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【摘 要】本文从管道支吊架的类型及作用出发，分析了化工管道支吊架的设置与位置确定，针对化工管道支吊架的设计优化要点进行详细探究。
【关键词】化工管道；支吊架；设计
引言
化工管道承担有输送有毒性有腐蚀性或者高温高压物质的重任，支吊架设计得当可以起到支撑管道、提高安全经济性的作用。不同性能不同形式的支吊架在确保关系、相连设备安全度等方面发挥的作用也有所不同。支吊架设计和优化要考虑众多因素，既要考虑到管道强度和刚度的需要，也要考量如何有效地降低管道对设备的附加载荷，从而有效避免或者降低管道位移导致的化工事故的发生，起到保护设备保护生产的根本目的。
一、管道支吊架的类型及作用
管道支吊架的类型按承载形式分为支架和吊架两种；按作用形式可以分为三大类：承重架、限制性支架和减振架（见表1）。
表1管道支吊架的分类与用途
承重架用于支撑管道自重及其它持续荷载，防止管道因自重及其它持续荷载（如介质重、隔热材料重、风荷载、雪荷载等）而导致的管道强度或刚度超出允许范围，可分为滑动架、杆式吊架、恒力架和滚动支架。
限制性支架用于限制和约束因热膨胀而引起的管系位移。在管系中适当位置设置限制性支架，可控制支撑点的位移或某些方向的位移，使管系的变形或位移朝着有利于保护设备或有利于热补偿的方向进行。限制性支架可分为导向架、限位架和固定架。
减振架是特殊的管道支吊架，用于限制或减小除重力、热膨胀作用力外，由物料冲击、机械振动、风荷载、地震荷载、水击、安全阀排出反力等其他外力作用引起的管道振动，分为减振器和阻尼器。
管道设计人员进行管道布置时经常要考虑的是一次应力问题，这个阶段主要考虑的支架有滑动架、导向架、固定架和限位架，其他几种类型的支架如弹簧架、减振架，主要在管道应力分析时考虑，以下主要对这四种常规支架的作用及设置进行介绍。
1、滑动架
滑动架是在支承点的下方支承的托架，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。滑动架是管道设计人员在没有提交应力管系分析前最常用的支架。非应力管线除特殊的情况外都可以选用滑动架进行支撑。常用的滑动架型式有平（弯）管支托、假管支托、悬臂支架、临管支架等。
2、导向架
导向架用于引导管道位移方向、使管道能沿轴向位移而不能横向位移。当用于水平管道时，导向架同时又能起承重的作用。常用的导向架型式有管托型、光管型、管卡型导向架等。导向架一般设置在应力管线上，由应力专业对管系进行应力分析后给出。但在常规的管道设计中，通常在以下几个地方应考虑设置导向架：
2.1 在长距离输送物料的管廊上，如果没有设置Π型补偿器，在设置两个滑动架后应该设置一个导向架，来限制其横向位移；
2.2 管廊上管道方向发生改变后应在相应的位置上设置导向架；
2.3 从塔顶往下输送的物料管线，第一个支架（通常为承重架）后应在立管上设置导向架。支架为四个方向的导向架，防止管道因风荷载等产生横向位移；
2.4 调节阀出口的第一个支架应设置为导向架。
3、固定架
固定架可限制支承点三个轴线的线位移和角位移，用于管道上不允许有任何位移的地方。固定架为保护性支架，一般同时又能起承重作用，在很多情况下管道都设置固定架，目的是為了保护管道，避免管道发生破裂、振动等情况。通常下列几种情况应考虑设置固定架：
3.1 在长距离输送的管廊上，对于设置Π型补偿器的管系，两个Π型补偿器之间应设置一个固定架。目的是使两个固定架之间的管道应力能够全部由Π型补偿器吸收；
3.2 从塔顶往下输送物料的管线，其第一个支架应设置为固定架（承重架），以减少塔管口的受力。支架通常设置在封头焊缝下方大于500mm的地方。当管道重量过大，一个支架承重有困难时，可增设弹簧架；
3.3 有热膨胀管道上安装的调节阀前应设置一个固定架，目的是防止调节阀因前后压力、温度等不同而产生振动，保护调节阀不受损坏；
3.4 安全阀出口的水平管线靠近出口处应设置一个固定架，防止因安全阀起跳而产生的管道振动，起到保护管线的作用[1]。
4、限位架
限位架用于限制管道一个或几个方向的线位移，导向架可以看作限位架的一种特定形式。以下几个地方可考虑设置限位架：
4.1 补偿器的两端，装置边界线的管道固定点等场合，可用限位支架代替固定支架；
4.2 在热态情况下，当管系的热膨胀方向朝向设备管口时，可在适当的位置设置逆热膨胀方向的止推支架；
4.3 刚度较大的管道对设备、设备基础等产生较大推力时，可在适当的位置设置止推支架。
二、化工管道支吊架的设置与位置确定
1、承重架间距应不大于管架的最大允许跨距。有压力脉动的管道，应按所要求的管道固有频率来决定管架的间距，避免发生共振；
2、尽量利用已有的结构构件来支撑管道，如建构筑物的梁、柱等承重构件。对于混凝土结构，应向土建专业提出设置管架所要求的管墩、预埋件等条件；对于生根在结构上的荷载较大的管道支吊架（通常指荷载≥10kN），应在管架位置确定后，向土建专业提出荷载条件；
3、需要进行应力分析的管道，支架位置应根据分析结果确定，并考虑支撑的可能性；
4、在垂直管段弯头附近或垂直段重心以上设承重架的，若垂直段较长，可在其下部增加导向架；
5、在集中荷载较大的管道组成件附近设承重架；
6、管架应尽量靠近设备管口，以减少管口的受力，这样管口不会产生较大的热膨胀弯矩。当支吊架生根件焊在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所用垫板的条件； 7、管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；
8、考虑管架位置的同时也要为操作、检修留出足够的空间[2]。
三、化工管道支吊架的设计优化要点
1、化工管道支吊架选用时要考虑经济性稳定性等因素，尽量选用通用的普通的支吊架，这种支吊架刚性好耐用性强，相比之下弹簧支吊架造价高，长期工作下稳定性不高，容易出现管系各地位移方向失控的现象。
2、充分考虑工作环境的前提下选用管道支吊架材料，尽量避免支吊架材料在特定工作环境下的机械性能不足问题。与管道组成件接触的支吊架材料应按管道的设计温度选用。直接與管道焊接的支吊架部件材料应与管道组成件材料具有相容性。材料的许用剪应力宜为设计温度下材料许用应力0.6倍；拉杆材料的抗拉许用应力应比该材料的许用应力降低不小于25%。
3、充分考虑管道水平位移对支吊架性能的影响。一般来说，刚性拉杆吊架可活动的拉杆长度不小于水平位移的20倍，且吊杆垂直夹角不大于3度；弹性吊架可活动的拉杆长度不小于水平位移的15倍，且吊杆垂直夹角不大于4度；滑动支架还应注意防止位移过大出现滑动支架脱空现象发生。当管道水平位移影响较大时，支吊架就应该偏装[3]。
4、充分考虑支吊架自重、管道布置和管道柔性计算的具体要求来选型管道支吊架。一般来说，支吊架的管部自重比例大约在百分之一到百分之三之间，弹簧支吊架组件自重比例大约在百分之二到百分之二十之间，恒力支吊架组件自重比例大约在百分之六到百分之三十五之间，根部辅助钢结构自重比例大约在百分之三到百分之四十之间。在计算时，要注意不能采用某一个固定的比值进行估算，而是要根据每个支吊架中的每个部件的实际情况进行计算。
恒力弹簧支吊架应注意位移值的选用，考虑到计算热位移与实际热位移之问会有偏差，在确定吊架规格时选用的位移量应留有一定的裕度，选用位移量一般为计算位移值的1.2倍，且裕度不小于20mm；可变弹簧吊架其载荷变化率应不大于25%，考虑到选用的经济性，当热位移向上工作时，载荷应在中线以上选择，当热位移向下工作时，载荷应在中线以下选择。
结束语
在化工装置的管道设计过程中，支吊架的设计与管道设计密不可分。管道应力的大小是衡量管系能否安全运行的标准之一，应力如果过大，管系可能就会遭到破坏，而管道支吊架的正确设计与选用，其目的就是为了降低管道的应力，使之在允许范围之内。因此，正确合理的支吊架设计是化工装置安全稳定运行的重要保障。
参考文献：
[1]吴海涛.石油化工管道支吊架的设置及选用[J].中华民居（下旬刊），2014（10）：192.
[2]李宁.基于管道支吊架问题的检验及调整分析[J].科技风，2013（08）：8.
[3]李波.浅谈石油化工装置管道支吊架的设计[J].化工管理，2013（10）：247.
【关键词】化工管道；支吊架；设计
引言
化工管道承担有输送有毒性有腐蚀性或者高温高压物质的重任，支吊架设计得当可以起到支撑管道、提高安全经济性的作用。不同性能不同形式的支吊架在确保关系、相连设备安全度等方面发挥的作用也有所不同。支吊架设计和优化要考虑众多因素，既要考虑到管道强度和刚度的需要，也要考量如何有效地降低管道对设备的附加载荷，从而有效避免或者降低管道位移导致的化工事故的发生，起到保护设备保护生产的根本目的。
一、管道支吊架的类型及作用
管道支吊架的类型按承载形式分为支架和吊架两种；按作用形式可以分为三大类：承重架、限制性支架和减振架（见表1）。
表1管道支吊架的分类与用途
承重架用于支撑管道自重及其它持续荷载，防止管道因自重及其它持续荷载（如介质重、隔热材料重、风荷载、雪荷载等）而导致的管道强度或刚度超出允许范围，可分为滑动架、杆式吊架、恒力架和滚动支架。
限制性支架用于限制和约束因热膨胀而引起的管系位移。在管系中适当位置设置限制性支架，可控制支撑点的位移或某些方向的位移，使管系的变形或位移朝着有利于保护设备或有利于热补偿的方向进行。限制性支架可分为导向架、限位架和固定架。
减振架是特殊的管道支吊架，用于限制或减小除重力、热膨胀作用力外，由物料冲击、机械振动、风荷载、地震荷载、水击、安全阀排出反力等其他外力作用引起的管道振动，分为减振器和阻尼器。
管道设计人员进行管道布置时经常要考虑的是一次应力问题，这个阶段主要考虑的支架有滑动架、导向架、固定架和限位架，其他几种类型的支架如弹簧架、减振架，主要在管道应力分析时考虑，以下主要对这四种常规支架的作用及设置进行介绍。
1、滑动架
滑动架是在支承点的下方支承的托架，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。滑动架是管道设计人员在没有提交应力管系分析前最常用的支架。非应力管线除特殊的情况外都可以选用滑动架进行支撑。常用的滑动架型式有平（弯）管支托、假管支托、悬臂支架、临管支架等。
2、导向架
导向架用于引导管道位移方向、使管道能沿轴向位移而不能横向位移。当用于水平管道时，导向架同时又能起承重的作用。常用的导向架型式有管托型、光管型、管卡型导向架等。导向架一般设置在应力管线上，由应力专业对管系进行应力分析后给出。但在常规的管道设计中，通常在以下几个地方应考虑设置导向架：
2.1 在长距离输送物料的管廊上，如果没有设置Π型补偿器，在设置两个滑动架后应该设置一个导向架，来限制其横向位移；
2.2 管廊上管道方向发生改变后应在相应的位置上设置导向架；
2.3 从塔顶往下输送的物料管线，第一个支架（通常为承重架）后应在立管上设置导向架。支架为四个方向的导向架，防止管道因风荷载等产生横向位移；
2.4 调节阀出口的第一个支架应设置为导向架。
3、固定架
固定架可限制支承点三个轴线的线位移和角位移，用于管道上不允许有任何位移的地方。固定架为保护性支架，一般同时又能起承重作用，在很多情况下管道都设置固定架，目的是為了保护管道，避免管道发生破裂、振动等情况。通常下列几种情况应考虑设置固定架：
3.1 在长距离输送的管廊上，对于设置Π型补偿器的管系，两个Π型补偿器之间应设置一个固定架。目的是使两个固定架之间的管道应力能够全部由Π型补偿器吸收；
3.2 从塔顶往下输送物料的管线，其第一个支架应设置为固定架（承重架），以减少塔管口的受力。支架通常设置在封头焊缝下方大于500mm的地方。当管道重量过大，一个支架承重有困难时，可增设弹簧架；
3.3 有热膨胀管道上安装的调节阀前应设置一个固定架，目的是防止调节阀因前后压力、温度等不同而产生振动，保护调节阀不受损坏；
3.4 安全阀出口的水平管线靠近出口处应设置一个固定架，防止因安全阀起跳而产生的管道振动，起到保护管线的作用[1]。
4、限位架
限位架用于限制管道一个或几个方向的线位移，导向架可以看作限位架的一种特定形式。以下几个地方可考虑设置限位架：
4.1 补偿器的两端，装置边界线的管道固定点等场合，可用限位支架代替固定支架；
4.2 在热态情况下，当管系的热膨胀方向朝向设备管口时，可在适当的位置设置逆热膨胀方向的止推支架；
4.3 刚度较大的管道对设备、设备基础等产生较大推力时，可在适当的位置设置止推支架。
二、化工管道支吊架的设置与位置确定
1、承重架间距应不大于管架的最大允许跨距。有压力脉动的管道，应按所要求的管道固有频率来决定管架的间距，避免发生共振；
2、尽量利用已有的结构构件来支撑管道，如建构筑物的梁、柱等承重构件。对于混凝土结构，应向土建专业提出设置管架所要求的管墩、预埋件等条件；对于生根在结构上的荷载较大的管道支吊架（通常指荷载≥10kN），应在管架位置确定后，向土建专业提出荷载条件；
3、需要进行应力分析的管道，支架位置应根据分析结果确定，并考虑支撑的可能性；
4、在垂直管段弯头附近或垂直段重心以上设承重架的，若垂直段较长，可在其下部增加导向架；
5、在集中荷载较大的管道组成件附近设承重架；
6、管架应尽量靠近设备管口，以减少管口的受力，这样管口不会产生较大的热膨胀弯矩。当支吊架生根件焊在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所用垫板的条件； 7、管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；
8、考虑管架位置的同时也要为操作、检修留出足够的空间[2]。
三、化工管道支吊架的设计优化要点
1、化工管道支吊架选用时要考虑经济性稳定性等因素，尽量选用通用的普通的支吊架，这种支吊架刚性好耐用性强，相比之下弹簧支吊架造价高，长期工作下稳定性不高，容易出现管系各地位移方向失控的现象。
2、充分考虑工作环境的前提下选用管道支吊架材料，尽量避免支吊架材料在特定工作环境下的机械性能不足问题。与管道组成件接触的支吊架材料应按管道的设计温度选用。直接與管道焊接的支吊架部件材料应与管道组成件材料具有相容性。材料的许用剪应力宜为设计温度下材料许用应力0.6倍；拉杆材料的抗拉许用应力应比该材料的许用应力降低不小于25%。
3、充分考虑管道水平位移对支吊架性能的影响。一般来说，刚性拉杆吊架可活动的拉杆长度不小于水平位移的20倍，且吊杆垂直夹角不大于3度；弹性吊架可活动的拉杆长度不小于水平位移的15倍，且吊杆垂直夹角不大于4度；滑动支架还应注意防止位移过大出现滑动支架脱空现象发生。当管道水平位移影响较大时，支吊架就应该偏装[3]。
4、充分考虑支吊架自重、管道布置和管道柔性计算的具体要求来选型管道支吊架。一般来说，支吊架的管部自重比例大约在百分之一到百分之三之间，弹簧支吊架组件自重比例大约在百分之二到百分之二十之间，恒力支吊架组件自重比例大约在百分之六到百分之三十五之间，根部辅助钢结构自重比例大约在百分之三到百分之四十之间。在计算时，要注意不能采用某一个固定的比值进行估算，而是要根据每个支吊架中的每个部件的实际情况进行计算。
恒力弹簧支吊架应注意位移值的选用，考虑到计算热位移与实际热位移之问会有偏差，在确定吊架规格时选用的位移量应留有一定的裕度，选用位移量一般为计算位移值的1.2倍，且裕度不小于20mm；可变弹簧吊架其载荷变化率应不大于25%，考虑到选用的经济性，当热位移向上工作时，载荷应在中线以上选择，当热位移向下工作时，载荷应在中线以下选择。
结束语
在化工装置的管道设计过程中，支吊架的设计与管道设计密不可分。管道应力的大小是衡量管系能否安全运行的标准之一，应力如果过大，管系可能就会遭到破坏，而管道支吊架的正确设计与选用，其目的就是为了降低管道的应力，使之在允许范围之内。因此，正确合理的支吊架设计是化工装置安全稳定运行的重要保障。
参考文献：
[1]吴海涛.石油化工管道支吊架的设置及选用[J].中华民居（下旬刊），2014（10）：192.
[2]李宁.基于管道支吊架问题的检验及调整分析[J].科技风，2013（08）：8.
[3]李波.浅谈石油化工装置管道支吊架的设计[J].化工管理，2013（10）：247.