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1、工业管道支吊架设计工业管道支吊架设计概述概述一、管道支吊架的作用和分类一、管道支吊架的作用和分类n n1、管道支吊架的作用：（1）承受管道的重量荷载（如自重、介质重等）；n n （2）限制管道位移，阻止管道发生非预期方向的位移；n n （3）控制振动，用来控制摆动振动和冲击。n2、按其功能管道支吊架分为以下三类n 承受管道荷载n 限制管道位移n 控制管道振动n n（1）承受管道荷载类支吊架n n 刚性支吊架n n 可调刚性支吊架n n 可变弹簧支吊架n n 恒力弹簧支吊架n n（2）限制管道位移支架n n 固定支架n n 限位支架n n 导向支架n n（3）控制管道振动支架n n 减震装置n
2、n 阻尼装置n n固定架限制了三个方向的线位移和三个方向的角位移n n导向架限制了两个方向的线位移n n支托架（或单向止推架）限制了一个方向线位移。二、管道柔性设计和防振设计之间的关系二、管道柔性设计和防振设计之间的关系n n管道的柔性设计是保证管道有足够的柔性以吸收由于热胀、冷缩及端点位移产生的变形。n n防振设计是保证管系有一定的刚度，以避免管道在干扰力作用下发生强烈振动。n n管道的布置和管架的设置在满足柔性设计要求的同时还要满足防振设计的要求。三、管道支吊架的选用原则三、管道支吊架的选用原则n n1、在布置管道时，在满足工艺要求的前提下，还应该考虑到管道的支承。宜考虑在以下场合设置支吊
3、架：n n（1）靠近设备；n n（2）设在集中荷载附近；n n（3）设在弯管和大直径三通式分管附近；n n（4）宜利用建筑物或构筑物的梁或柱子等设置支吊架的生根部件；n n（5）不妨碍管道与设备的检修。n n2 2、支吊架的结构件应具有足够的强度和、支吊架的结构件应具有足够的强度和刚度，并应尽量简单，除选用标准的支刚度，并应尽量简单，除选用标准的支吊架零部件外，支吊架结构和连接应进吊架零部件外，支吊架结构和连接应进行强度和行强度和/或刚度计算。或刚度计算。n n3 3、支吊架的间距应小于或等于管道的允、支吊架的间距应小于或等于管道的允许跨距。许跨距。n n4 4、当有阀门等集中荷载时，支吊架宜
4、设、当有阀门等集中荷载时，支吊架宜设置在集中荷载处。置在集中荷载处。n n5 5、支吊架宜设置在直管段上，不宜设置、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。在局部应力较高的部位。n n11、当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。可变弹簧支吊架的荷载变化率应小于或等于25。n n12、可变弹簧吊架串联安装时，应选用最大允许荷载相同的弹簧，此时每个弹簧的热位移值应按弹簧的刚度来分配。n n13、管道荷载超过一个可变弹簧支吊架的最大允许荷载时，可选用两个或两个以上可变弹簧并联安装。可变弹簧支吊架并联时，应选用同一型号的弹簧，每个弹簧承受的荷载应按并联弹簧
5、的个数平均分配。n n14、当管道荷载变化率不大于6应选用恒力弹簧支吊架。n n15、当管道支吊点处垂直方向位移较大或有特殊要求的地方，宜选用恒力弹簧支吊架。恒力弹簧支吊架可以并联安装。n n16、选用恒力弹簧支吊架时，其公称位移量应比计算位移量大20。且应大于20mm。计算位移量应考虑由于水平位移引起的吊杆长度的增加。n n17、有隔热层的管道，在管墩或管架处应设置管托。其要求如下：n n（1）当隔热层厚度小于或等于80mm时，宜选用高度为100mm的管托；n n（2）当隔热层厚度大于80mm时，宜选用高度为150mm的管托；n n（3）当隔热层厚度大于130mm时，宜选用高度为200mm的
6、管托；n n（4）保冷管道应选用保冷管托；（5）垂直敷设的带有隔热层的管道，在支架处应设置能保护隔热层的筋板和支耳等结构；（6）水平敷设在支架上带有管托的管道，当管道的位移量大于100mm时，管托应选用加长管托或偏置安装。偏置量和偏置方向应注明。n n18、焊接型的管卡、管吊比卡箍型的管卡和管吊节省材料、制作方便且施工便利，所以除下列情况外，管道支吊架应采用焊接型管吊和管托：n n（1）管内介质温度高于或等于400；n n（2）输送冷冻介质的管道；n n（3）需要进行热处理的管道；n n（4）非金属衬里的管道；n n（5）合金钢、不锈钢管道；n n（6）生产中需要经常拆卸的管道；n n（7）不
7、易直接焊接施工的管道和不宜与管托、管吊直接焊接的管道。n n19、低温介质管道的支架应选用保冷管托管吊并符合以下规定：n n（1）水平管道敷设时，管道的底部或支架的底部应垫置木块或硬质隔热材料块,以免管道中n n（2）垂直管道敷设时，支架若生根在低温设备上,在设备和管道上均应垫置木块或硬质隔热材料。n n20、管道支吊架边缘与管道焊缝的间距不应小于50mm，需要热处理的管道焊缝与支吊架的间距应不小于焊缝宽度的5倍，且不得小于100mm。n n21、输送介质温度等于或高于400的碳钢管道、和合金钢、不锈钢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支吊架。n n2
8、2、安全泄压装置出口的管道宜设置刚性支架。n n23、架设在高空不易焊接的管道、经常拆卸的管道和衬里管道，宜选用卡箍式管托、管吊。n n24、当吊架有水平位移时，拉杆两端应为铰接，拉杆应具有足够的长度。应符合以下要求：n n（1）对刚性拉杆吊架，可活动的拉杆长度不应小于吊点水平位移的20倍，吊杆与垂直线夹角不应大于3；n n（2）对弹性吊架，可活动的拉杆长度不应小于吊点水平位移的15倍，吊杆与垂直线夹角不应大于4；n n25、设计管道支吊架时，应尽可能选用标准管卡、管托和管吊。四、管道支吊架的生根要求四、管道支吊架的生根要求n n1 1、除振动管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物、除振动管道外，
9、应尽可能利用建筑物、构筑物的梁、柱作为支架的生根点，且应考虑生根点所的梁、柱作为支架的生根点，且应考虑生根点所能承受荷载，生根点的面积和形状应能同时满足能承受荷载，生根点的面积和形状应能同时满足生根件的要求。生根件的要求。n n2 2、生根于建筑物、构筑物上的支吊架、其生根点、生根于建筑物、构筑物上的支吊架、其生根点宜设在立柱或者主梁等承重构件上。当在钢结构宜设在立柱或者主梁等承重构件上。当在钢结构上生根时，生根部位应有足够的强度。上生根时，生根部位应有足够的强度。3 3、在衬里、在衬里设备或者管道上的生根件，应在衬里前完成生根设备或者管道上的生根件，应在衬里前完成生根部位的焊接工作工作；部位
10、的焊接工作工作；n n3、在衬里设备或者管道上的生根件，应在衬里前完成生根部位的焊接工作工作；n n4、在需要热处理设备的生根件，应在热处理前完成其焊接工作。n n5、支架生根件焊在钢设备上时，所用垫板应按设备外形成型。对于整体热处理的设备需焊接支架垫板时，应向设备专业提出垫板条件；n n6、在砖混结构上生根，应采用预埋生根件的方式，荷载较大时宜在主梁或立柱上生根；n n7、支承在地面上的支架，当荷载较大时，特别是弯矩较大或存在振动时，应有供其生根的基础，基础一般高出地面100mm以上。n n8、管道的支吊架不得生跟在高温介质管道、低温介质管道和蒸汽管道上。五、管道固定支架的设置五、管道固定支
11、架的设置n n1、当管道支承点处不得有任何位移时，应选用固定支架。确定管道固定点位置时,应有利于管道的自然补偿，且满足管道柔性计算的要求。n n2、当管道介质操作温度等于或大于100和需要进行蒸汽吹扫的进出装置管道，应在装置边界的临近管架上固定，固定点位置应与装置外的管道布置综合考虑。n n3、补偿器应设置在两固定支架(或限位支架)之间。型补偿器距固定支架(或限位支架)的距离不宜小于两固定支架（或限位支架）间距的1/3。n n4、有热伸长管的调节阀组，一段宜设置固定支架。n n5、固定支架应设置在需要承受管道振动、冲击载荷或者需要限制管道多方向位移的地方；n n6、设在管系中部的固定支架承受的
12、水平推力为较大的一侧水平力减去较小一侧水平力的80。n n7、作用于管道中固定点的载荷，应考虑两侧各滑动支架的摩擦反力；六、导向架的设置六、导向架的设置n n1、当管道在支承点处有轴向位移且需限制横向位移时，应设置导向支架。n n2、对于柔性较大、直管段较长的管道，应设置导向支架。n n3、设置导向支架时，应不影响管道的自然补偿。n n4、补偿器两侧宜设导向支架，导向架的设置宜符合下列要求：n n（1）型补偿器两侧的管道，导向支架距型补偿器弯头的距离宜为管道公称直径的3240倍。n n（2）波纹管补偿器应设置在两固定支架(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
13、架的最大距离应符合石油化工管道支吊架设计规范SH/T 3073规定。n n5、沿立式设备敷设的垂直管道，宜设置导向支架。n n6、导向支架不宜设在弯头处和支管连接处。n n7、导向支架的间距，应按管道特性，现场自然条件和应力分析结果确定。8、垂直管道的允许导向支架间距的推荐值 (规范SH/T 3073)管道公称直径DNmm气体管间距m液体管间距m不隔热隔热不隔热隔热254.33.44.03.4405.24.04.63.7505.84.64.94.3807.06.16.15.51007.97.06.76.11509.88.87.97.320011.310.18.88.225012.511.69.
14、89.430013.712.310.410.135014.613.410.710.440015.514.311.311.045016.515.211.611.650017.416.212.512.260019.218.013.413.49、水平管道的允许导向支架间距推荐值 (规范SH/T 3073)管道公称直径DNmm允许导向支架间距推荐值mm管道公称直径DNmm允许导向支架间距推荐值mm2512.730030.54013.735033.55015.240036.68018.345038.110019.850041.415022.955042.720024.460045.725027.4七、泵
15、进出口管道的支吊架设置七、泵进出口管道的支吊架设置n n1、支吊架位置应靠近泵进出口处。n n2、泵的水平吸入管段宜布置可调支吊架或弹簧支吊架。n n3、往复泵进出口管道应选用合适的支吊架型式和合理的跨距，第一个支架不应采用吊架。n n4、泵出口管嘴向上时，在距最近的拐弯处，于泵基础以外的位置设置支架；也可以在泵管口上方的拐弯处设置吊架。n n5、对于大型机泵的的高温进出口管道，为减轻泵管口受力而设置的支架应尽量使约束点和泵管口之间的相对热伸缩量最小。n n6、泵附属小管道应尽量成组布置，以便安装支架。n n7、未经泵制造厂许可，不得在泵底座上安装支架。八、压缩机进出口管道支架设计八、压缩机进
16、出口管道支架设计n n1、往复式压缩机的管道支架，宜设在靠近集中荷载（如切断阀、安全阀、法兰等）、管道拐弯处、分支以及标高有变化处。n n2、往复式压缩机进出口管道支架的型式和位置宜符合以下要求：n n（1）采用卡箍型支架；n n（2）支架间距宜通过计算确定，管道支架位置和型式应满足管道柔性计算和振动分析的要求；n n（3）第一个支架应靠近压缩机，但不得设置在机壳或底座上；n n（4）宜设置限位支架，并控制管道位移方向和承受管道热膨胀时对压缩机管口的推力或力矩；n n（5）往复式压缩机进出口管道上的支架宜与建、构筑物基础脱开，且不宜在楼板和平台上生根；n n（6）往复式压缩机进出口管道支架的高
17、度应尽可能低，以便于管道的支承。n n3、当离心式压缩机进出口均向下时，靠近管口的进出口管道上宜设置弹簧支吊架。n n4、大、中型压缩机进出口管道支架的基础应与厂房的基础分开。九、振动管道支架设计时应注意的九、振动管道支架设计时应注意的问题问题n n1、宜采用卡箍型的支架，管道上不得支承其他管道；n n2、支架间距应经过振动分析后确定；n n3、宜设置独立基础，尽量避免生根在厂房的梁柱上；n n4、当管内介质温度较高，产生热胀时，应满足柔性分析要求；n n5、支架应尽量沿地面设置。十、弹簧支吊架在施工安装中应注十、弹簧支吊架在施工安装中应注意的问题意的问题n n1 1、弹簧支吊架的施工和安装应
18、与设计要求一致、弹簧支吊架的施工和安装应与设计要求一致n n2 2、一般情况下，弹簧定位装置在安装过程中应保、一般情况下，弹簧定位装置在安装过程中应保持不动，直到整个管系安装完毕且试压完成后将持不动，直到整个管系安装完毕且试压完成后将定位装置取出，使弹簧正常工作定位装置取出，使弹簧正常工作n n3 3、对于转动机器，在管道安装过程中，允许将机、对于转动机器，在管道安装过程中，允许将机器管口附近几组弹簧定位装置取消，并对弹簧荷器管口附近几组弹簧定位装置取消，并对弹簧荷载进行调解，以满足机器管口的零应力要求载进行调解，以满足机器管口的零应力要求十一、沿塔垂直敷设的管道支架十一、沿塔垂直敷设的管道支
19、架n n1、沿塔或沿直立设备布置的垂直管道应设置承重支架和导向架。承重支架应设置在靠近设备管口处，若垂直管道荷载较大，为降低最顶部承重支架生根点塔体的局部应力，可在垂直管道中间设弹簧吊架分担垂直荷载。n n2、附塔管道应由配管工程师和应力分析师共同确定承重支架和导向支架的位置，并向设备专业和土建专业提出荷载条件。n n3、沿塔敷设的两根或多根管道的承重支架，管径较大时，其位置应错开。在确定承重支架的位置时，应确保作用在管口上的荷载最小。十二、管道跨距的确定十二、管道跨距的确定n n1、连续水平敷设的管道，其基本跨度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。n n2
20、、水平管道的弯管部分，其两支架间的管道展开长度，应为水平直管跨距的0.60.7倍；水平管末端直管的允许跨距，应为水平直管跨距的0.70.8倍。n n 其计算公式见规范SH/T 3073石油化工管道支吊架设计规范十三、管道支吊架材料的选用十三、管道支吊架材料的选用n n1 1、管道支吊架材料的选用应符合、管道支吊架材料的选用应符合SH/T 3073SH/T 3073石石油化工管道支吊架设计规范油化工管道支吊架设计规范的规定。材料应有的规定。材料应有产品质量证明文件。产品质量证明文件。n n2 2、选择管道支吊架用的材料应考虑支吊架零部件、选择管道支吊架用的材料应考虑支吊架零部件的使用条件、材料的
21、工艺性能以及经济合理性。的使用条件、材料的工艺性能以及经济合理性。n n3 3、与管道直接接触的支吊架部件的材料应按管道、与管道直接接触的支吊架部件的材料应按管道设计温度选用。与管道直接焊接的零部件材料宜设计温度选用。与管道直接焊接的零部件材料宜与管道材料相同或相容。与管道材料相同或相容。n n4 4、钢材的使用温度上限为钢材许用应力表中各钢、钢材的使用温度上限为钢材许用应力表中各钢号所对应的上限温度。碳素钢和碳锰钢在高于号所对应的上限温度。碳素钢和碳锰钢在高于425425温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的温度下长期使用时，应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石墨化倾
22、向。奥氏体不锈钢的使用温度高于525525时，钢中含碳量应不小于时，钢中含碳量应不小于0.040.04。n n、钢材的使用温度下限，除奥氏体不锈钢外，、钢材的使用温度下限，除奥氏体不锈钢外，均高于均高于2020。当钢材的使用温度等于或低于。当钢材的使用温度等于或低于2020时，应考虑刚才冲击韧性降低的问题。时，应考虑刚才冲击韧性降低的问题。n n6 6、用于承受动载荷的支吊架零部件不得采用沸腾、用于承受动载荷的支吊架零部件不得采用沸腾钢，不得采用没有抗冲击功能的钢材。钢，不得采用没有抗冲击功能的钢材。n n7、非金属材料的型号和类型较多，其性能差别较大，在选用时应充分考虑下列因素：n n（1）发生火灾时的破坏情况；n n（2）温度升高对材料强度的减弱情况；n n（3）长时间使用时性能变化情况；n n（4）毒性作用。