浅谈厂内管道支吊架的设置

浅谈厂内管道支吊架的设计杨林设计一室南京苏夏工程设计有限公司摘要：近年来300MW及以上纯凝机组通过大机组改造，由纯凝机组改造为供热机组。目前300MW纯凝机组为大机组改造的主流机组，在300MW纯凝机组改造过程中不可避免的遇到厂内管道支吊架的设置及选择，在此本文就管道支吊架的设计做简要介绍。关键字：管道支吊架、刚性吊架、可变弹簧支吊架近年来随着国家节能减排政策的推进，国内小机组逐渐关停，为了完成节能减排任务，300MW纯凝机组关停趋势逐渐明朗，且由于现在市场煤价维持在较高水平，300MW纯凝机组发电亏损较大，为了扭转300MW纯凝机组发电亏损及关停局面，越来越多的300MW纯凝机组通过供热改造，由纯凝机组转变为供热机组，获得生存及扭亏为盈，在300MW纯凝机组改造过程中不可避免的遇到厂内管道支吊架的设置及选择。厂内管道支吊架是厂内管道系统设计中的一个重要组成部分，它在厂内管道系统中起着承受荷载、限制位移和控制振动等作用。因此在厂内管道设计时，合理布置和正确选择合适的支吊架，能改善管道的应力分布，确保管道安全运行，并延长管道的使用寿命，对管系的安全平稳运行起着决定性的作用。厂内管道支吊架之间的跨距设置，根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》规定，按照刚度条件，均布荷载水平直管道的支吊架允许最大间距用下式计算：4max2118.0qIELt(7-1)式中maxL——支吊架的最大允许间距，m；tE——钢材在设计温度下的弹性模数，kN/mm2；I——管子截面惯性矩，cm4；q——管道单位长度自重，kN/m。按照强度条件，均布荷载水平直管道的最大支吊架间距按下式计算：qWL4336.0max(7-2)式中W——管子截面抗弯矩，cm3。厂内管道支吊架之间的最大跨距按以上跨距计算中最小值选择，并且水平90°弯管两端支吊架间的管道展开长度，不应大于水平直管道上允许支吊架的最大跨距的0.73倍。在管道最大跨距确定后，在厂内管道支吊架设置时，要结合厂内梁、柱合理布置管道支吊架。管道支吊架的根部主要生根于厂内梁、柱上。管道支架一般从厂内已有构造柱挑出三角架、悬臂梁或者直接放在已有梁上，管道吊架根部生根于厂内已建梁、柱上或者通过利用已建梁、柱建设简支梁已达到吊架生根于简支梁上的目的，根据所从事过的设计工作，管道支吊架部分根部设计形式参考《水利水电部华东电力设计院管道支吊架手册》。管道支吊架中常用的吊架为刚性吊架和可变弹簧吊架。管道支吊架中管夹根据管道设计温度、管径、管道竖向载荷及支吊形式选用。管道支吊架的中间连接件为吊杆、花兰螺丝、弹簧等，管道支吊架的附件为六角扁螺母、六角螺母、球锥垫圈、吊环螺母、单眼吊板等，以上管道支吊架中间连接件及附件根据管道应力分析参考管道竖向载荷选择合适的管道支吊架中间连接件。以上管道支吊架的管夹、中间连接件、附件具体结构形式及型号均参考《水利水电部华东电力设计院管道支吊架手册》。管道支吊架根据吊杆的形式，常用的有单拉杆管道支吊架和双拉杆管道支吊架。具体选择形式根据管道支吊架根部形式和管道支吊点位置进行选择，对于水平管道一般采用单拉杆，在根部无法实现单拉杆形式时，采用双拉杆形式，管道放在支吊架的横担上，拉杆设在横担两侧；对于竖直管道一般采用双拉杆形式。管道支吊架的拉杆直径根据管道应力分析得到的竖向载荷值后，参考《水利水电部华东电力设计院管道支吊架手册》上不同直径拉杆所能承受的竖向载荷值选择相应的拉杆直径。对于双拉杆由于竖向载荷分布在两根拉杆上，理论上竖向载荷均匀分布在两根拉杆上，但考虑到管道运行时，管道支吊架拉杆的偏斜，管道支吊架拉杆存在失稳的情况，竖向载荷全部集中在一根拉杆上，因此在采用双拉杆刚性吊架时，两根拉杆直径按竖向载荷全部集中在一根拉杆上时选择其拉杆直径。在任何工况下管道吊架拉杆可活动部分与垂线的夹角，刚性吊架不得大于3°,弹性吊架不得大于4°，当上述要求不能满足时，应偏装或装设滚动装置。根部相对管部在水平面内的计算偏装值为：冷位移(矢量)+1/2热位移(矢量)。厂内管道敷设时不可避免有些管道支吊点存在一定的竖向位移，在此情况下就需设置可变弹簧支吊架。根据弹簧的连接形式弹簧可分为中间连接吊架弹簧、上下连接吊架弹簧、支架弹簧。选择弹簧时应遵循下列原则：1、弹簧载荷变化率不应超过工作载荷的35%，对于主要管道载荷变化率不应超过25%，超过载荷变化率25%时，可以考虑采用恒力架；2、弹簧的安装载荷或工作载荷不应大于弹簧的最大允许载荷，并且弹簧的变形量应在实验载荷（为测定弹簧特性，弹簧允许承受的最大载荷）下变形量的30~70%范围内选择；3、弹簧串联安装时，应选用最大允许载荷相同的弹簧，此时热位移值应按弹簧的最大允许载荷下的变形量比例分配，并联安装时，应选用相同的型号，其载荷由两侧弹簧平均承受。弹簧的具体选择简要介绍如下：通过管系的应力分析，得到工作状态下弹簧的工作载荷和管道支吊点位移量（即为弹簧从安装状态到工作状态的变形量），由工作载荷查对应弹簧的最大允许载荷和最小允许载荷，选择合适的弹簧；弹簧选定后可以确定弹簧的安装载荷，管道位移向上时，安装载荷=工作载荷+位移量×弹簧刚度，管道位移向下时，安装载荷=工作载荷-位移量×弹簧刚度，求得安装载荷后在复合弹簧载荷变化率，确定弹簧选择是否合适。载荷变化率公式如下：载荷变化率=工作载荷安装载荷工作载荷×100%≤25%弹簧选择时，在弹簧特性能承受安装荷载和工作荷载，而且荷载变化率不超过规定值的前提下，力求选用较小规格的弹簧。当所选用的弹簧其载荷变化率大于25%时，应减小弹簧刚度，另选位移范围大一级的弹簧。在工作载荷和安装载荷确定下来后，查相对应的弹簧负荷表，得到弹簧的相对位移量及弹簧变形量，求得弹簧的安装高度及工作高度。在管系中弹簧可以吸收竖向位移和改善管系应力水平，但不建议在管系中过多设置弹簧，避免影响管系的稳定性。在大机组改造越来越多的今天，我们厂内布管不可避免的要运用到管道支吊架，以上内容仅为对工程实践中运用到管道支吊架的简单经验总结，希望能为管道支吊架的设计起到一定的参考意义，由于本人工作经验及技术的不成熟，本文中存在的问题希望读者给予指正，获得共同提高。参考文献：1、《水利水电部华东电力设计院管道支吊架手册》（Y83-J01）2、《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-19963、《管道支吊架》GB/T17116-19974、《动力管道设计手册》