能性。 g）采用弹性支架是否合理？是否符合经济要求？ h）限制性支架的位置通常按下面几点考虑: 控制敏感设备(转动设备)接口的力和力矩，一般是在接口的直线段上选点作导向或限位。 分割管道，使位移有合理的分配。 控制膨胀方向，使沿某方向位移。,5、管道支托点位置的要求1）优先考虑的支托点，是管子而不是阀门、管道附件、膨胀节等。因为管子的外径是形成系列的，有利于使用支架标准图和通用图;另外，在其它管道组成件上支承。应进行具体的分析，有必要且无有害的影响时也是允许的。2）一般不在水平布置的弯头、弯管上作支托点，避免局部应力增加及影响吸收热膨胀的效果;在垂直面上布置的弯头上做支承架倒是常见的，但特别重要的高温管道则不希望这样做。3）支托点应优先位于维修或清洗时不拆卸的直管上。,6、决定管道支架位置的其他要求1）考虑支架位置时尽量减小作用力对基础、被生根的结构、建筑物或设备的不良影响。应注意如下几点: a）考虑支架位置时尽量减小作用力对基础、被生根的结构、建筑物或设备的不良影响。应注意如下几点: b）尽可能减小弯曲作用。应将荷载作用在柱上或主要构件上及与主构件相连接的梁上，并靠近连接点。 c）避免不必要的扭曲和横向弯曲。 d）避免将弯矩或横向力传递到结构的细长杆件上，以及根据稳定性而设计的压杆上。 e）输送脉动流体的管道及传递机械振动的管道，应将这些管道的支架限制在独立的地面结构或基础上，否则应对相关结构、建筑物等进行细心和全面的分析，以保证它们具有非共振频率和足够的强度，且振幅在较小的范围内。可采用限止或削弱振动传递的方法:达到隔振的目的。,7、典型配管的支架类型及位置典型支架类型符号：,1）槽、罐类设备上部接管的支架每根管道都有一个滑动承重架，当垂直管段较长时，可增加一个导向架。支架均生根在设备上。,2）塔类设备管道的支架塔类管道通常支承在塔壁上，见右图第一个支架通常尽量靠近设备管口，以减小设备口和支承点的相对热膨胀位移，减小热胀的反力。如第一个支架至管口间的管道柔性不够，可改变管道走向适当增加管道的柔性，见图 (d)、(e)、(f)。在图(a)中表示第一个承重架荷载过大时，另设第二个承重架，但第二个承重架应采用弹簧架图（b）的下接口管道的承重架位置设在与管口相同标高处，对热膨胀有利。,3）泵管道的支架右图RS-1支架通常可作成可调节高度的承重架;DL-1是限位架，使泵入口水平管的轴线保持无偏移，泵口不至于承受过大的弯矩；RS-2支架为滑动架，应注意至弯头的距离如过小，将会脱空； DS是水平向限位架。图（c）中RS-3及RS-4可不用可调支架，当支架较高时，一般为两段组成，有利于滑动，减小弯头处的弯矩。图（d）应检查管道固有频率，如有必要可在SS-2下面垂直管段部位增加限位架。图（e）中的管道是常温管道，RS-5采用支耳支承在落地的钢架上，这种类型不适用于高温管。,4）离心式压缩机及透平机管道的支架离心式压缩机及蒸汽透平的管道，在配管及支架设计方面是装置中要求最高的部分，制造厂对设备管口的受力限制得非常低。除了管道应有的柔性外，还要通过支架的合理设计，使压缩机和透平机管口所受的力和力矩控制在允许值以下。,从图中可以看出，靠近设备管口的支架大多采用弹簧架;有阀门的部位，应考虑管道的刚度，如图（b），使阀门开闭时，不至于管道扭转或弯曲或晃动;必要时，在有些地方需设置控制位移方向的限位架，如图（d），有时限位架与设备管口在一直线上，见图（c）。,5）安全阀管道的支架安全阀的管口承受外载引起的弯矩要求尽量小，以免阀体变形，影响阀的性能。当支架设计时，除承受管道重力荷载外，还应注意泄放流体时产生的反力及其方向。有些安全阀入口管比出口管径小，应重视强度核算。安全阀出口管第一个支架的生根点比较重要，不应生根在柔性大的钢结构上，同时支承点的垂直向热位移应尽量小，合理地选择生根点，以便采用刚性支架。在温度较高的管道上，阀出口水平段应有足够长，见图1-a，使支架不至于脱空。,图1为安全阀出口排入大气的管道支架的位置实例。图2为出口管排入泄压总管的管道支架的实例。,6）控制阀组管道的支架控制阀组最常见的布置为立面布置，见图4.6.6-1。这种阀组通常是在管道的弯头下面设置支架。对于常温的管道可采用固定架，但如有热胀的管道，应银据柔性计算的要求，将一个架设固定架。另一个设滑动架或导向架。如果阀组很长，仅在阀组两端支撑，会使阀组中间下垂较大，应在中间增加一个支架，中间支架最好采用可调式支架，以便安装。这样中间可为固定架，热胀时向两端位移。见图4.6.6-2。,7）管廊上管道的支架管廊上管道支架的间距，受到管廊结构的梁及柱间距的限制。小管道支架间距用3m，大管道支架间距用6m，是最常用的。对于小管道的最大允许支架间距为小于3m时，最好利用大管支承小管，或在管廊的梁两侧另增加悬臂梁。如图4.6.7。因此，在管道研究中应该提前规划布置。对于大直径的管道有时只需在主梁上支承就够了。a）设固定架的点一般应在柱子轴线的主梁上设置，不要设在次梁上。尽量使固定架两侧的推力相差不要过大。有波纹膨胀节时，应按下图的要求设支架。有门形膨胀弯管时，固定点间的最大距离应按门形弯管的尺寸而定。,b）在直线段很长的管道上，有时需设导向架导向架的间距与对应的轴向力及管径有关。有横向引出管道的接点时，导向架与接点或弯头的距离不宜太近.应使管道有一定的柔性。设有门形膨胀弯管时，45点及67点的距离要适当，可按柔性分析决定，同时考虑管道的横向位移不至于太大，此外1 2点之间管道应有充分的柔性，也要注意导向架的位置，应满足柔性要求。,c)轴向限位架需要将长的管道合理分配热位移值，以控制各管段在允许的应力范围内，有时可采用定值限位。 经过柔性分析的管道，确定了限位架的点，如该点没有梁，常采用耳轴与拉杆相结合的结构，将生根点设在柱上或大梁上。d)门形弯管的布置与支架设置比较,从图4.6.7.4-1中可以看到，管道与管廊梁的相对位置有两种情况:图(a )优于图(b )，因在图(b)中JK及MN管段太长，管道容易下垂。,图4.6.7.4-2表示门形澎胀弯管伸臂较短，在管廊钢结构宽度之内，增加了构件，使支承合理。,（五）管道支架的结构设计管道支架的结构设计包括：结构型式的选择，决定构件尺寸，填写索引表、管架表、弹簧表及选画通用图或必要时才绘制持殊架图等。结构设计的依据： (1)支架的类型(已确定的); (2)管径 (3)支架点荷载 (4) 管道的温度、材料 (5)管道所处的方位(水平、垂直或倾斜) (6)生根点与管道支承点的相对位置,1、管部附着件1）管部附着件的材料及连接结构管部附着件有可拆卸式与不可拆卸式两种连接结构。对附着件连接结构与材料选用的综合要求可见表5.1.1所示。,2）管部附着件的设计要点a）管部附着件设计温度的确定和管道直接接触的支吊架部分的设计温度取管道内部介质温度，不与管道直接接触或和管道保温层外侧接触的支吊架部分的设计温度，取介质温度的l/3或环境温度.以二者较高的为准。b）热应力的影响c）适应各种条件除良好的应力分布外，设计管部附着件还应强调最小的热损失。隔热保护或散热保护可以防止钢构件和混凝土构件局部过热;以适应与完全防火构件相连接的能力;适合用于合金和其他敏感材料的能力;以及适应在高温条件和低温条件下使用。d）可拆卸管部附着件的特点e）不可拆卸管部附着件的特点,2、管道支架生根的结构型式a 常见的生根位置 在设备上生根。 在混凝土结构上生根。 在墙上生垠。 在地面上生根。 在基础上生根。 在钢结构上生根。 在大管上生根。,b.管道支架生根的结构型式（1） 在设备（VESSEL）上生根：在设计从设备上生根的支架时，要求在设备上预焊生根件。如果现场安装支架在设备壁上直接焊接，许多设备需要重新检验，且拖延施工进度。焊后残余应力会影响设备的防腐能力和机械性能。对于非金属衬里的设备，现场焊接会损坏内衬如橡胶、塑料、玻璃等。对容器类设备的管口、设备上的生根件(包括管道支架预焊件、平台预焊件及保温(冷)的预焊件等)都确定下来，把条件及资料送交设备制造厂，这对于提前制造设备是十分有利的。越是复杂的及制造周期长的设备，越需提前提出条件。,在设计中，应将生根件(预焊件)的位置、荷载(力及力矩)、预焊件的尺寸或标准等提供给设备设计者，以满足支架设计的要求。（2） 在混凝土（CONCRETE）结构上生根通常采用的方法有：预埋钢板或型钢或套管、在混凝土结构上钻孔后用膨胀螺栓固定等。（3） 在墙上（WALL）生根墙上预留孔、砌预制块(带有预埋钢板)，以及采用膨胀螺栓固定等。（4） 在地面/基础（FOUNDATION）上生根(5) 在钢结构/大管上（STEEL）生根,C.内容1）在设备上生根在设计从设备上生根的支架时，要求在设备上预焊生根件。对于经过热处理或应力消除的设备，现场安装时在设备壳体上焊接应被禁止。对于非金属衬里的设备，现场焊接会损坏内衬如橡胶、塑料、玻璃等。从而导致设备不能使用。压力容器必须预先焊接生根件。,确定在设备上生根后，应选定所需要的支架生根件(预焊件)。预焊件的设计应根据以下几个方面考虑:具有足够强度，以满足承载和热应力分析的要求。在设备壳体上产生的局部应力小。便于现场安装支架。需要现场在生根件上焊接的结构应具有对设备壳体的热影响小，特别是对设备壳体的焊缝要尽量减小这种影响。对于保温保冷设备，应尽量避免雨水通过支架构件流入设备保温层中的可能，以免影响设备的隔热效果，增加系统的能耗。要便于设备运输，并注意运输超限的问题。要具有合理的结愉，具有户好的荷载分布，而日要便于制作。满足其他要求，如与管口和加强板、平台、梯子等不碰。设计中要加强校核。,a）常用的预焊件结构 在壁上贴钢板，见图5.2.1.1(a)。 单立板，见图5.2.1.1(b)。 带筋板的立板，见图5.2.1.1(c)。 多筋板与端板，见图5.2.1.1(d)。 保冷设备预焊件，见图5.2.1.1(e)。b）组合结构 多块贴板 双悬臂式 单三角式 双三角式 保冷设备用双悬臂式 保冷设备用双三角式 保冷设备用单三角式,c）热膨胀影响设备热膨胀不大时，可采用图5.2.1.3(a)所示的螺栓连接结构，允许少量移动，因螺拴与孔之间有少量间隙。设备热膨胀大时，应将三角架的水平构件的螺栓孔做成垂直向的长孔，可使其上下滑动，但螺栓应有较大的安全系数。斜构件可用一般的连接结构。同时还需增加一根垂直的构件，见图5.2.1.3(b)，也可按图(a)使用截面较小的斜撑，或增加L的尺寸，或减小角，使结构具有更大的弹性，从而减小作用在设备壳体上的应力。,2）在混凝土结构上生根通常采取的方法有:预埋钢板或型钢或套管，在混凝土结构上钻孔后用膨胀螺栓固定等。图5.2.2-1(a)的预埋钢板便于支架安装，可适应施工中较大的位置偏差，广泛用于柱、梁、楼板、基础等的表面口图5.2.2-1(b)常用于梁、柱、基础等的拐角处，这种长条预埋件，适用于多管道支架在所定的范围内生根连接。图5.2.2-1 (c)预埋套管数量可根据工程需要，大多数采用1钢管，可穿过M20或M24的螺栓，以连接支架构件。图5.2.2-1 (d)膨胀螺栓，用于支架生根，优点是不需预埋，缺点是有时位置不合适会碰上混凝土内的钢筋，且不适用于振动和有冲击荷载的场合。除非使用抗振好的膨胀螺栓。,遗漏预埋件的情况，如果在柱上生根，又不拟采用膨张螺栓。可采用双头螺柱夹紧型钢构件的结构，使之抱在柱上。见图5.2.2-2(a)及(b)所示。在柱间加梁的情况最好采用牛腿的结构，以免钢梁受温度变化对预埋件产生过大的力。见图5.2.2-3所示3）在墙上生根在墙上生根的支架也是以悬臂和三角架两种为主。图(a)施工比较方便;图(b)需要提前做预制块以便砌墙时使用，受力较好;图(c)是临时钻孔安装膨胀螺栓，只能用于荷载小的场合。,4）在地面上生根在水泥铺砌的地面上做支架生根，由于铺砌面会受气候的影响，容易产生热胀冷缩而开裂变形，特别是受土壤冰冻层的影响而变形隆起等情况。因此，在地面上生根，只限于不重要管道，并有柔性，荷载小，地面变形对管道无影响的条件。在素混凝土铺砌地面上生根，通常有不加厚和加厚地面两种。荷载小于350daN，不重要的支架可用不加厚的地面。可以打毛地坪，按支架位置钻孔安装膨胀螺栓，并在支架底面与地坪之间加砂浆填充层，见图5.2.4-1所示。荷载大于350daN时，一般采用加厚地坪。在做地面时，局部应留出空位，支架就位.后再灌混凝土，见图5.2.4-2（a）所示。或者按支架所在位置将加厚地而与不加厚地面一次做好，再临时加膨胀螺栓，见图5.2.4-2(b)。,5）在基础上生根管道支架的荷载较大.如1000daN以上；或除了垂直荷载外，弯矩在500daN-m以上；或管道有振动；或者支架的支承要求高，不允许支承点有变形位移等，这些支架不应支在地面上，应在基础上生根。基础形式:图5.2.5-1(a)为作地面时项留空位，再局部挖土现浇棍土;图5.2.5-1(b)为作地面之前先做基础。 基础顶部的生恨结构:预留孔(图5.2 .5-2(a)及(b)、预理地脚螺栓（图5.2.5-2（c）,6）在钢结构上生根 a）支架在钢结构上生根通常采用焊接或用螺栓连接于梁或柱上。如果荷载较大，生根部位应尽量位于主梁或柱上。若在次梁上应靠近梁或柱的接点.以减小梁的变形。 b）为避免型钢的翼缘扭曲，常在受力处增加筋板。 c）如果管道荷载较大，可尽量不用悬臂梁，以避免产生不必要的扭矩。 d）在钢结构上生根仍是需要荷载条件。 e）土建结构本身的刚度问题。 f）弹簧支座或聚四氟乙烯滑动板支于梁上时，常需将梁局部加宽。,7）在大管上生根常见的结构有管卡及直接焊支架构件等，型式见图5.2.7所示。,五、补充说明1管道固定点的设置应满足下列要求： (1)对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形管段、U形管段、Z形管段等以便进行分析计算；（2）确定管道固定点位置时，使其有利于两固定点间管段的自然补偿；（3） 选用形补偿器时，宜将其设置在两固定点的中部；,（4） 固定点宜靠近需要限制分支管位移的地方；（5） 固定点应设置在需要承受管道振动、冲击荷载或需要限制管道多方向位移的地方；（6） 作用于管道中固定点的荷载，应考虑其两侧各滑动支架的摩擦反力；（7） 进出装置的工艺管道和非常温的公用工程管道，宜在装置分界处设固定点。,2. 管架设计注意事项：（1） 和配管焊接时，注意材料一致性及可焊性（2） 注意焊缝位置（3）管架基础注意躲地沟及设备基础（4）注意生根部位的强度和刚度（5）尽量不把力矩传给结构及设备（6） 要有力学概念（7） 支架的可行性（8） 管架设计的统一性,3. 可变弹簧支吊架按安装方式不同分为几种型式： 可变弹簧支吊架按安装方式不同分为七种型式，分别用AG表示: A型上螺纹悬吊型； B型单耳悬吊型； C型双耳悬吊型； D型上调节搁置型； E型下调节搁置型； F型支撑搁置型； G型并联悬吊型。,4.弹簧支吊架的选用原则管道在支承点处存在垂直位移时，应考虑选用弹簧支吊架。恒力弹簧支吊架适用于垂直位移量较大或受力要求苛刻的场合，避免冷热态受力变化太大，导致设备受力或管系应力超标。恒力弹簧的恒定度应小于或等于6%，以保证支吊点发生位移时，支承力的变化很小。可变弹簧适用于支承点有垂直位移，用刚性支承会脱空或造成过大热胀推