壓力管道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

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壓力管道設(shè)計(jì)部分

第一章任務(wù)與職責(zé)

i.道柔性設(shè)計(jì)的任務(wù)壓力管道柔性設(shè)計(jì)的任務(wù)是使整個(gè)管道系統(tǒng)

具有足夠的柔性，用以防止由于管系的溫度、自重、內(nèi)壓和外載或因管

道支架受限和管道端點(diǎn)的附加位移而發(fā)生下列情況；1)2)3)因應(yīng)力

過大或金屬疲勞而引起管道破壞；管道接頭處泄漏；管道的推力或力矩

過大，而使與管道連接的設(shè)備產(chǎn)生過大的應(yīng)力或變

形，影響設(shè)備正常運(yùn)行；4)2.1)2)3)4)5)6)管道的推力或

力矩過大引起管道支架破壞；壓力管道柔性設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范GB

50316-2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3041-2002《石油化工管道

柔性設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3039-2003《石油化工非埋地管道抗震設(shè)計(jì)通則》SH

3059-2001《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用通則》SH3073-95《石油化工企

業(yè)管道支吊架設(shè)計(jì)規(guī)范》JB/T8130.1-1999《恒力彈簧支吊架》

1

7)8)9)

JB/T8130.2-1999《可變彈簧支吊架》GB/T12777-1999《金屬波紋

管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》HG/T20645-1998《化工裝置管道機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)定》

10)GB150-2004《鋼制壓力容器》3.1)2)3)4)4.1)2)3)4)

5)6)7)8)9)專業(yè)職責(zé)應(yīng)力分析(靜力分析動(dòng)力分析)對(duì)重要管線

的壁厚進(jìn)行計(jì)算對(duì)動(dòng)設(shè)備管口受力進(jìn)行校核計(jì)算特殊管架設(shè)計(jì)工作程

序工程規(guī)定管道的基本情況用固定點(diǎn)將復(fù)雜管系劃分為簡(jiǎn)單管系，盡

量利用自然補(bǔ)償用目測(cè)法目測(cè)法判斷管道是否進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)目測(cè)法L

型U型管系可采用圖表法圖表法進(jìn)行應(yīng)力分析圖表法立體管系可采

用公式法公式法進(jìn)行應(yīng)力分析公式法宜采用計(jì)算機(jī)分析方法計(jì)算機(jī)

分析方法進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)的管道計(jì)算機(jī)分析方法采用CAESARII進(jìn)行應(yīng)

力分析調(diào)整設(shè)備布置和管道布置

2

10）設(shè)置、調(diào)整支吊架11）設(shè)置、調(diào)整補(bǔ)償器12）評(píng)定管道應(yīng)力13）

評(píng)定設(shè)備接口受力14）編制設(shè)計(jì)文件15）施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)5.1）2）3）

4）5）6）7）8）9）工程規(guī)定適用范圍概述設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及

版本溫度、壓力等計(jì)算條件的確定分析中需要考慮的荷載及計(jì)算方法

應(yīng)用的計(jì)算軟件需要進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力分析的管道類別管道應(yīng)力的安全評(píng)

定條件機(jī)器設(shè)備的允許受力條件（或遵循的標(biāo)準(zhǔn)）

10）防止法蘭泄漏的條件11）膨脹節(jié)、彈簧等特殊元件的選用要求12）

業(yè)主的特殊要求

3

13）計(jì)算中的專門問題（如摩擦力、冷緊等的處理方法）14）不同專

業(yè)間的接口關(guān)系15）環(huán)境設(shè)計(jì)荷載16）其它要求

第二章壓力管道柔性設(shè)計(jì)1.管道的基礎(chǔ)條件

包括：介質(zhì)溫度壓力管徑壁厚材質(zhì)荷載端點(diǎn)位移等。2.管

道的計(jì)算溫度確定管道的計(jì)算溫度確定

管道的計(jì)算溫度應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)條件及下列要求確定：1）對(duì)于無(wú)隔

熱層管道：介質(zhì)溫度低于65℃時(shí)，取介質(zhì)溫度為計(jì)算溫度；介

質(zhì)溫度等于或高于65℃時(shí)，取介質(zhì)溫度的95%為計(jì)算溫度；2)對(duì)

于有外隔熱層管道，除另有計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)外，應(yīng)取介質(zhì)溫度為計(jì)

算溫度；3)4)5)6)溫度；對(duì)于夾套管道應(yīng)取內(nèi)管或套管介質(zhì)溫

度的較高者作為計(jì)算溫度；對(duì)于外伴熱管道應(yīng)根據(jù)具體條件確定計(jì)算溫

度；對(duì)于襯里管道應(yīng)根據(jù)計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定計(jì)算溫度；對(duì)于安全泄壓

管道，應(yīng)取排放時(shí)可能出現(xiàn)的最高或最低溫度作為計(jì)算

4

7)

進(jìn)行管道柔性設(shè)計(jì)時(shí)，不僅應(yīng)考慮正常操作條件下的溫度，還應(yīng)考慮

開

車、停車、除焦、再生及蒸汽吹掃等工況。3.4.5.1)2)3)量。

6.1)管道壁厚計(jì)算管道壁厚計(jì)算內(nèi)壓金屬直管的壁厚管道安裝溫度

宜取20℃(除另有規(guī)定外)。管道安裝溫度管道計(jì)算壓力應(yīng)取計(jì)算溫度

下對(duì)應(yīng)的操作壓力。管道計(jì)算壓力管道鋼材參數(shù)按《石油化工管道柔性

設(shè)計(jì)規(guī)范》管道鋼材參數(shù)按《石油化工管道柔性設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3041-

2002執(zhí)行一鋼材平均線膨脹系數(shù)可參照附錄A選取。鋼材彈性模量

可參照附錄B選取。計(jì)算二次應(yīng)力范圍時(shí)，管材的彈性模量應(yīng)取安裝溫

度下鋼材的彈性模

根據(jù)SH3059-2001《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用通則》確定：當(dāng)S0<

Do/6時(shí)，直管的計(jì)算壁厚為：SO=PD0/(2［。］t①+2PY)直管的選

用壁厚為：式中P一一D0一一S=SO+C

SO——直管的計(jì)算壁厚，mm；設(shè)計(jì)壓力，MPa；直管外徑，mm；

[o]t——設(shè)計(jì)溫度下直管材料的許用應(yīng)力，MPa；

5

①---S----

焊縫系數(shù)，對(duì)無(wú)縫鋼管，中=1；包括附加裕量在內(nèi)的直管壁厚，

mm；

C——直管壁厚的附加裕量，mm；Y——溫度修正系數(shù)，按下表

選取。溫度修整系數(shù)表

溫度℃材料W4825105385665932621

鐵素體鋼

0.4

0.5

0.7

0.7

0.7

0.7

奧氏體鋼

0.4

0.4

0.4

0.4

0.5

0.7

當(dāng)S02D0/6或P/[o]t>0.385時(shí)，直管壁厚應(yīng)根據(jù)斷裂理論、

疲勞、熱應(yīng)力及材料特性等因素綜合考慮確定。2)對(duì)于外壓直管的壁

厚)應(yīng)根據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定的方法確定。7.管道

上的荷載

管道上可能承受的荷載有：

6

1)重力荷載，包括管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等；2)3)

等；4)5)6)7)8)9)8.風(fēng)荷載；地震荷載；瞬變流沖擊荷載，如

安全閥啟跳或閥門的快速啟閉時(shí)的壓力沖擊；兩相流脈動(dòng)荷載；壓力脈

動(dòng)荷載，如往復(fù)壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)；機(jī)器振動(dòng)荷載，如

回轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)。管道端點(diǎn)的附加位移壓力荷載，壓力荷載包括內(nèi)壓力

和外壓力；位移荷載，位移荷載包括管道熱脹冷縮位移、端點(diǎn)附加位移、

支承沉降

在管道柔性設(shè)計(jì)中，除考慮管道本身的熱脹冷縮外，還應(yīng)考慮下列管

道端點(diǎn)的附加位移：1)2)3)4)5)靜設(shè)備熱脹冷縮時(shí)對(duì)連接管道施

加的附加位移；轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備熱脹冷縮在連接管口處產(chǎn)生的附加位移；加熱

爐管對(duì)加熱爐進(jìn)出口管道施加的附加位移；儲(chǔ)罐等設(shè)備基礎(chǔ)沉降在連接

管口處產(chǎn)生的附加位移；不和主管一起分析的支管，應(yīng)將分支點(diǎn)處主管

的位移作為支管端點(diǎn)的

附加位移。9.管道布置

7

管道的布置盡量利用自然補(bǔ)償能力：1）2）3）4）改變管道的走向,

以增加整個(gè)管道的柔性；利用彈簧支吊架放松約束；改變?cè)O(shè)備布置。對(duì)

于復(fù)雜管道可用固定點(diǎn)將其劃分成幾個(gè)形狀較為簡(jiǎn)單的管段，如L

形、n形、Z形等管段。確定管道固定點(diǎn)位置時(shí)，宜使兩固定點(diǎn)間

的管段能夠自然補(bǔ)償。

10.

宜采用計(jì)算機(jī)分析方法進(jìn)行詳細(xì)柔性設(shè)計(jì)的管道

1）操作溫度大于400℃或小于一50℃的管道；2）進(jìn)出加熱爐

及蒸汽發(fā)生器的高溫管道；3）進(jìn)出反應(yīng)器的高溫管道；4）進(jìn)出汽輪機(jī)

的蒸汽管道；5）進(jìn)出離心壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)的工藝管道；6）法；

與離心泵連接的管道，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求或按圖『1確定柔性設(shè)計(jì)方

圖1-1

與離心泵連接管道柔性設(shè)計(jì)方法的選擇

7）設(shè)備管口有特殊受力要求的其他管道；8）利用簡(jiǎn)化分析方法分

析后，表明需進(jìn)一步詳細(xì)分析的管道。

8

11.

不需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)力分析的管道

1）與運(yùn)行良好的管道柔性相同或基本相當(dāng)?shù)墓艿溃?）和已分析管

道相比較，確認(rèn)有足夠柔性的管道；3）對(duì)具有同一直徑、同一壁厚、

無(wú)支管、兩端固定、無(wú)中間約束并能滿足

式（1）和式（2）要求的非極度危害或非高度危害介質(zhì)管道。

Do?Y/(L-U)2W208.3Y=(/X2+/Y2+/Z2)1/2式中：DO——管道外徑,

mm；Y——管道總線位移全補(bǔ)償值，mm；?x、？y、?z分別為管道沿坐標(biāo)

軸x、v、z方向的線位移全補(bǔ)償值，mm；L管系在兩固定點(diǎn)之間的

展開長(zhǎng)度，m；U——管系在兩固定點(diǎn)之間的直線距離，mo式(1)不

適用于下列管道：(1)在劇烈循環(huán)條件下運(yùn)行，有疲勞危險(xiǎn)的管道：(2)

大直徑薄壁管道(管件應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)i25)：(3)不在這接固定點(diǎn)方向的

端點(diǎn)附加位移量占總位移量大部分的管道；(4)L/U>2.5的不等腿"U"形

彎管，或近似直線的鋸齒狀管道。一一(1)一一(2)

9

12.管道端點(diǎn)無(wú)附加角位移時(shí)管道線位移全補(bǔ)償值計(jì)算當(dāng)管道端點(diǎn)

無(wú)附加角位移時(shí)，管道線位移全補(bǔ)償值應(yīng)按下列公式計(jì)算：

XA-^XtABZY=JYB-ZIYA-JYtAB/Z=/ZB-/ZA-/ZtAB

ZlXtAB=a1(XB-XA)(T-TO)/YtAB=al(YB-YA)(T-

TO)zdZtAB=a1(ZB-ZA)(T-TO)式中：/X、/Y、/Z一一分

別為管道沿坐標(biāo)軸X、Y、Z方向的線位移全補(bǔ)償值，mm：/XA、/YA、

/ZA——分別為管道的始端A沿坐標(biāo)軸X、Y、Z方向的附加線位移，

mm；，XB、/YB、，ZB——分別為管道的末端B沿坐標(biāo)軸X、Y、Z方

向的附加線位移，mm；/XtAB、/YtAB、/ZtAB——分別為管道AB沿

坐標(biāo)軸X、Y、Z方向的熱伸長(zhǎng)值，mm；at一一管道材料在安裝溫度與

計(jì)算溫度間的平均線膨脹系數(shù)，mm/mm-℃；

10

XA、YA、ZA一一管道始端A的坐標(biāo)值，mm；XB、YB、ZB一一管道末

端B的坐標(biāo)值，mm；T一一管道計(jì)算溫度，℃；TO——管道安裝溫度，℃。

13.例題利用判別式解題有兩種方法：第一種方法注意如下四點(diǎn)和上面

“+，，、"一”號(hào)的取值。1)2)3)4)假定一個(gè)始端，一個(gè)終端始

端固定，終端放開熱膨脹方向由始端向終端熱伸長(zhǎng)量取正直

第二種方法注意如下四點(diǎn)。和SH/T3041-2002中的公式一致1)2)

3)4)假定一個(gè)始端，一個(gè)終端始端固定，終端放開熱膨脹方向由始

端向終端建立坐標(biāo)系，端點(diǎn)附加位移和熱伸長(zhǎng)量與坐標(biāo)軸同向取“+

與坐

標(biāo)軸反向取“一”。上題計(jì)算如下：，Y=/YB-/YA-ZIYtAB=O

—4-12=—16mm

11

/Y=/YB-/YA-/YtAB=4—(-5)一(-20)=29mm/Z=/ZB—

zdZA-ZIZtAB=2-0-(-24)=26mmY=(JY2+ZIY2+ZIZ2)1/2=[(-

16)2+292+26211/2=42.1mmDO.Y/(L-U)2=159*42.1/(14-8.4)2

=6693.9/31.36=213.45>208.3所以需要進(jìn)行詳細(xì)分析，與上面的

計(jì)算結(jié)果不同。這里需要說明的是，不是計(jì)算過程錯(cuò)誤，而是新舊標(biāo)

準(zhǔn)管徑取的不一致，新標(biāo)準(zhǔn)為外徑。第三章補(bǔ)償器的選用

首先應(yīng)利用改變管道走向獲得必要的柔性，但由于布置空間的限制或

其他原因也可采用補(bǔ)償器獲得柔性。L補(bǔ)償器的形式壓力管道設(shè)計(jì)中

常用的補(bǔ)償器有三種：n型補(bǔ)償器、波形補(bǔ)償器、套管式或球形補(bǔ)償器

2.n型補(bǔ)償器

n型補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、投資少，在石油化工管道設(shè)計(jì)中

廣泛采用。采用n形管段補(bǔ)償時(shí)，宜將其設(shè)置在兩固定點(diǎn)中部，為防

止管道橫向位移過大，應(yīng)在n型補(bǔ)償器兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向架。3.波形補(bǔ)

償器

波形補(bǔ)償器，補(bǔ)償能力大、占地小，但制造較為復(fù)雜，價(jià)格高，適

用于低壓大直徑管道。1）波形補(bǔ)償器條件

（1）比用彎管形式補(bǔ)償器更為經(jīng)濟(jì)時(shí)或安裝位置不夠時(shí)。

12

（2）連接兩個(gè)間距小的設(shè)備的管道。其補(bǔ)償能力不夠時(shí)。（3）為了減

少壓降，推力或振動(dòng)，在工藝過程上可行而且在經(jīng)濟(jì)上合理時(shí)。（4）為了

保護(hù)有嚴(yán)格受力要求的設(shè)備嘴子。2）波形補(bǔ)償器的形式及適用條件

（1）直管段使用軸向位移型軸向位移型；軸向位移型（2）兩個(gè)方向

位移的L形，Z形管段使用角型角型；角型（3）三個(gè)方向位移的Z形

管段使用萬(wàn)向角型萬(wàn)向角型；萬(wàn)向角型（4）吸收平行位移的使用橫向型

橫向型。橫向型3）選用無(wú)約束金屬波紋管膨脹節(jié)時(shí)應(yīng)注意的問題

（1）兩個(gè)固定支座之間的管道中僅能布置一個(gè)波紋管膨脹節(jié)；（2）

固定支座必須具有足夠的強(qiáng)度，以承受內(nèi)壓推力的作用；（3）對(duì)管道必

須進(jìn)行嚴(yán)格地保護(hù)，尤其是靠近波紋管膨脹節(jié)的部位應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向架，第

一個(gè)導(dǎo)向支架與膨脹節(jié)的距離應(yīng)小于或等于4DN,第二個(gè)導(dǎo)向支架與第

一個(gè)導(dǎo)向支架的距離應(yīng)小于或等于14DN,以防止管道有彎曲和徑向偏移

造成膨脹節(jié)的破壞；4）帶約束的金屬波紋管膨脹節(jié)的類型

帶約束的金屬波紋管膨脹節(jié)的共同特點(diǎn)是管道的內(nèi)壓推力（俗稱盲板

力）沒有作用于固定點(diǎn)或限位點(diǎn)處，而是由約束波紋管膨脹節(jié)用的金屬

部件承受。（1）單式較鏈型膨脹節(jié)，由一個(gè)波紋管及銷軸和較鏈板組成，

用于吸收單平面角位移；

13

（2）單式萬(wàn)向較鏈型膨脹節(jié)，由一個(gè)波紋管及萬(wàn)向環(huán)、銷鈾和錢鏈組

成，能吸收多平面角位移；（3）復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)，由用中間管連接的

兩個(gè)波紋管及拉桿組成，能吸收多平面橫向位移和拉桿間膨脹節(jié)本身的

軸向位移；（4）復(fù)式較鏈型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個(gè)波紋管及銷

軸和錢鏈板組成，能吸收單平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；（5）

復(fù)式萬(wàn)向較鏈型膨脹節(jié)，由用中間管連接的兩個(gè)波紋管及銷軸和錢鏈板

組成，能吸收互相垂直的兩個(gè)平面橫向位移和膨脹節(jié)本身的軸向位移；（6）

彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，由一個(gè)工作波紋管或用中間管連接的兩個(gè)工作

波紋管及一個(gè)平衡波紋管構(gòu)成，工作波紋管與平衡波紋管間裝有彎頭或三

通，平衡波紋管一端有封頭并承受管道內(nèi)壓，工作波紋付和平衡波紋管

外端間裝有拉桿。此種膨脹節(jié)能吸收軸向位移和/或橫向位移。拉桿能

約束波紋管壓力推力.常用于管道方向改變處；（7）直管壓力平衡型膨

脹節(jié)，一般位于兩端的兩個(gè)工作波紋管及有效面積等于二倍工作波紋管

有效面積、位中間的一個(gè)平衡波紋管組成，兩套拉桿分別將每一個(gè)工作

波紋管與平衡波紋管相互連拔起來(lái)。此種膨脹節(jié)能吸收軸向位移。拉桿能

約束波紋管壓力推力。5）波紋管膨脹節(jié)在施工安裝中應(yīng)注意的問題

（1）膨脹節(jié)的施工和安裝應(yīng)與設(shè)計(jì)要求相一致；（2）膨脹節(jié)的安裝

使用應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品安裝說明書進(jìn)行；（3）禁止采用使膨脹節(jié)變形的方

法來(lái)調(diào)整管道的安裝偏差;

14

（4）固定支架和導(dǎo)向支架等應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，需要改動(dòng)

時(shí)應(yīng)經(jīng)原分析設(shè)計(jì)人員認(rèn)可；（5）膨脹節(jié)上的箭頭表示介質(zhì)流向，應(yīng)與

實(shí)際介質(zhì)流向相一致，不能裝反；（6）安裝較鏈型膨脹節(jié)時(shí)，應(yīng)按照施

工圖進(jìn)行，錢鏈板方向不能裝錯(cuò)；（7）在管道系統(tǒng)（包括管道、膨脹節(jié)和

支架等）安裝完畢，系統(tǒng)試壓之前，應(yīng)將膨脹節(jié)的運(yùn)輸保護(hù)裝置拆除或

松開。按照國(guó)標(biāo)GB/T12777的規(guī)定，運(yùn)輸保護(hù)裝置涂有黃色油漆，應(yīng)

注意不能將其他部件隨意拆除；（8）對(duì)于復(fù)式大拉桿膨脹節(jié)，不能隨意

松動(dòng)大拉桿上的螺母，更不能將大拉桿拆除；（9）裝有膨脹節(jié)的管道，

做水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置適當(dāng)?shù)呐R時(shí)支架以承受額外加到管道和膨脹

節(jié)上的荷載。試驗(yàn)后應(yīng)將臨時(shí)支架拆除。3.套管式或球形補(bǔ)償器

套管式或球形補(bǔ)償器因填料容易松弛，發(fā)生泄漏，在石化企業(yè)中很少

采用。在有毒及可燃介質(zhì)管道中嚴(yán)禁采用填料函式補(bǔ)償器。4.1）冷緊

冷緊

冷緊可降低操作時(shí)管道對(duì)連接設(shè)備或固定點(diǎn)的推力和力矩，防止法

蘭連接處彎矩過大而發(fā)生泄漏。冷緊是將管道的熱應(yīng)變一部分集中在冷

態(tài)，在安裝時(shí)（冷態(tài)）使管道產(chǎn)生一個(gè)初位移和初應(yīng)力的一種方法。當(dāng)

管道沿坐標(biāo)軸X、y、Z方向的冷緊比不同時(shí),每個(gè)方向的冷緊值應(yīng)根據(jù)

該方向的冷緊進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)管道上有幾個(gè)冷緊口時(shí)，沿坐標(biāo)軸X、y、Z方

向的冷緊值分別為各冷緊口在相應(yīng)坐標(biāo)軸方向冷緊值的代數(shù)和。

15

管道采用冷緊時(shí)，熱態(tài)冷緊有效系數(shù)取2/3,冷態(tài)取lo

2)

連接轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的管道不應(yīng)采用冷緊

由于施工誤差使得冷緊量難于控制，另一方面，在管道安裝完成后要

將與敏感設(shè)備管口相連的管法蘭卸開，以檢查該法蘭與設(shè)備法蘭的同軸

度和平行度，如果采用冷緊將無(wú)法進(jìn)行這一檢查。3）自冷緊

如果熱脹產(chǎn)生的初應(yīng)力較大時(shí)，在運(yùn)行初期，初始應(yīng)力超過材料的屈

服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形，或在高溫持續(xù)作用下，管道上產(chǎn)生應(yīng)力松弛或

發(fā)生蠕變現(xiàn)象，在管道重新回到冷態(tài)時(shí)，則產(chǎn)生反方向的應(yīng)力，這種現(xiàn)

象稱為自冷緊自冷緊。但冷緊不自冷緊改變熱脹應(yīng)力范圍。4）冷緊

比

冷緊比是冷緊值與全補(bǔ)償量的比值。對(duì)于材料在陽(yáng)變溫度下工作的

管道，冷緊比宜取0.7o對(duì)于材料在非蠕變溫度下工作的管道，冷緊比

宜取0.5。

第四章支吊架選用1.管道跨距

管道基本跨距的確定實(shí)際上就是管系承重支架（或起承重作用的支架）

的位置和數(shù)量的確定，也就是說管系中承重支架的位置和數(shù)量應(yīng)滿足管

道基本跨距的要求。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于水平連續(xù)敷設(shè)的管道，以三跨

連續(xù)梁作為計(jì)算模型，并

16

按承受均布載荷（指管道自重、介質(zhì)重和隔熱材料重之和）分別根據(jù)剛

度條件和強(qiáng)度條件計(jì)算其最大允許跨距，?。↙1和L2）兩者之間的小值。

(1)剛度條件:L1=0.039(Etl/q)l/4V1=0.048(Etl/q)1/4式中

LI、L'l——裝置內(nèi)（外）由剛度條件決定的跨距，m；Et——管材在設(shè)計(jì)

溫度下的彈性模量，MPa；I——管子扣除腐蝕裕量及負(fù)偏差后的斷面慣

性矩，mm4；q——每米管道的質(zhì)量，N/m。（2）強(qiáng)度條件：L2=0.1（［。］

tW/q）1/2L2=0.071（［o］tW/q）1/2式中［o］t一—管材在設(shè)計(jì)溫度下

的許用應(yīng)力，MPa；W——管子扣除腐蝕裕量及負(fù)偏差后的抗彎斷面模數(shù),

mm3。I和W分別按以下二式計(jì)算：（Do4-Di4）/64W=n（Do4-Di4）

/32Do（不考慮內(nèi)壓）（考慮內(nèi)壓）（裝置內(nèi)）（裝置外）

17

式中

Di---管道內(nèi)徑，mm；

Do---管道外徑，mm。

2.

管道支吊架的形式：管道支吊架的形式：

管道支吊架的用途為：1）2）3）承受管道的重量荷載（包括自重、

介質(zhì)重和隔熱材科重等）;限制管道的位移，阻止管道發(fā)生非預(yù)期方向的

位移；用來(lái)控制管道的振動(dòng)、擺動(dòng)或沖擊。

因此，管道支撐的位置確定、支撐型式的確定以及管道支吊架本身的

強(qiáng)度設(shè)計(jì)也主要是圍繞著上述支吊架的三個(gè)功能展開的。根據(jù)管道支吊

架的用途可以分為三大類：

剛性支吊架可調(diào)剛性支吊架承重支吊架可變彈簧支吊架恒力彈

簧支吊架固定支架限位支架限制性支吊架導(dǎo)向支架

18

減振器防振支架阻尼器

固定架限制了三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的角位移；導(dǎo)向架限制了

兩個(gè)方向的線位移；支托架（或單向止推架）限制了一個(gè)方向的線位移。

3.

承重支吊架

以支撐管道自重及其它持續(xù)載荷為目的的支吊架統(tǒng)稱為承重支吊架，

它主要用于防止管道因自重及其它持續(xù)載荷（如介質(zhì)重、隔熱材料重、

雪載荷等）而導(dǎo)致的管道強(qiáng)度或剛度超出標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)管道相對(duì)于支

撐結(jié)構(gòu)的空間位置不同，承重支吊架可分為支架和吊架兩大類。支撐件

將管道支撐在它的上方時(shí)，這類支撐件叫做支架。用可以空間擺動(dòng)的支

撐件（吊桿）將管道吊在其下面支撐時(shí)，這類支撐件叫做吊架。支架和吊架

都可以完全或部分限制管道的向下位移，但二者的支撐效果有所不同。

支架因與支撐管道之間可能存在摩擦而使得管道的水平位移受到一定的

阻礙，同時(shí)產(chǎn)生摩擦力。支架的剛度也比較大，故其穩(wěn)定性較好。吊

架對(duì)管道的約束剛度相對(duì)較?。ǔQ直方向外），也不存在摩擦力，如果

在一根較長(zhǎng)的管道中吊架用的太多，會(huì)使管系不穩(wěn)定，故在一條管道中,

一般不宜均用吊架進(jìn)行支撐。根據(jù)承受管道重量的特點(diǎn)不同，承重支吊

架又分為剛性支吊架、可調(diào)剛性支吊架、可變彈簧支吊架和恒力彈簧支

吊架四類。1）剛性支吊架

剛性支吊架僅限制管道一個(gè)方向（通常為-丫方向）的自由度。它常用

于管道在支撐點(diǎn)無(wú)向上垂直熱位移和附加位移的情況下，或用于支撐點(diǎn)

有較小的向下位移和附加位移但不會(huì)由此在管系中造成較大的管系力的

情況下。剛性支吊架是應(yīng)用

19

最多的一種支吊架。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和生根條件的不同，常用的剛性支

吊架系列有平（彎）管支托、假管支托、懸臂支架、臨管支架等。2）可

調(diào)剛性支吊架

可調(diào)剛性支吊架是一般剛性支吊架的一種特殊型式，即通過旋擰可調(diào)

螺絲，使支吊架的高度在一定范圍內(nèi)得到調(diào)整，用于有少量豎直方向的

熱位移或附加位移的場(chǎng)合。在工作工況下，當(dāng)支撐點(diǎn)有豎直方向的熱位

移或附加位移時(shí)，會(huì)使管道脫離支架（俗稱支架脫空）而起不到支撐作用,

或使支架被頂死而產(chǎn)生較大的管系力，此時(shí)應(yīng)采用下面將要介紹的彈簧

支吊架。如果支撐點(diǎn)豎直方向的熱位移或附加位移比較小而且又位于容

易接近的地方時(shí)，采用可調(diào)剛性支吊架比彈簧支吊架會(huì)更經(jīng)濟(jì)、更方便。

3）可變彈簧支吊架

可變彈簧支吊架適用于支撐點(diǎn)有垂直位移、用剛性支吊架會(huì)脫空或造

成過大熱脹推力的場(chǎng)合。與恒力彈簧支吊架相比，使用可變彈簧支吊架

會(huì)造成一定的荷載轉(zhuǎn)移。為防止過大的荷載轉(zhuǎn)移，可變彈簧支吊架的荷

載變化率應(yīng)控制在25%以下。當(dāng)然，有時(shí)根據(jù)實(shí)際需要而有意識(shí)地去分

配管系在各支撐點(diǎn)的載荷，即有意識(shí)地給定一個(gè)較大的安裝載荷而獲得

較大的載荷轉(zhuǎn)移。常用強(qiáng)型的可變彈簧支吊架有支、吊兩種，根據(jù)載荷

情況和受力條件還可采用串聯(lián)和并聯(lián)兩種型式。4）恒力彈簧支吊架

恒力彈簧支吊架適用于管道支撐點(diǎn)垂直位移量較大或管系受為要求

較苛刻的場(chǎng)合。通過采用恒力彈簧支吊架，可以避免管道支撐點(diǎn)冷態(tài)和

熱態(tài)的受力變化太大而導(dǎo)致管系本身的應(yīng)力或相連設(shè)備的受力超標(biāo)。恒

力彈簧的恒定度應(yīng)小于或等于6%,以保證支吊點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)，支承力的

變化很小。恒力彈簧支吊架一般采用描架型式，且根據(jù)受力情況可并聯(lián)

使用。

20

如果認(rèn)為剛性支吊架的剛度理論上為無(wú)窮大的話，那么恒力彈簧支吊

架的剛度理論上則為零，而可變彈簧支吊架的剛度介于二者之間，它等

于彈簧產(chǎn)生單位變形所需要的力。4.限位支吊架

以限制和約束因熱脹而引起的管系位移為目的支吊架稱為限位支吊

架。管系受熱而發(fā)生熱脹時(shí)，管系中的各點(diǎn)將發(fā)生位移。在管系中適當(dāng)

設(shè)置限位支吊架，可控制支撐點(diǎn)的位移或某些方向的位移，使管系的變

形或各點(diǎn)的位移朝著有利于保護(hù)敏感設(shè)備或有利于熱補(bǔ)償?shù)姆较蜻M(jìn)行。

根據(jù)對(duì)管系熱位移約束的方式不同，限位支吊架又可分為固定支架、導(dǎo)

向支架和止推支架三種。1）固定支架

固定支架可限制管道支撐點(diǎn)三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的角位移，

因此它常用于管道上不允許有任何位移的地方。固定支架一般同時(shí)又能

起承重作用。常用的固定支架型式有焊接型管托和螺拴固定管托兩種。2）

導(dǎo)向支架

導(dǎo)向支架可限制管道支撐點(diǎn)兩個(gè)方向的線位移，因此常用于引導(dǎo)管道

位移方向、使管道能沿軸向位移而不能橫向位移的情況。當(dāng)用于水平情

況時(shí)，導(dǎo)向支架又同時(shí)能起承重作用。常用的導(dǎo)向支架型式有管托型導(dǎo)

向支架、光管型導(dǎo)向支架、管卡型導(dǎo)向支架等型式。3）止推支架

止推支架常代替固定支架用于限制管道的軸向位移。根據(jù)限位方式的

不同，常用的止推支架又分為“+X/+Z”和〃-X/-Z”雙向止推支架和“+X/+Z”

或“-X/-Z”單向止推支架兩種。常用的止推支架為單向止推架，它可限制

管道支撐點(diǎn)一個(gè)方向的線位移。5.防振支架

21

專門用于控制管道振動(dòng)的支吊架叫做防振支架。防振支架常用于控制

或緩解往復(fù)式機(jī)泵迸出口管道或由地震、風(fēng)載荷、水擊、安全閥排出反

力引起的管道振動(dòng)場(chǎng)合。應(yīng)該說，前面所講的支吊架類型中，除吊架以

外，其它支架都在某種程度上起到防振作用，但它們中要么防振作用的

效果不好，要么會(huì)帶來(lái)其它問題（如降低或限制了管系的熱補(bǔ)償能力），

因此，工程上對(duì)于防振情況則給出了專用支架。常用的防振支架主要有

兩類，其一是防振管卡，其二是阻尼器。

1）

防振管卡

防振管卡能有效地控制管系的高頻率強(qiáng)迫振動(dòng)。防振管卡與固定支架

不同，它允許管道有一定的軸向位移而使管系不會(huì)因熱脹而破壞。防振

管卡與一般的剛性承重支架和導(dǎo)向支架不同它對(duì)管道施加了較大的剛度

約束（從型式和數(shù)量上實(shí)現(xiàn)），且增加了架對(duì)管道的阻尼作用從而有效地

阻滯了管系的振動(dòng)。2）阻尼器

阻尼器與減振支架的最大區(qū)別遮于它給予了管系較大的自由度，因而

對(duì)連續(xù)強(qiáng)迫型高頻機(jī)械振動(dòng)的抑制效果較差，它常用于緩解瞬間激振（如

主汽門突然關(guān)閉、泵突然停車、地震、水錘等）引起的有阻尼自由振動(dòng)。

工程上應(yīng)用的阻尼器有油壓式阻尼器、摩擦式阻尼器等。6.目前工程

上常用的彈簧支吊架主要有兩類：目前工程上常用的彈簧支吊架主要有

兩類

即可變彈簧支吊架和恒力彈簧支吊架，而且已形成標(biāo)準(zhǔn)系列。對(duì)應(yīng)的

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB10181《恒力彈簧支吊架》和GB10182《可變彈簧支吊架》。

1）可變彈簧支吊架的工作原理

可變彈簧支吊架的核心部件是一個(gè)被控制的圓柱彈簧，當(dāng)被支撐管道

發(fā)生豎向位移時(shí)，會(huì)帶動(dòng)圓柱彈簧的控制板使彈簧壓縮或被拉長(zhǎng)。

22

由虎克定律可知，此時(shí)彈簧壓縮或伸長(zhǎng)所需要的力（也等于對(duì)管子的

作用力）可用下式表示：F=k?6式中F——彈簧被壓縮或被拉長(zhǎng)6量

時(shí)所需要的力，N；K——彈簧剛度，N/mzm8——彈簧被壓縮或被拉伸

的變形量，mm。彈簧剛度是一個(gè)只與彈簧自身參數(shù)（如彈簧直徑、彈簧材

料等）有關(guān)的物理量，一旦彈簧參數(shù)一定，它是個(gè)常數(shù)（在其允許總變形

量的30%~70%范圍內(nèi)是個(gè)常數(shù)）。因此，此時(shí)彈簧對(duì)管道的作用力則與變

形量成正比。工程上正是糊糊的這一性質(zhì)來(lái)進(jìn)行有垂直位移的管道支撐

的。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)彈簧支吊架來(lái)說，彈簧都是經(jīng)過預(yù)壓縮然后裝入彈簧箱中

的。因此，對(duì)于同樣一個(gè)變形量5,此時(shí)壓縮彈簧所需耍的力F應(yīng)按

下式計(jì)算：F=（6l+8）k=6lk+6?k=Fl+k8式中81一—彈簧

預(yù)壓縮的變形量，mmFl彈簧預(yù)壓縮時(shí)的壓縮力，N；F、8、k

意義同前。設(shè)F為彈簧支吊架的工作載荷，并用符號(hào)FG表示：設(shè)F1為

彈簧支吊架的安裝荷載，并用FA表示：設(shè)S為彈簧在由安裝載荷變?yōu)?/p>

工作載荷時(shí)的變形量，并在彈簧被壓縮時(shí)取正號(hào)，被拉伸時(shí)取負(fù)號(hào)。s在

管道支撐中即為管道支撐點(diǎn)的豎

23

直位移量，支撐點(diǎn)的豎直位移向上時(shí)取正號(hào)，向下時(shí)取負(fù)號(hào)?？勺儚?/p>

簧支吊架的可選型公式為：選型公式為：FA=k8+FG2）常用可變

彈簧支吊架系列

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1018S共給出了A、B、C、D、E、F、G七種標(biāo)準(zhǔn)型式，

見圖所示。A型一一上螺紋懸吊型；B型一一單耳懸吊型；C型一一

雙耳懸吊型；D型一一上調(diào)節(jié)擱置型；E型一一下調(diào)節(jié)擱置型；F

型一一支撐擱置型；G型一一并聯(lián)懸吊型。7.可變彈簧支吊架的選用

工程上，一般按熱態(tài)吊零的載荷分配原則確定彈簧支吊架的受力。所

謂熱態(tài)熱態(tài)吊零，是指彈簧支吊架在熱態(tài)時(shí)承受的力應(yīng)等于冷態(tài)時(shí)由管

系分配給它的力。按吊零這樣的原則確定的彈簧支吊架受力使得整個(gè)管

系中各支撐點(diǎn)承受的自重力在熱態(tài)時(shí)比較均勻，但在熱態(tài)時(shí)管系中各點(diǎn)

的總載荷會(huì)因位移荷載的作用而不再均勻甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的不合理現(xiàn)

象，為此，工程上有時(shí)也采用冷態(tài)吊零冷態(tài)吊零的載荷分配原冷態(tài)吊零

則。所謂冷態(tài)吊零是指彈簧支吊架在冷態(tài)時(shí)承受的載荷取冷態(tài)時(shí)由管系

分配給它的載荷。與熱態(tài)吊零相反，此時(shí)在熱態(tài)情況下管系各支撐點(diǎn)承

受的自重載荷已不在均勻，而總載荷（包括位移載荷）則是自然分配。

24

為防止可變彈簧支吊架引起管系在熱態(tài)或冷態(tài)時(shí)有較大的載荷轉(zhuǎn)移，

工程上工程上％。根據(jù)這一限制條件，就可以確定彈簧支吊常控制它

的載荷變化率不超過25%0%。架的剛度ko在確定彈簧支吊架的剛

度時(shí)應(yīng)遵守這樣一個(gè)原則：在彈簧支吊架能滿足管系熱態(tài)和冷態(tài)的承載

要求而且載荷變化率不超過規(guī)定值的情況下，應(yīng)盡可能選用剛度最小

（指最小規(guī)格和最小允許位移值）的彈簧。按這樣的原則選取的彈簧支吊

架，其安裝尺寸最小，價(jià)格最便宜，而且實(shí)際的載荷變化率最小。1）串

聯(lián)可變彈簧支吊架的選用

當(dāng)管系中某點(diǎn)的垂直位移量較大時(shí)，從標(biāo)準(zhǔn)彈簧支吊架表中可能已選

不到合適的彈簧支吊架，即要么找不到最大工作位移能滿足載荷要求的

標(biāo)準(zhǔn)系列，要么因剛度較大而使載荷變化率超出標(biāo)準(zhǔn)要求，此時(shí)可考慮

采用串聯(lián)可變彈簧支吊架。彈簧串聯(lián)時(shí)，應(yīng)選最大載荷相同的彈簧，即

彈簧的牌號(hào)相同，以保證每個(gè)彈簧的工作載荷和安裝載荷都落在允許范

圍內(nèi)，而此時(shí)每個(gè)彈簧變形量則按其剛度的大小成反比分配。2）并聯(lián)

可變彈簧支吊架的選用

當(dāng)管道支撐點(diǎn)的載荷超出標(biāo)準(zhǔn)可變彈簧支吊架的最大允許載荷時(shí)，或

者受支撐條件（如豎管支撐）、生根條件等限制不宜采用單個(gè)可變彈簧支

吊架進(jìn)行支撐時(shí)，可選用兩個(gè)或兩個(gè)以上的可變彈簧支吊架并聯(lián)支撐。

可變彈簧支吊架并聯(lián)使用時(shí)，各彈簧應(yīng)為同一型號(hào)，以避免各彈簧支

承力不同而導(dǎo)致管子的傾斜或偏轉(zhuǎn)。并聯(lián)時(shí)的各彈簧變形量相同，均等

于管道在支撐點(diǎn)的位移量。并聯(lián)后的彈簧支吊架總剛度等于各分彈簧支

吊架的剛度之和，n個(gè)彈簧支吊架并聯(lián)時(shí)其總剛度為即k=kl+k2

+……+kn,而各分彈簧承受的載荷平均分配，并等于總載荷的l/no3）

可變彈簧支吊架的安裝要求

可變彈簧支吊架在安裝前務(wù)必要壓縮到要求的安裝定位刻度（與安

裝載荷對(duì)應(yīng)的刻度值），并用定位銷進(jìn)行定位。設(shè)置定位銷的另一個(gè)作用

是使可變彈簧支

25

吊架起暫時(shí)成為一個(gè)剛性支架，可以防止諸如水壓試驗(yàn)等非工作工

況下因管道載荷臨時(shí)增加而引起的不利影響，對(duì)于大直徑氣體管道更應(yīng)

考慮這個(gè)問題。管系在工作狀態(tài)下，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)非預(yù)期的載荷突然增

加現(xiàn)象，如減壓轉(zhuǎn)油線的“淹塔"現(xiàn)象。"淹塔〃現(xiàn)象會(huì)造成管內(nèi)液體的突

然驟增，從而使其彈簧支吊架承受的載荷也驟然增大，彈簧支吊架的變

形量也將隨之增大，使管系出現(xiàn)較大的載荷轉(zhuǎn)移，從而可能造成相鄰支

架或設(shè)備接口處的超載破壞。對(duì)于可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象的管系，工程上常

在彈簧支吊架的附近設(shè)置保險(xiǎn)桿，以控制彈簧的最大變形量，即當(dāng)彈簧

支吊架的變形量超過某一規(guī)定值時(shí)，保險(xiǎn)桿將受力而成為剛性支撐。可變

彈簧支吊架的定位銷應(yīng)在管系水壓試驗(yàn)之后、裝置開車升溫之前拆除。8.

恒力彈簧支吊架恒力彈簧支吊架

當(dāng)管系在支撐點(diǎn)的豎向位移較大而選用可變彈簧會(huì)引起較大的載荷

轉(zhuǎn)移時(shí)，應(yīng)考慮選用恒力彈簧支吊架。所謂的豎向位移較大只是一個(gè)相

對(duì)概念，關(guān)鍵要看若選用可變彈簧支吊架時(shí)是否會(huì)引起較大的載荷轉(zhuǎn)移，

而且較大的載荷轉(zhuǎn)移能否為管系自身強(qiáng)度和邊界條件所接受。如果管系

的柔性不好，剛度較大，那么既使在較小的位移值情況下，也會(huì)引起支

撐點(diǎn)熱態(tài)和冷態(tài)的載荷差值較大，此時(shí)為減少載荷變化率也宜采用恒力

彈簧支吊架。嚴(yán)格說來(lái)，恒力彈簧在其工作過程中對(duì)管道支撐點(diǎn)的力并

不是恒定不變的，這是因?yàn)閺椈芍Ъ芨鬟\(yùn)動(dòng)部件之間存在摩擦力，而且

各部件的尺寸一、彈簧的剛度等都可能存在制造偏差，這些因素都會(huì)導(dǎo)致恒

力彈簧在其工作行程范圍內(nèi)對(duì)支撐點(diǎn)的力有少量的變化。一般情況下，標(biāo)

準(zhǔn)恒力彈簧支吊架在其全程位移過程中的最大和最小載荷偏差應(yīng)控制在

某個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)，而工程上常用恒定度這一概念來(lái)評(píng)判恒力彈簧的載荷

變化。所謂恒定度是指恒力彈簧在其全行程范圍內(nèi)的最大、最小載荷值

之差與最大、最小載荷值之和的百分比，用式子表示即為：式中D——

恒力彈簧的恒定度。一般情況下，D應(yīng)不大于6%Fmax——恒力彈簧在全

行程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大載荷值,N；D=[(Fmax-Fmin)/(Fmax+Fmin)]

X100%

26

Fmin——恒力彈簧在全行程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最小載荷值，No1)恒力

彈簧支吊架的工作原理

當(dāng)恒力彈簧支吊架承受一個(gè)管道載荷磯時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于0點(diǎn)

的轉(zhuǎn)動(dòng)F1力矩MRMl將拉動(dòng)三連桿A0B向下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)三連桿會(huì)帶

動(dòng)B點(diǎn)向右移動(dòng)，從而使彈簧受到壓縮，產(chǎn)生一個(gè)彈簧力F2OF2相對(duì)

于主軸0點(diǎn)也將產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M2。通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和力的平衡設(shè)

計(jì)，可以使兩個(gè)力矩Ml和M2始終保持平衡，并通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸

設(shè)計(jì)，在保持力矩平衡的情況下，只不斷變換位置但大小不變，即實(shí)現(xiàn)

對(duì)管道的恒力支撐。

2)

恒力彈簧支吊架的選用

換句話說，吊架的承載能力與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。因此，支撐點(diǎn)的管道

載荷是選擇恒力彈簧吊架的參數(shù)之一。根據(jù)熱態(tài)吊零原則，一般取管道

荷載為冷態(tài)情況下管系的分配載荷。另外，受吊架中各運(yùn)行部件的結(jié)構(gòu)

限制，吊點(diǎn)的位移是有限制的，甚至它不能按運(yùn)行部件的最大運(yùn)行位置

來(lái)確定吊點(diǎn)的位移范圍，因?yàn)檫\(yùn)行部件到達(dá)極限位置時(shí)，會(huì)造成較大的

承載偏差值。因此，對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的恒力彈簧吊架，它允許的

最大位移值也是確定的?；蛘哒f，管道上時(shí)最大位移量也是確定恒力彈

簧吊架的參數(shù)之一。有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已將常用的恒力彈簧吊架進(jìn)行了系列

化，并對(duì)它進(jìn)行了編號(hào)，每個(gè)編號(hào)的吊架其允許的最大承載和最大位移己

列表給出，設(shè)計(jì)人員只要根據(jù)管道支撐點(diǎn)的載荷和位移查表即可確定所

需要的恒力彈簧吊架規(guī)格型號(hào)。9.在管道中多設(shè)彈簧支吊架更安全

嗎？在管道中多設(shè)彈簧支吊架更安全嗎

不一定更安全，因?yàn)閺椈芍У跫艿膭偠冗h(yuǎn)低于剛性支吊架，所以過多

設(shè)置彈簧支吊架會(huì)使管系各點(diǎn)位移方向失去控制，管系穩(wěn)定性較差，易

產(chǎn)生偏斜和振動(dòng)。10.為什么要在高聳設(shè)備布置的豎直管道上設(shè)置導(dǎo)向

架？如何設(shè)置？為什么要在高聳設(shè)備布置的豎直管道上設(shè)置導(dǎo)向架？如

何設(shè)置

27

答：為了約束由風(fēng)裁、地震、溫度變化等引起的橫向位移。沿直立設(shè)

備布置的立管應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架。立管導(dǎo)向支架間的允許間距應(yīng)符合下表

規(guī)定：

管道公稱

氣體管道/m

液體管道/m

光管直徑mm

隔熱

光管

隔熱

25

4.3

3.4

4.0

3.4

40

5.2

4.0

4.6

3.7

50

5.8

4.6

4.9

4.3

80

7.0

6.1

6.1

5.5

100

7.9

7.0

6.7

6.1

150

9.8

8.8

7.9

7.3

200

11.3

10.1

8.8

8.2

250

12.5

11.6

28

9.8

9.4

300

13.7

12.8

10.4

10.1

350

14.6

13.4

10.7

10.4

400

15.5

14.3

11.3

11.0

450

16.5

15.2

11.6

11.6

500

17.4

16.2

12.5

12.2

600

19.2

18.0

13.4

13.4

11.為什么在沿反應(yīng)器布置的高溫豎直管道上，通常要設(shè)置彈簧支吊

架？為什么在沿反應(yīng)器布置的高溫豎直管道上，通常要設(shè)置彈簧支吊架

答：沿反應(yīng)器布置的高溫管道與反應(yīng)器之間，或高溫管道與構(gòu)架之間有較

大的位移差，所以通常要設(shè)彈簧支吊架來(lái)承受管道荷重。12.管道在支

架上滑動(dòng)的軸向最大允許位移量管道在支架上滑動(dòng)的軸向最大允許位移

量不宜超過定型滑動(dòng)管托長(zhǎng)度的40%,以免管道在熱脹時(shí)將管托滑落于

支架梁的下面，而在冷縮時(shí)不能恢復(fù)原位造成管道或支架損壞。如在補(bǔ)

償值允許的范圍內(nèi)，管道的位移量超過管托長(zhǎng)度的40%時(shí)，可將管托長(zhǎng)度

適當(dāng)加大。13.支吊架的位置確定

29

從前面的介紹中可以看出，不同的支吊架型式對(duì)生根條件有不同的要

求，而從保障管系的自身強(qiáng)度、穩(wěn)定性、防振以及對(duì)邊界條件的要求來(lái)

說，總存在著在管系的某個(gè)地方支撐、并以特定的支架型式支撐為最理

想。上述的兩個(gè)條件有時(shí)是矛盾的，即最理想的支撐位置并不一定具備

支架生根條件，可用的生根條件并不一定滿足最理想的支架型式需要。

要處理好這樣的問題是比較難的，或者說要將它上升到理論上去論述是

比較難的，有時(shí)工程經(jīng)驗(yàn)比理論更適用。實(shí)際的空間管系也是多樣化的。

1）基本原則

（1）對(duì)于不同的管系，在確定其支吊架位置時(shí)都應(yīng)遵守下列基本原

則：管道支吊架的位置、數(shù)量、型式等應(yīng)能滿足管系靜應(yīng)力分析的要求。

這個(gè)要求包括管系自身的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、最大位移以及對(duì)相連設(shè)備、生

根設(shè)施的力學(xué)要求；（2）管道支吊架的位置、數(shù)量、型式應(yīng)能滿足管系

動(dòng)應(yīng)力分析的要求。這個(gè)要求包括管系對(duì)管道的機(jī)械振動(dòng)、水擊、放空

反沖擊、地震、風(fēng)載等載荷作用下的力學(xué)要求；（3）管道支吊架應(yīng)具備

相應(yīng)的生根條件。當(dāng)該條與上述兩條發(fā)生沖突肘，應(yīng)考慮改變管系的走

向，最終使上兩條要求得到滿足；（4）支吊架應(yīng)盡可能利用已有的建構(gòu)

筑梁柱、平臺(tái)、設(shè)備本體、加熱爐鋼結(jié)構(gòu)、地面等作為生根點(diǎn)。對(duì)于有

可能集中支撐的管道，應(yīng)盡可能選擇適宜的地方和方式集中支撐；（5）

支吊架位置應(yīng)不妨礙操作人員的通行、設(shè)備的檢修和管道的拆卸等；（6）

支吊架的位置尚應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性原則。例如，對(duì)于管道比較集中的管廊，其

跨距應(yīng)視多數(shù)管道的允許跨距而定，而不宜以少數(shù)較小直徑管道的允許

跨距確定；（7）支吊架的位置應(yīng)盡可能整齊有序，使支撐效果美觀大方。

30

2)

承重支吊架位置的確定

承重支吊架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：

（1）支吊架位置應(yīng)能滿足管道最大允許跨度的要求。跨距要求見后面所

述；（2）當(dāng)有集中載荷時(shí)，支架應(yīng)布置在靠近集中載荷的地方，以減少

偏心載荷和彎曲應(yīng)力；（3）在敏感設(shè)備（泵、壓縮機(jī)）的附近，宜設(shè)置承

重支架，以防止設(shè)備嘴子承受過大的管道荷載；（4）支吊架應(yīng)設(shè)在彎管

和大直徑三通式分支管附近；

（5）當(dāng)塔器的水平管嘴直接安裝DN注150的閱門時(shí)?，應(yīng)在閥門附

近設(shè)承重支架；（6）沿立式容器、立式設(shè)備等敷設(shè)的豎直管道，應(yīng)在盡

可能靠近嘴子處的豎管上設(shè)承重支架；（7）一般較長(zhǎng)的豎直管道，應(yīng)在

靠近上面的端部設(shè)承重支架；（8）當(dāng)某些管道元件需要拆卸移走或相連

設(shè)備需要拆卸移走時(shí)，應(yīng)考慮相連管子的穩(wěn)定性必要時(shí)應(yīng)設(shè)承重支架。3）

固定支架位置的確定

固定支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：（1）

對(duì)于復(fù)雜管系，可用固定支架將它劃分成幾個(gè)形狀較先簡(jiǎn)單的管段，L

如形管段、U形管段、Z形管段等，以便分段遇行分析計(jì)算和柔性設(shè)計(jì)；

（2）確定管道固定支架位置時(shí)，應(yīng)使其有利于兩固定點(diǎn)之間管段的自然補(bǔ)

償；

31

（3）選用n形補(bǔ)償器時(shí)，宜將其設(shè)置在兩固定支架的中部不能位于

兩固定支架的中部時(shí)，門型補(bǔ)償器距固定支架的距離不宜小于兩支架間

距的1/3；（4）固定支架宜靠近需要限制分支管位移的地方；（5）固定

支架應(yīng)設(shè)置在需要承受管道振動(dòng)、沖擊載荷或需要限制管道多方向位移

的地方；（6）迸出裝置的工藝管道和非常溫的公用工程管道，宜在裝置

分界處設(shè)固定支架；（7）落地生根的調(diào)節(jié)閱組、蒸汽分配管、其它閥組

和分配管等，應(yīng)一端設(shè)固定支架，但此時(shí)固定支架的位置不應(yīng)阻礙管系

的熱補(bǔ)償。

4）

導(dǎo)向支架位置的確定

（1）豎直管道較長(zhǎng)時(shí)，為了防止因風(fēng)載荷等引起的管道大幅度振動(dòng)或

擺動(dòng)，應(yīng)在中間若干位置設(shè)置導(dǎo)向支架，以增加其穩(wěn)定性。（2）管廊上

管道直線距離較長(zhǎng)而且中間無(wú)固定點(diǎn)和止推支架時(shí)，應(yīng)在中間若干點(diǎn)設(shè)

置導(dǎo)向支架，以防止管道產(chǎn)生橫向不穩(wěn)定：（3）管道在拐彎處有較大位

移并影響到鄰近管道或其它設(shè)施時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置導(dǎo)向支架；（4）

允許管道軸向位移而不允許橫向位移的位置應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架；（5）水平

設(shè)置的門型補(bǔ)償器兩側(cè)應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向支架，導(dǎo)向支架距補(bǔ)償器的中心位

置應(yīng)為32DN~42DN；

32

（6）水平設(shè)置的自由型波紋管膨脹節(jié)兩端應(yīng)設(shè)置若干導(dǎo)向支架，第一

組導(dǎo)向支架距膨脹節(jié)中心位置應(yīng)不大于4DN,第二組導(dǎo)向支架距第一組

應(yīng)不大于14DN；（7）導(dǎo)向支架的位置應(yīng)不影響管道的自然補(bǔ)償。一般情

況下，管道的彎頭、分支處不應(yīng)設(shè)導(dǎo)向支架。5）限位支架位置的確定限

位支架位置的確定

限位支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：（1）

限位支架在某些場(chǎng)合可代替固定支架，如補(bǔ)償器的兩端，裝置邊界線的管

道固定點(diǎn)等；

（2）在熱態(tài)情況下，當(dāng)管系的熱脹方向朝向敏感設(shè)備嘴子時(shí)，可在適

當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置逆熱膨脹方向的止推支架；（3）剛度較大的管道對(duì)設(shè)備、

設(shè)備基礎(chǔ)等產(chǎn)生較大推力時(shí)，可在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)止推支架。1）防振支

架位置的確定

防振支架的位置除滿足上述的基本原則之外，尚應(yīng)符合下列要求：（1）

有機(jī)械振動(dòng)的管道，應(yīng)設(shè)防振管卡。防振管卡的數(shù)量及位置應(yīng)滿足管系動(dòng)

應(yīng)力分析的要求；（2）有地震設(shè)防要求的管道應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置防振支

架；（3）可能發(fā)生水擊、兩相流等而且能引起管道的振動(dòng)時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)

位置設(shè)置防振管卡；（4）防振支架的生根部分應(yīng)有足夠的剛度；

33

（5）防振支架應(yīng)盡量沿地面設(shè)置；（6）防振支架宜設(shè)獨(dú)立基礎(chǔ)，并

避免生根在廠房的梁柱上。14.摩擦系數(shù)1）在管道柔性設(shè)計(jì)中，應(yīng)考

慮支架摩擦力的影響，摩擦系數(shù)應(yīng)按下表選取。

摩擦類型滑動(dòng)摩擦

接觸面鋼對(duì)混凝土鋼對(duì)鋼聚四氟乙烯對(duì)不銹鋼

摩擦系數(shù)u0.60.30.10.1

滾動(dòng)摩擦2）3）擾。4）

鋼對(duì)鋼

重要關(guān)系進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)應(yīng)考慮摩擦力對(duì)整個(gè)管系的受力分配。對(duì)

于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備應(yīng)盡可能采用吊架，以減少摩擦力對(duì)設(shè)備嘴子受力的干

當(dāng)采用吊桿或彈簧吊架承受管道荷載時(shí)，可不考慮摩擦力的影響。

15.例題彈簧支吊架編號(hào)(彈簧號(hào))的選定當(dāng)用計(jì)算機(jī)程序?qū)艿?/p>

進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，某些程序有自動(dòng)選擇彈簧支吊架的功能，人工計(jì)算時(shí)，

可根據(jù)彈簧所能承受的最大荷載和管道最大的垂直位移量選擇彈簧。管

道的最大垂直位移量，可按本章第四節(jié)介紹的方法計(jì)算，彈簧所承受的

最大荷載由下述原則確定。管道熱位移向上時(shí)：

34

安裝荷載=工作荷載+位移量X彈簧剛度管道熱位移向下時(shí)?：安裝

荷載=工作荷載一位移繭X彈簧剛度CD42135-89系列彈簧荷載選用見

表15-2-42o使用此表時(shí)，把管道的基本荷載視為彈簧的工作荷載，

再根據(jù)位移方向及大小，在表中查出安裝荷載。查出安裝荷載后，再根

據(jù)下式計(jì)算荷載變化率，使其小于或等于25%：荷載變化率=[(|PG

-PA|)/PG]X100%W25%式中PG——工作荷載；

PA——安裝荷載。例1：某根管道的工作荷載為7628N,運(yùn)行時(shí)位

移向上，位移量為10mm,根據(jù)管道安裝要求，需采用A型吊架，試選

擇吊架型號(hào)：解：(1)查表15-2-42,暫定該吊架位移范圍為VS30(2)

在表15-2-42的中線和上粗線之間查得工作荷載(基本荷載)為7628N

的彈簧編號(hào)為13。(3)以7623N對(duì)應(yīng)的VS30刻度值向下10mm查

得安裝荷載為9123No(4)驗(yàn)算彈簧荷載變化率：[(|7628—91231)/7628]

X100%=19.6%<25%(5)選用吊架型號(hào)為VS30Al3。當(dāng)所選用的彈簧

其荷載變化率〉25%時(shí)，應(yīng)減小彈簧剛度，另選位移范圍大一級(jí)的彈簧。

35

例2：某管道工作荷載為17350N,運(yùn)行時(shí)位移向上，位移量為12mm。

根據(jù)管道安裝要求需采用G型吊架，試選擇吊架型號(hào)：解：（1）查表

15-2-42,暫定該吊架位移范圍為VS30；（2）G型吊架每個(gè)吊架實(shí)際僅承

受管道荷載的一半，即17350/2=8675N。（3）在表15-2-42的中線和

上粗線之間查得工作荷載為8675N的彈簧編號(hào)為13。（4）以8675N對(duì)

應(yīng)的VS30刻度值向下12mm查得安裝荷載為10469N。（5）驗(yàn)算彈簧

荷載變化率：[（|8675—104691）/8675]X100%=20.6%<25%（6）選

用吊架型號(hào)為VS30G13?第五章應(yīng)力分析1.1）2）3）4）5）2.進(jìn)行

應(yīng)力分析的目的是使管道應(yīng)力在規(guī)范的許用范圍內(nèi)；使設(shè)備管口載荷符

合制造商的要求或公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)；計(jì)算出作用在管道支吊架上的荷載；解

決管道動(dòng)力學(xué)問題；幫助配管優(yōu)化設(shè)計(jì)。管道應(yīng)力分析主要包括哪些內(nèi)

容？各種分析的目的是什么？管道應(yīng)力分析主要包括哪些內(nèi)容？各種分

析的目的是什么？

36

答：管道應(yīng)力分析分為靜力分析和動(dòng)力分析。1）靜力分析包括：靜

力分析包括

（1）壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計(jì)算一一防止塑性變形破

壞；（2）管道熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計(jì)

算一一防止疲勞破壞；（3）管道對(duì)設(shè)備作用力的計(jì)算一一防止作用力太

大，保證設(shè)備正常運(yùn)行；（4）管道支吊架的受力計(jì)算一一為支吊架設(shè)計(jì)提

供依據(jù)；（5）管道上法蘭的受力計(jì)算一一防止法蘭泄漏；（6）管系位移計(jì)

算一一防止管道碰撞和支吊點(diǎn)位移過大。2）動(dòng)力分析包括：動(dòng)力分析

包括

（1）管道自振頻率分析一一防止管道系統(tǒng)共振；（2）管道強(qiáng)迫振動(dòng)響

應(yīng)分析一一控制管道振動(dòng)及應(yīng)力；