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火力发电厂管道支吊架存在的问题及调整措施摘要本文对火力发电厂管道支吊支吊架的运行现状中存在的问题及其对管道受力的影响进行了叙述，指出管道支吊架的检查及调整的一般要求，提出了有针对性的调整措施，力求使工程改造实施后支吊架处于正常工作状态。
关键词管道；支吊架；应力分析；调整中图分类号TU 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)061-0150-02近年来一些投产较早的火力发电厂，由于当时管道支吊架的技术加工能力差以及材料制造水平低的原因，导致了在运行时存在较多问题。
如果只强调检修和维护不能够彻底地解决问题的，必须对管道支吊架进行系统改造，才能保证机组及运行人员的安全。
1 管道支吊架系统存在的主要问题及其对管道受力的影响1.1 主要问题如果火力发电厂管道运行达不到设计要求，就会引起吊架受力不合理以及管道运行应力升高。
失效的支吊架不但会导致管道冷、热态承载重新分布，使部分管段局部变形，令其使用寿命大大缩短，而且还会损坏邻近支吊架的正常工作状态，引起连锁的失效反应，严重影响机组的安全运行。
因此，要对管道支吊架系统存在的主要问题给予足够的重视，应着重注意以下几个方面的问题。
1）因管道支吊架安装不正确而造成的管道位移异常。
2）管道支吊架发生异常位移，位移受阻或者是达到极限位置。
3）因支吊架压死或折断而损坏，使得管道系统失效。
4）支吊架的冷态或者热态位置不正确。
5）恒力弹簧吊架出现普遍锈死情况。
6）管道保温性能较差，易造成雨水腐蚀管道。
7）吊耳及管夹产生裂纹甚至是发生断裂，支吊架连接件的固定螺栓松动或者脱落。
8）恒力吊架或弹簧吊架、减振器以及阻尼器的弹簧松弛失效。
1.2 对管道受力的影响上述因安装不当产生的问题以及因长时间使用而导致的零部件失效，会重新分配管道载荷，使处于管道端点的推力和扭矩发生极大变化。
弹簧松弛的程度更会引起管道端点处的扭矩成倍增加，使管道的受力情况恶化至不受控制的地步，因此令管道的安全运行受到严重的影响。
1 目的为规范公司内部城市热力管网设计，特制定本规定。
2 范围本规定适用于城市热力网设计。
本次规定暂以蒸汽作为主要供热介质编制，今后将补充热水热力网设计的有关规定。
3 职责由设计部负责组织实施本规定。
4 工程设计基础数据基础数据应为项目所在地资料，以下为镇海炼化所在地资料。
自然条件气温年平均气温：℃极限最高气温：℃(1988年7月20日)极端最低气温：－℃(1977年1月31日)最热月平均气温：℃(7月)最冷月平均气温：℃防冻温度：℃湿度年平均相对湿度：79%月平均最大相对湿度：89% (84年6月)月平均最小相对湿度：60% (73年12月,80年12月,88年11月)气压年平均气压：百帕年极端最高气压：百帕(81年12月2日)年极端最低气压：百帕(81年9月1日)夏季(7、8、9月)平均气压：百帕夏季(7、8、9月)平均最低气压：百帕(72年7月)冬季(12、1、2月)平均气压：百帕冬季(12、1、2月)平均最高气压：百帕(83年1月)降雨量多年平均降雨量：mm年最大降雨量：mm(83年)一小时最大降雨量：mm(81年7月30日6时44分开始)十分钟最大降雨量：mm(81年7月30日7时22分开始)一次最大暴雨量及持续时间：mm(出现在81年9月22日14时16分至23日18时16分)雪历年最大积雪深度：14 cm(77年1月30日)风向全年主导风向：东南偏东；西北；频率10%夏季主导风向：以东南偏东为主冬季主导风向：以西北为主附风玫瑰图风速、风压风速夏季风速(7、8、9月平均)：m/s冬季平均风速(12、1、2月平均)：m/s历年瞬间最大风速：>40m/s(1980年8月28日NNW、1988年8月7日N)最大台风十分钟平均风速：m/s(1988年8月8日E)30年1遇10分钟平均最大风速：~ m/s(十米高,省气象局)基本风压～(按离海较远取小值,靠近海岸取大值)最大冻土层深度及地温冻土层深度：最大冻土层深度：50mm地温:m最低月平均地温(2月)：℃m最高月平均地温(8月)：℃m最低月平均地温(3月)：℃m最高月平均地温(9月)：℃m最低月平均地温(4月)：℃m最高月平均地温(10月)：℃雷暴日年平均雷电日数：天雾年平均雾日：天年最高雾日：48天(1984年)工程地质地质勘探资料见浙江省勘察设计院初勘资料。
室外热力管网安装1.1 室外热力管道的安装热电站集中供热和区域供热，具有高效能、低热耗、减少环境污染等优点。
由热电站或中心锅炉房到用户的热媒，往往要经过几千米或几万米的长距离运送，而且其管道的管径一般较大，热媒的压力较大，温度也较高，因此对于室外热力管道的施工安装、质量要求等都较为严格。
室外热力管道的敷设，常采用地下敷设和架空敷设两种方式。
地下敷设一般有可通行地沟敷设、半通行地沟敷设、不可通行地沟敷设和无地沟敷设等几种。
1.1.1 室外供热管道和支吊架安装室外供热管道管径大、分支较少、管线较长，因此在施工时，应当注意管道各种支架的安装位置是否正确。
热力管道支吊架的作用是支撑热力管道，并限制管道的侧向变形和位移。
它要承受由热力管道传来的管内压力、外载负荷作用力（包括重力、摩擦力、风力等）以及温度变化时引起管道变形的弹性力，并将这些力传到支吊结构上去。
1.安装内容室外供热管道和支吊架安装的内容：定位放线—支架的形式—支架的安装—热力管道安装—防腐保温。
2.安装要求（1）定位放线。
按照图纸要求，放出管道中心线，在管道水流方向改变的节点、阀门安装处、管道分支点等位置进行放线，并在变坡点放出标高线。
（2）支架的形式。
管道支架的形式很多，按照对管道的制约情况，可分为固定支架和活动支架两类。
①活动支架。
热力管道活动支架的作用是直接承受热力管道及其保温结构的质量，并使管道在温度的作用下能沿管轴向自由伸缩。
活动支架的结构形式有滑动支架、滚动支架、悬吊支架及导向支架四种。
a.滑动支架。
滑动支架分为低位滑动支架和高位滑动支架两种。
低位滑动支架如图1-1所示。
它是用一定规格的槽钢段焊在管道下面作为支座，并利用此支座在混凝土底座上往复滑动。
图1-2所示是另一种低位滑动支架，它是用一段弧形板代替上面的槽钢段焊在管道下面作为支座，故又称“弧形板滑动支架”。
高位滑动支架的结构形式类似图1-1所示的低位滑动支架，只不过其托架高度高于保温层厚度，克服了低位滑动支架在支座周围不能保温的缺陷，因而管道热损失较小。
室外供热管网管道支座（架）管道支架的作用是支承管道，有的也限制管道的变形和位移。
根据支架对管道的制约情况，分为活动支架和固定支架。
一、活动支架支承管道且允许管道有位移的支架称为活动支架。
活动支架的类型较多，有滑动支架、导向支架、滚动支架、吊架等。
1.滑动支架滑动支架的主要承重构件是横梁，管道在横粱上可以自由移动。
不保温管道用低支架安装，保温管道用高支架安装。
（1）低支架用在不保温管道上，按其构造型式又分为卡环式和弧形滑板式两种。
图12-18所示卡环式，用圆钢煨制U形管卡，管卡不与管壁接触，一端套丝固定，另一端不套丝；图12-19所示弧形滑板式，在管壁与支承结构间垫上弧形板，并与管壁焊接，当管子伸缩时，弧形板在支承结构上来回滑动。
(2)高支架高支架用在保温管道上，焊在管道上的高支座在支承结构上滑动，以防止管道移动摩擦损坏保温层，其结构形式如图12-20所示。
2.导向支架导向支架是为使管子在支架上滑动时不致于偏移管子轴线而设置的。
它一般设置在补偿器两侧、铸铁阀门的两侧或其他只允许管道有轴向移动的地方。
导向支架是以滑动支架为基础，在滑动支架两侧的横梁上，每侧焊上一块导向板，如图12-21所示。
导向板通常采用扁钢或角钢，扁钢规格为-30×10，角钢为L36×5，导向板长度与支架横梁的宽度相等，导向板与滑动支座间应有3mm的空隙。
3.吊架悬吊架结构简单，摩擦力小。
一种常见的悬吊架形式如图12-22所示。
管道通热运行后，各点的热变形量不同，造成各悬吊架的偏移幅度不一样，使管道产生扭曲。
如果管道有垂直位移，而又不允许产生扭曲，则可采用弹簧吊架，如图12-23所示。
因悬吊架管道有易产生扭曲的特点，所以选用补偿器时应加以注意。
如只能选用可抗扭曲的方形补偿器，而不能选用套管补偿器。
4.滚动支架滚动支架以滚动摩擦代替滑动摩擦，可减小管道热伸缩时的摩擦力，如图12-24所示，滚动支架主要用在管径较大而无横向位移的管道上。
热力管道支吊架安装
一、热力管道支吊架安装
支吊架的形式：固定支架和活动支架
活动支架结构型式：滑动支架、滚动支架、悬吊支架及导向支架四种。
固定支架结构型式：常用夹环式固定支架、焊接角钢固定支架、曲面槽固定支架和挡板式固定支架。
（一）支托吊架起作用、种形式
管道的支撑结构称为支架，起支撑管道的作用，并限制管道的变形和位移。
管道支架是管道安装工程中的重要构件之一。
除埋地管道外，管道支架制作与安装是管道安装中的第一道工序。
根据支架对管道的约束作用不同，可分为活动支架和固定支架；按结构形式可以分为托架、吊架和管卡三种。
（1）活动支架的作用是直接承受管道及保温结构的重量，并允许管道在温度作用下，沿管轴线自由伸缩。
活动支架可分为：滑动支架、导向支架、滚动支架、悬吊支架四种形式。
1）滑动支架：是能使管子与支架结构间自由滑动的支架。
可以分为低位支架和高位支架。
前者适用于室外不保温管道，后者适用于室外保温管道。
导向支架：其作用是使管道在支架上滑动时，不至偏离管轴线。
一般设置在铸铁阀门两侧
3）滚动支架：是以滚动摩擦代替滑动摩擦，以减少管道热伸缩时的摩擦力。
可分为滚柱支架及滚轴支架两种。
滚柱支架用于直径较大而无横向位移的管道；滚轴支架用于介质温度较高、管径较大而无横向位移的管道
4）悬吊支架：可分为普通吊架和弹簧吊架。
普通吊架主要用于伸缩量性较小的管道；弹簧支架适用于伸缩性和振动性较大的管道。
供热维护4.1 名词解释1）热网维修热网的维护和检修。
2）热网维护供热运行期间，在不停热条件下对热网进行的维护工作。
3）热网检修在停热条件下对热网进行的检修工作。
4）备品备件范围备品备件应包括配件性备件、设备性备品和材料性备品。
5）锚固段管道温度发生变化时，不产生热位移的管段。
6）波纹管补偿器依托有连续波状突起部件的波形变化实现热补偿的补偿器。
7）冷紧系数管道安装时的冷紧量与设计热伸长量的比值。
8）调压孔板热水供热系统中用于消耗管网多余作用压头的孔板。
47484.2 判断题判断下列各题的描述是否正确，在你认为正确的题后括号内打“√”，认为错误的题后括号内打“×”。
1）板式换热器板片间流通截面窄，水质不好形成水垢或污物沉积，容易堵塞。
（√）2）油垢不影响换热器的传热能力。
（×）3）温度越高，压力越大，金属化学腐蚀现象越显著。
（×）4）物体的热膨胀受到约束时，内部将产生压应力。
（√）5）离心式水泵以单吸或双吸区分时是按叶轮进水方式的方法分类。
（√）6）严禁采用在焊缝两侧加热延伸管道长度、螺栓强力拉紧、夹焊金属填充物和使用补偿器变形等方法强行对口焊接。
（√）7）不得在焊缝及其边缘上开孔。
（×）8）管道任何部位均不得有十字形焊缝。
（√）9）管道支架处不得有环形焊缝。
（√）10）不合格的焊接部位，应根据作业指导书进行返修，同一部位焊缝的返修次数不得超过3次。
（×）11）焊接作业区5m范围内不得放置木材、油漆、涂料等易燃物。
（×）12）气瓶避免暴晒、电击、碰撞，与施焊点距离不得小于10m。
（√）13）乙炔气瓶必须有防止回火的安全措施。
（√）14）焊接或切割作业必须涉及的电气设备引接、拆卸原则上由电工操作，如不具备条件，其他人员也可以操作，但必须有人监护。
（×）15）三相异步电动机分两部分，由定子和转子组成。
（√）16）离心泵按工作叶轮数目可分为单级泵、多级泵。
热力管道补偿分类概述前言热力管道输送得介质温度很高,投入运行后,将引起管道得热膨胀,使管壁内或某些焊缝上产生巨大得应力,如果此应力超过了管材或焊缝得强度极限,就会使管道造成破坏。
本文就热力管道得热膨胀、热应力、轴向推力得理论分析计算,针对各种补偿器得选用原则与安装要点进行了简述。
通常讲得热力管道得补偿方式有两种:自然补偿与补偿器补偿。
1.自然补偿自然补偿就就是利用管道本身自然弯曲所具有得弹性,来吸收管道得热变形。
管道弹性,就是指管道在应力作用下产生弹性变形,几何形状发生改变,应力消失后,又能恢复原状得能力。
实践证明,当弯管角度大于3 0°时,能用作自然补偿,管子弯曲角度小于30°时,不能用作自然补偿。
自然补偿得管道长度一般为15～25m,弯曲应力бbw不应超过80MPa。
管道工程中常用得自然补偿有:L型补偿与Z型补偿。
2.管道补偿器补偿热力管道自然力补偿不能满足,应在管路上加设补偿器来补偿管道得热变形量。
管道补偿器就是设置在管道上吸收管道热胀冷缩与其她位移得元件。
常用得补偿器有方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器与球形补偿器。
(1)方形补偿器。
方形补偿器就是采用专门加工成U型得连续弯管来吸收管道热变形得元件。
这种补偿器就是利用弯管得弹性来吸收管道得热变形,从其工作原理瞧,方形补偿器补偿属于管道弹性热补偿。
方形补偿器由水平臂、伸缩臂与自由臂构成。
方形补偿器就是由4个90°弯头组成,其优点就是:制作简单,安装方便,热补偿量大工作安全可靠,一般不需要维修;缺点就是:外形尺寸大,安装占用空间大,不太美观。
方形补偿器按其外形可分为Ⅰ型－标准式(c＝2h),Ⅱ型－等边式(c＝h),Ⅲ型—长臂式(c＝0、5h),Ⅳ型－小顶式(c＝0),其中Ⅱ型、Ⅲ型最为常用。
制作方形补偿器必须选用质量好得无缝钢管揻制而成,整个补偿器最好用一根管子揻成,如果制作大规格得补偿器也可用两根弯管或三根弯管焊制,方形补偿器不宜用冲压弯头焊制而成。
室外供热管网安装施工技术规范1.1.1一般规定11.1.1本章适用于厂区及民用建筑群(住宅小区)的饱和蒸汽压力不大于0. 7MPa,热水温度不超过130℃的室外供热管网安装工程的施工及质量检验和验收。
1.1.22供热管网的管材应按设计要求，当设计未注明时，应符合下列规定：1管径小于或等于40mm时，应使用焊接钢管。
2管径为50〜200mm时，应使用焊接钢管或无缝钢管。
3管径大于200mm时，应使用螺旋焊接钢管。
1.1.33室外供热管道连接均应采用焊接连接。
11.2管道及配件安装11.3. 1 施工准备1技术准备(1)所有安装项目的设计图纸已具备，并且已经过图纸会审和设计交底。
(2)施工方案已编制。
(3)施工技术人员向班组做了图纸和施工技术交底。
2材料准备(1)焊接钢管、无缝钢管、螺旋焊接钢管及配套管件，平衡阀、调节阀、截止阀、闸阀、旋塞、自动排气阀、集气罐、补偿器、除污器等阀门。
(2)型钢、螺栓、钾钉、电焊条、焊丝、石棉板、石棉橡胶垫、棉纱、麻丝、石棉绳、聚四氟乙烯生料带、机油、汽油、铅油、粉笔、小线、石笔、白灰、锯条、砂轮片、氧气、乙快、垫铁、水泥、砂子、木板等。
3主要机具(1)机具：吊车、卷扬机、砂轮锯、切管机、坡口机、套丝机、除锈机、台钻、电焊机、喂弯器、电锤等。
(2)工具：压力案、台虎钳、电焊工具、气焊工具、人字桅杆、滑轮、钢丝绳、千斤顶、倒链、管钳、8磅大锤、尖镐、手推车、木桩、铁锹、撬棍、手锤、锲刀、手锯、活扳手、钢丝刷子等。
(3)其他：经纬仪、水准仪、钢盘尺、钢卷尺、水平尺、线坠、琴子、粉笔、小线等。
4作业条件(1)若为混凝土支架架空敷设、混凝土支架已经预制完。
(2)不通行地沟、半通行地沟或通行地沟的砌筑已完成，或能满足支吊架安装和管道安装。
应把地沟内杂物清理干净，未盖盖板前安装。
(3)管道所在位置及周围的障碍物已清除。
11.2.2材料质量控制1材料除应符合本标准第3. 2节“材料设备管理”的规定外，尚应满足以下要求：(1)所有材料使用前应做好产品标识，注明产品名称、规格、型号、批号、数量、生产日期和检验代码等，并确保材料具有可追溯性。
一、选择题（共 25 题，每题 2 分）：【1】所谓热化系数是指热电厂供热机组的最大抽汽供热量与供热系统的（）热负荷之比。
A．最大B．额定C．最小D．平均【2】热力网加热器因检修停运时，应（）。
A．先关闭进汽门，再开水侧旁路，关水侧出、入口门B．先关闭水侧出、入口门C．同时关闭进水门及水侧出、入口门D．先并启放水门及排空门【3】热水网路循环水泵的扬程与下列哪个因素无关？（）A．热用户建筑物高度B．热网长度C．管径大小D．流速快慢【4】-台流量计的量程比为1:10,其上限刻度为1000t/h，此流量计可测的最小流量为（）t/h，可测的最大流量为（）t/h。
A．1,10B．10,100C．100,1000D．1000,10000【5】热力网加热器正常运行中要注意蓝视汽侧的压力、温度及水侧的出、入口温度，尤其应注意监视加热器的水位，使其保持在（）。
A．高水位B．低水位C．正常位置D．满水位【6】液体的对流换热系数比气体（）。
A．差不多B．-样C．高D．低【7】当加热器内水流量过小时，因热力网水压低，就会使加热器水侧的水因温度超过饱和温度而汽化，阻塞水流，发生这种情况时，要（），打开水侧排空门排出水侧蒸汽。
A．及时关闭进汽门B．开大进水门C．开大进汽门D．关闭进水门【8】汽热力网的供热调节，根据调节地点的不同，可分为中央调节、局部调节和单独调节三种，在热电厂内进行的中央调节是（）供热调节方式。
A．最方便的B．最经济的C．最灵活的D．最少用的【9】1个标准大气压为（）Pa。
A．1.01325×10^5B．1.01325×10^5C．1.01325×10^5D．1.01325×10^5【10】无论热力网系统循环水泵是否投入运行，供热系统的任何一点都不应发生（）和超压现象。
A．倒空B．汽蚀C．满水D．凝结【11】温度越高，应力越大，金属（）现象越显著。
A．热疲劳B．化学腐蚀C．蠕变D．冷脆性【12】换热机组压差控制器不稳定的原因可能是（）。
热力管道吊架的做法热力管道吊架是指用于支撑和固定热力管道的一种设备。
在热力管道工程中，吊架的作用非常重要，它不仅能够承担管道的重量，还能够保证管道在运行过程中的稳定性和安全性。
热力管道吊架的做法有很多种，下面将介绍几种常见的做法：1. U型吊架：这是一种常见的吊架形式，它采用U型钢托架，将管道放置在U型钢托架的槽口中，通过螺栓将管道固定在托架上。
U 型吊架适用于直径较大、重量较大的管道，能够提供较强的承载能力和稳定性。
2. 悬挂吊架：悬挂吊架主要由吊杆和悬挂支架组成，吊杆通过螺栓与管道连接，悬挂支架则通过焊接或螺栓连接到建筑物结构上。
悬挂吊架适用于管道穿越建筑物或跨越较大距离的情况，能够提供良好的支撑和固定效果。
3. 支撑吊架：支撑吊架主要由支撑杆、支撑座和支撑架组成，支撑杆通过螺栓连接到管道上，支撑座则通过焊接或螺栓连接到建筑物结构上。
支撑吊架适用于长距离管道的支撑，能够提供较好的稳定性和安全性。
4. 锁紧吊架：锁紧吊架采用机械锁紧装置将管道固定在吊架上，通过拧紧螺栓或旋转手柄来实现锁紧。
锁紧吊架适用于对管道固定度要求较高的场合，能够提供可靠的支撑和固定效果。
除了以上几种常见的吊架做法外，根据具体的工程要求，还可以采用其他吊架形式，如悬臂吊架、自由支吊架等。
在进行热力管道吊架设计时，需要考虑以下几个方面：1. 管道的重量和载荷：根据管道的材质、直径和厚度等参数，计算出管道的重量，并根据工程要求确定管道所能承受的最大载荷。
2. 吊架的承载能力：根据吊架的材质、结构形式和连接方式等参数，计算出吊架的承载能力，并确保其能够满足管道的重量和载荷要求。
3. 管道的支撑点：根据管道的长度和弯曲情况，确定管道的支撑点位置和数量，保证管道在运行过程中的稳定性和安全性。
4. 吊架的安装方式：根据工程要求和现场条件，确定吊架的安装方式，如焊接、螺栓连接等，确保吊架能够牢固地固定在建筑物结构上。
5. 吊架的防腐措施：根据管道所处的环境条件和介质特性，选择合适的防腐措施，如涂覆防腐漆、使用防腐胶带等，保护吊架免受腐蚀。
安装技术弹性支吊架在热力管网中的应用金陵石油化工设计院 张礼贵☆提要 介绍了常用弹性支吊架种类及选择计算方法,提出了增加管道自然补偿能力的措施,并用CAESARII 应力计算软件对Π型管系进行了应力分析,以计算例证说明了弹簧支吊架的作用。
关键词 热力管网 弹性支吊架 荷载 应力Sp ri n g s up p orts a n d h a n g e rs i n h e a t s up p l y n e t w orksBy Z hang Ligui★Abs t r a c t P r e s e n t s c ommon t yp e s of s p ri ng s up p o r t s a nd ha ng e r s a nd c ho os i ng me t ho ds ,p ut s f o rw a r d me t ho ds of f r e e i ng t he bi ndi ng f o r c e s i n t he he a t s up p l y ne t w o r k.Wi t h t he p r o g r a mme (CA ES AR Ve r 2)f o r c a l c ul a t i ng s t r e s s ,a na l ys e s t he s t r e s s i n Πt yp e p ip i ng li ne ,a nd e xp l a i ns t he r ol e of s p ri ng s up p o r t s a nd ha ng e r s.Ke yw o r ds he a t i ng s up p l y p ip i ng ,s p ri ng s up p o r t a nd ha ng e r ,l o a d ,s t r e s s ★Jinling Petrochemical Corp oration Design Institute ,China0 引言①笔者在热网设计和运行管理实践中,对较典型的“Π”型补偿的热力管线进行了观察和分析,发现在龙门顶部的两个支架由于受垂直位移的影响常常脱空。
这种情况一方面使管线产生过大应力影响自身的安全,同时由于支架荷载的转移,邻近两个低点支架往往因超载而遭到破坏。
管道支吊架中的弹性支吊架用于有垂直位移的支吊点。
本文将简要介绍弹性支吊架选择计算,并以Π型管系为例,用CAESARII 管道应力计算软件对其进行应力分析,说明弹性支吊架的作用。
1 弹性支吊架的型式及作用弹性支吊架分可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架两大类。
可变弹簧支吊架的特点是当管线在垂直方向发生位移后,弹簧压缩或伸长,支点受力发生变化。
目前在石化行业和电力系统广泛使用两大系列可变弹簧支吊架,石化行业执行G B 10182-88标准;电力系统有专用系列,到目前已发展到第三代。
恒力弹簧支吊架的特点是当管系在垂直方向发生位移时,支点受力不变,其荷载变化率在理论上为零,适用于垂直位移量变化较大或者荷载变化率要求严格的场合。
恒力弹簧支吊架的技术标准为G B 10182-88。
无论是可变弹簧还是恒力弹簧支吊架,都是利用其伸缩特性,保证支吊点不脱空,使管系的应力分布在安全合理的范围内。
2 弹簧支吊架(以下简称弹簧)的选择和计算2.1 选择原则①管道由冷态到热态,弹簧的荷载变化系数不应大于35%,对于主要管道不大于25%。
②弹簧的安装荷载或工作荷载均不应大于弹簧的最大允许荷载。
③弹簧串联安装时,应选用最大允许荷载相同的弹簧,此时热位移应根据弹簧的最大允许荷载下的变形量按比例分配;并联时,应选用相同的型号,其荷载由两侧弹簧平均承担。
2.2 选择计算①支吊点热位移D y 的计算管道支吊点的热位移值,一般应使用经审定的计算程序计算。
温度较低的次要管道也可使用近似方法计算。
近似计算法较多,繁简不一,但与实际均有差异,计算时可查阅文献[7～9]。
②支吊点荷载P gz 的计算支吊点荷载的计算实际上就是解决自重荷载在各支吊・48・ 2000年第30卷第4期 ①☆张礼贵,男,1962年10月生,大学,工学学士,工程师210033南京栖霞区甘家巷(025)5509555-86688收稿日期:1999-09-07稿件修回日期:2000-05-08架间的分配问题。
由于管道布置形状的任意性和复杂性,要从理论上找出合理的荷载分配办法比较困难,现行的方法往往带有一定的经验性。
总的原则应尽量使管系的自重应力分布较为均匀。
常用的荷载分配条件有3种: a吊零条件:假设每个支吊点处管道自重产生的垂直位移为零。
此种分配方法计算工作量极大,只能用计算机计算。
b简支梁条件:假定两相邻支吊点间的管段为简支梁,近似分配荷重。
此种方法可用手工计算,一般情况下与a 计算结果较为接近。
c吊零加给定荷载:对一般的支吊点按a条件,而对于某些支吊点(如吊零分配荷载过大或过小的不均匀点、失重点以及需要承担一定支吊荷载处)则按给定荷载计算。
计算表明,这种分配条件对于使用计算机计算较为理想,并满足工程实际需要。
根据热位移和工作荷载,查阅文献[7～9],在弹簧系列特性表中可选择合适的弹簧型号。
3 Π型管系应力分析3.1 常用应力分析程序随着计算机应用的日益普及,目前管道应力分析常用的程序有:等值刚度法计算程序、有限单元法计算程序、SAP5程序(进口)、PBAA程序(石油化工非埋地管道抗震设计与鉴定程序)、CAESAR管道应力分析程序(进口)。
其中,CAESAR是进行管道静动力分析的专用程序,功能相当齐全,它可以考虑管道的非线性约束,如管道与支架之间的摩擦力、限位支架的间隙等。
3.2 ANSI判断式分析法对具有同一直径、同一壁厚、无分支、两端固定、无中间约束的非剧毒介质管道,只要管系具有足够的柔性,热膨胀和端点位移所产生的应力在许用范围内,并能满足式(1)要求,可不再进行详细计算。
判断式如下:D o×Y(L-U)2≤208.4(1)式中D o为管外径,mm;U为管段两固定点间的直线距离, m;Y为管段总位移,mm;L为管段在两固定点间的展开长度,m。
3.3 增加管道自然补偿能力的措施安装热力管道时往往要考虑自然补偿或设置各种型式的补偿器,以吸收管道的热胀和端点位移。
除少数管道采用波型补偿器外,大多数管道的热补偿是靠自然补偿实现的。
有时为了提高补偿能力而增加管道的弯曲,设置Π型补偿器等属于自然补偿的范畴。
增加管道自然补偿能力一般可以采取以下几项措施:①改变管道走向,尽量使管道远离固定点间的连线布置,以增加整个管道的柔性。
②利用弹性支吊架放松约束。
③改变设备或固定点的布置。
这里要提及的是,热力管道工作温度≥430℃时宜进行冷紧,对其它管道当需要减小工作状态下对设备的推力和力矩时,也可进行冷紧。
一般来说,冷紧的目的是使管道的热应变部分出现在冷态,从而降低管道在运行初期热态下的热胀应力和对端点的推力和力矩,使管道的冷热应变达到最佳的自均衡。
但冷紧不改变热胀应力范围(二次应力验算的是热胀应力范围,即按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算),因此冷紧不能增加管道的补偿能力。
3.4 Π型管系应力分析计算对于工程中常用的Π型管系,笔者曾用前述的5个应力计算程序分别进行了计算和比较,现将CAESARII程序的应力分析作一简要归纳。
①计算管系布置示意图(见图1)图1 应力计算简图1,8为固定支架,3,6为导向支架,其余为活动支架②计算条件管径: 159×4.5mm;压力:1.0MPa;温度:130℃;介质:热水;材质:10#钢;管线质量(含介质及保温材料):500 N/m。
③判断D o=159mm;L=52.6m;U=50m;Y=64mm。
将已知数代入式(1),得1505.3,大于208.4,判断结果表明该管系需进行详细应力分析。
④按图1的约束型式用CAESARII程序计算的主要结果见表1。
表1 计算结果计算序号D y P gz P azσ1[σ]1σ2[σ]2σ3[σ]3P x P y/mm/kN/kN/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/MPa/kN/kN 117.70 -440918613816221813821-1909 201931-440947138348218395356172232007 358-4409-5310581381862186057-1647 40-1532-4649491381732184226-1996 注:[σ]1为一次许用应力,[σ]2为二次许用应力范围,[σ]3为合成许用应力范围,D y,P gz,P az,P x,P y,分别为支架4,5点的热位移,工作和安装荷载,x,y方向弹性力。
计算结果表明,当支架4,5为一般活动支架时,热态时支架已经脱空。
这一方面使工作状态下管线自重荷载由支架4,5转移给支架3,6(往往使其超载),另一方面因管线跨距增大,使得σ1>[σ]1,管线应力不合格。
因为应力计算规范要求,一次应力属于强度破坏,必须保证σ1≤[σ]1,而二次应力则属于疲劳破坏,若σ2>[σ]2,允许把一次应力未用足部分加在二次许用应力范围中,即只要σ3≤[σ]3,管线补偿仍是合格的。
・58・ 暖通空调HV&AC 安装技术上述管线中,若将支架4,5由一般滑动支架改为y 向全约束(不允许向上移动),则会发现管线明显补偿不合格(二次应力大大增加),计算结果见表1中序号“2”。
⑤采取的对策与措施要解决该管线应力不合格的问题,可以从以下两方面采取措施。
a 从表1序号“1”可以看出,4,5两个约束点只要允许向上移动,二次应力还是合格的,问题是向上移动后一般活动支架将脱空,在工作状态下该支架将失去作用,因此需要一种既能允许上下移动,又能在移动后仍能承受所应分配给它的管线自重荷载的约束形式,选用合适的弹性支吊架便可解决问题,计算结果见表1序号“3”。
b 从表1序号“2”中的结果来看,4,5两点y 方向上下全部约束后,需增加管系的补偿能力。
最常用的做法是增加补偿高度H ,在保证二次应力合格的前提下,经过合理调整H 尺寸,使管系刚度发生变化,保证4,5两点在热胀(向上位移)、自重(向下位移)等综合作用下,经过冷热态受力而热位移为零,这时也可以使用一般活动支架。
根据这一原则,将高度H 调整为2.5m 后即可达到目的。
计算结果见表1中序号“4”。
4 结论4.1 合理利用弹性支吊架,可以在不改变管线走向的前提下增加管系的补偿能力,因此在热力管网布置中应优先选用弹性支吊架。
4.2 对于Π型管系而言,在热膨胀不大的条件下,合理调整尺寸H ,可以使用活动支架,但必须正确计算出热位移和管系刚度,保证支架热态不脱空。
