化工管道支吊架设计要点分析

张海荣

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摘要：在化工生产规模逐步扩大的背景下，化工管道系统的复杂程度也在随之而提高，对于管道支吊架的设计要求也提出了更高的要求，需要遵循相应的力学以及材料学原则，在落实安全要求的同时，也能够满足经济性等方面的要求，以此来制定出合理可行的管道支吊架设计方案，减少振动以及磨损的问题，尽可能延长管道使用寿命。本文将对化工管道的支吊架设计要点进行分析，以供参考。

关键词：化工管道；支吊架；设计

引言：化工管道系统是化工生产过程中必不可少的重要组成部分，其核心作用就在于各种化工原辅料以及产品的传输，可以说，其运行稳定对于整个化工生产效率以及安全而言都具有至关重要的意义。而支吊架则需要承担管道自身及其内流体之间的重量，并且还应当应对流体流动、温度变化等各种情况所产生的应力，需要通过合理设计，以保障刚度以及强度等各方面性能的要求，并减小管道对化工装置的附加荷载大小。

一、化工管道支吊架的重要意义

化工管道支吊架是化工管道系统的关键组成部分，主要发挥着支撑管道、平衡作用力、限制位移和吸收震动等多方面的作用，能够有效地改善管道的应力分布情况，确保管道系统的安全运行，并延长其使用寿命。具体来说，其重要意义主要可以从以下几个方面进行分析：

首先，支吊架能够支撑住管道的重量，可以避免管道因为自身重量或者其他原因而产生的变形、破裂等问题，最大程度地保障管道系统的正常运行状态；其次，支吊架也具备平衡以及限制位移的功能，可以阻挡外力的影响，保障管道在受到外力作用的情况下仍旧维持正常稳定的运行状态，防止管道发生位移或振动，从而避免管道破裂或泄漏等事故的发生；此外，为了能够进一步确保管道的运行问题，让其能够适应温度变化、外力作用等原因而产生的位移，则可以基于实际情况，采用可变弹簧支吊架、限制性支吊架等特殊类型支架，以保障管道系统的安全性能。

二、化工管道支吊架基础理论与设计原则

（一）基础理论

首先是力学原理，主要分析在自重、流体重力、热膨胀、风荷载、地震荷载等各种荷载作用之下支吊架以及管道的应力应变以及位移变形等情况，需要确保其能够在各种工况下满足规范要求，因此在设计过程中需要基于力学原理来计算出刚度、稳定性、强度等方面的性能参数，以保障管道支吊架设计能够满足使用要求。

其次是材料科学，一般来说，在设计过程中需要基于具体要求来选择相应材料，以保障管道支吊架的各方面性能要求得以有效满足，一般来说，材料的强度性能应当符合支吊架的承载力要求，确保其能够承受各种工况下的应力变化。而为了能够避免支吊架在振动或者被冲击时受到损伤，可选择韧性较强的材料。此外，由于化工生产环境条件较为恶劣，因此还应当具备耐腐蚀、耐高温的性能，以保障支吊架的使用寿命。

（二）设计原则

首先，支吊架的核心作用就是保障化工管道的运行稳定与安全，因此才设计过程中应当遵循安全性原则，充分考虑各种荷载对支吊架产生的影响，同时也需要考虑到化工生产条件，全面落实相关安全规范标准，以最大程度地避免安全事故的发生。

其次，针对于支吊架的结构与材料选择，也应当基于经济性原则来进行优化处理，在保障其设计成效的同时，尽可能减少材料使用量，压低制造与安装成本。并且还应当考虑到支吊架在后续使用过程中产生的维检成本，以保障支吊架的整体经济性。

最后，针对于技术方面，在进行支吊架设计的过程中也应当基于现有的技术设备条件来进行操作，并尽可能为后续的使用与维护带来便利，以确保设计方案的可行性。因此设计人员应当基于现场实际情况来进行合理设计，并具备一定的设计工作经验，进而为设计方案的实施效果带来保障。

三、化工管道支吊架设计的相关要点

（一）确定管架跨距

管架跨距的计算需要根据管道材料选择、直径大小、温度、压力等各方面参数来进行操作，需要严格遵循相关设计规范，并基于各种工况下的应力变形情况，务必要保障化工管道能够在支吊架的承托之下维持稳定安全的运行状态。一般来说，化工管道管架的最大跨距可以参考相关设计手册，结合相关设计标准来进行调整，以避免因为管道过度弯曲或者变形而造成的疲劳破裂问题。

针对于水平管道，则应当对导向架间距大小进行合理管控，以此来保障管道的平衡稳定性。如果间距距离过大，则很有可能会在内压以及重力的影响下出现过大的挠度，进而威胁管道的使用安全与寿命；而如果间距过小，为保障管道平衡则需要增加导向架的数量，这势必会增加设计成本，难以保障设计方案的可行性。

而对于垂直管道的管架间距来说，由于其自重以及流体方向主要沿着管道轴线的方向进行作用，因此其管架间距可以比水平管道大一点，但是过大的间距可能会使得管道在面对外部应力时产生较大的挠度，因此也应当基于相应设计规范来进行控制。

（二）确定管架荷载

管道管架上的荷载主要可以分为动荷载以及静荷载这两种类型。动荷载主要包括地震、风压、安全阀排气管道反作用力、调节阀推力、流体脉动、机械振动、水击等各种因素而产生的荷载力，针对于动荷载的计算，通常会根据管道内部流动、设备运转、外界环境、应急情况等多方面情况，并基于相关理论，结合实际工况来进行评估。而静荷载计算则主要为管道自重、内流体重力以及管道附加设备以及构件的重力，在计算静荷载时应当考虑到管道的材料、直径、长度、壁厚等情况，并结合管道内流体来进行分析。

（三）管道选用设置

一般来说，基于功能以及结构特点的不同，化工管道的支吊架可以分为固定支架、滑动支架、导向支架、限位支架、弹簧支架等类型，需要根据设计标准以及现场情况来进行合理选用。固定支架主要用于管道位置以及方向的固定，需要承受管道自身的重力，并且也应当承受内部压力以及温度变化而引起的膨胀力；滑动支架则适用于承受管道的垂直荷载，并且也能够在管道水平方向进行自由滑动；导向支架的作用是控制管道在某一个方向的位移情况；限位支架则用于管道侧向以及轴向的位移情况，通常设置在管道转角处或者弯头区域；弹簧支架的功能则主要用于承受变动荷载，可以结合实际情况来进行高度的自动调整，从而有效使用管道的热膨胀情况。

（四）架体结构设计

针对于化工管道支吊架设计中的结构强度计算，为保障其稳定性，则应当根据静态与动态荷载，以及外界环境因素作用下而产生的附加荷载来进行计算，即使在恶劣的工况条件下也务必要保障支吊架的功能运行与结构完整。同时还应当根据设计规范标准来进行结构强度的计算，对支吊架的连接部位以及杆件等各个部分来进行分析，以满足结构安全以及运行效率等相关要求。此外，在材料选择方面，也应当根据化工管道的工作环境条件以及荷载情况来进行针对性的选用，并考虑支吊架的使用与维护等方面的要求，一般来说，在支吊架设计中常用的材料主要为不锈钢、钢材、铸铁等材料，必要情况下也可采用复合材料。

（五）环境影响因素

由于化工生产流程较为复杂，可能会出现温度变化的情况，这就可能会引发管道材料的线性收缩或者膨胀的情况，导致管道以及支吊架的应力以及位移出现相应的变化。并且，温度变化对支吊架的影响较为多变，可能具有一定的周期性特征，也可能是长期的，因此支吊架设计应当充分考虑温度变化情况，结合现场环境条件来采取针对性的管控措施，可设置相应的补偿器来对管道膨胀以及收缩情况进行管控。同时，化工管道也可能会在腐蚀性化学品以及外界环境的影响而发生腐蚀问题，因此支吊架材料应当具备一定的耐腐蚀性，针对于恶劣的腐蚀条件可以使用阴极保护、防腐涂层等防腐措施，以进一步提升保护效果，延长管道的使用寿命。

（六）遵循规范标准

在进行化工管道支吊架设计的过程中，设计人员应当遵循《石油化工管道支吊架设计规范》、《恒力弹簧支吊架》、《可变弹簧支吊架》、《化工管路设计手册》等一系列规范标准，以此来作为化工管道支吊架设计的指导，确保设计方案的合理性，同时也能够为支吊架的后续使用带来有效保障，确保管架能够在长期使用的条件下，仍旧维持结构稳定安全。

（七）其他注意事项

其一，支吊架设计方案应当满足管道的使用条件要求，需要设计师能够对流体种类、温度、压力等各方面因素，并分析其对支吊架设计的影响，避免出现设计方案过于理想化，保障支吊架设计的实用性能；其二，针对于支吊架的类型选择，也应当根据物料、温度等多方面情况以及相关设计规范要求来进行选用，并相应的位置上进行设置。而对于温度较高的管道管家，例如蒸汽、导热油等情况，还需要进行应力设计，对管家位置及其形式进行检查，确保其能够适用于管道使用标准；最后，在支吊架设计的过程中也应当对温度、湿度、风速等各方面环境条件来进行分析，对支吊架的性能以及使用寿命来进行预测，并将其考虑到设计方案之中，确保其能够适应实际环境条件。

四、典型的管家设计分析

（一）塔类管道管架设计

这一类型的支吊架设计需要考虑到管道高度以及空间布局情况，一般来说，由于塔内流体的温度以及压力变化较为明显，因此其管道也会因此而出现较为明显的热膨胀现象，这就需要保障支吊架能够具备一定的位移能力。并且，塔类管道也应当具备相应的强度与刚度性能，能够有效面对各方面的荷载应力。此外，从塔顶或者塔侧出口的管道，则需要在靠近设备的接管口区域设置管架，并将其作为固定承重架，并在承重架下面设置导向架，以保障结构稳定。

（二）往复机泵管道管架设计

一般来说，往复机泵的进出口管道会出现明显的振动问题，会导致管道的动荷载增加，严重情况下还会造成疲劳破裂的问题，因此其支吊架设计通常会采用阻尼器、弹簧架等设施，对管道的振动情况进行有效管控。同时，为了能够避免管道振动传递到建筑物或者设备中，也应当避免将管架设置在楼面、梁、墙面以及相关设备之上，而是应当将管道固定在地面基础上的型钢架上，并确保地面基础的独立性。

（三）安全阀管道管架设计

安全阀管道的支吊架设计应当保障管道内部压力在超出设定值的情况下，立即打开安全阀来释放压力。而如果由于某些原因，导致压力值突变，支吊架也应当发挥出支撑作用，因此其也需要具备一定的强度与刚度。在开启安全阀的情况下，由于压力的快速释放，会产生较大的反冲力，产生动载荷，因此也应当确保支吊架设计具备抗动载的性能，并在其出口的水平管道中设置滑动架或者固定架，在立管上设置导向架，以此来发挥出有效的承重效果。

（四）热力管道方形补偿器管架设计

由于热力管道的工作温度较高，势必会产生热泵账问题，因此可在其支吊架设计中采用方形补偿器，一般会将其设置在固定架之间，并在方形补偿器上设置滑动架，以满足膨胀位移的相关要求，适应管道的膨胀收缩情况。

五、结语

综上所述，化工管道支吊架应当基于力学理论以及材料科学来进行合理设计，并遵循安全性、经济性、可行性等相关设计原则，合理选用架体结构设计，计算管架跨距、荷载等相关参数，并兼顾环境因素影响，严格遵循相关设计规范标准，以保障设计方案的整体效果。而在当前化工生产行业不断发展的背景下，化工管道支吊架的设计应当积极使用先进技术手段，不断完善设计，进而保障化工生产效益，为行业发展带来安全保障。

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