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关于化工装置管道工程支架设计的分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-04-24 17:15:44 来源: 作者:用户51652    浏览次数:1    
摘要

1有控制阀组的管道支架控制阀(仪表专业的调节阀)的阀组,包括控制阀及切断阀,旁路阀等,*常见的布置方式为立面布置,在管道弯头的下方设置支架。类似这种阀组的支架除了考虑支承重量外,还要考虑管道热膨胀以及承受振动的力。当阀门进出口压差较大时,或液体管道减压过程产生气体时,更易产生剧烈振动,应引起特别的注意。两相流的管道,应考虑发生水锤的可能性,特别长的且有向上流动的垂直管段时,易发生水锤作用。如果将向...

1有控制阀组的管道支架

控制阀(仪表专业的调节阀)的阀组,包括控制阀及切断阀,旁路阀等,*常见的布置方式为立面布置,在管道弯头的下方设置支架。类似这种阀组的支架除了考虑支承重量外,还要考虑管道热膨胀以及承受振动的力。当阀门进出口压差较大时,或液体管道减压过程产生气体时,更易产生剧烈振动,应引起特别的注意。两相流的管道,应考虑发生水锤的可能性,特别长的且有向上流动的垂直管段时,易发生水锤作用。如果将向上流动的管段布置在控制阀之前,情况就会改善。对于有热膨胀的管道,应根据其柔性计算的要求,将其中1个支架设置为固定架,另1个设置为滑动支架或导向架。如果热胀应力允许,宜在控制阀的出口侧设固定架,入口侧设滑动架。必要时在控制阀出口侧的垂直管端上还要设置导向架。

2塔设备管道的支吊架

塔的管道一般可分为塔顶管道,塔体侧面管道和塔底管道。塔顶管道包括回流管道,进料管道,侧线抽出管道,汽提蒸汽管道,重沸器入口和返回管道等。塔底管道包括塔底抽出管道和塔底排液管道等。这些管道都与塔体上的开口相连接,一般又都是沿塔体的周围或上下来布置。对于塔底再沸器的支架设计,已给出较为详细的设计方案,这里主要讨论沿塔上部下行的管线。塔类管道通常在塔壁上设置支撑,以使其相对位移尽量小。塔类设备管道支架.塔类设备管道支架沿塔上部下行的第1个支架通常设置滑动承重架或固定支架,且尽量靠近设备管口,以减小设备口和支撑点的相对热膨胀位移,减小热膨胀的反力。如果第1个支架至管口之间的管道柔性不够,可采取改变管道走向的方式以适当增加管道的柔性。如果第1个承重架荷载过大,可以另设第2个承重架。

对此类管线进行应力分析时,要考虑开停车,空载,正常操作,水联运等各种工况。由于在各种工况下塔设备与管线的温差会有差别,热位移和热应力应按塔壁和管线热膨胀差*大的情况进行分析。例如,需在竖直管线的弯头处设置支架,无论是否从塔壁上支撑,均应设置为弹簧架,需要注意的是,否则因管道柔性不够,将会导致距弯头*近的刚性支架受力过大或者托空,势必影响到塔壁上支架的受力和管口受力。结合控制阀组的管道支架要求,不难看出,一般不宜在上塔管线太靠近弯头处设置控制阀组。塔的回流管线与塔壁温差较大,且一般设置调节阀组,应力分析时应引起足够的重视。

3离心泵管道的支架

泵的进出口位置是根据处理流体的性质,状态,流量,扬程等不同,分为顶顶,端顶,侧侧,侧顶4种。进行离心泵管道的设计时,必须使其进出口管道具有足够的柔性,以减小管道作用于泵口的力和力矩。对于制造厂未提出受力要求的离心泵,其管口受力一般要求满足API610规定。

离心泵进出口管道布置和管道支架设置见图3.图3离心泵进出口管道布置和管道支架泵的入口管道工艺要求比较严格,出口问题相对少些。为使泵管口受力尽可能小,应在阀门附近设置支吊架,以避免阀门质量作用于泵管口处。如果靠近泵管口处的支吊点存在垂直热位移,应考虑选用弹簧架。对于泵的水平进出口管线,应尽量采用刚性支撑,且靠近泵口的第1个支架通常应做成可调节高度的承重架,对于刚性滑动支架,如果其距弯头的距离过小,将会托空,或者在承重情况下造成泵管口热态受力较大,可考虑采用弹簧架,.需要注意的是,泵的入口管道为水平向与泵口连接时,有时泵体较大,泵口存在垂直的热膨胀,如果滑动支架靠泵口过近,柔性分析往往不能通过。为了避免受到远端管道的水平推力作用于泵管口上,应在管系的对称位置附近设置限位支架或导向支架。需要注意的是,可调节支架目前国内还没有统一标准,需要设计人员提出相关参数,由厂家特殊制造。当多台泵并列布置时,泵间管道热膨胀产生的作用力和管子的摩擦力引起的轴向推力往往是泵口受力超标的重要原因。如果应力分析结果表明是上述原因使泵口受力不能满足要求时,则应考虑增加柔性来吸收连接段的热膨胀,降低滑动处摩擦系数,比较常用的方法是增加1层聚四氟垫板,将钢对钢的摩擦系数0.3降为不锈钢对聚四氟乙烯0.1.此外,对于大型的水泵出口管要注意止回阀关闭时的推力作用。在止回阀及切断阀附近应设置坚固的支架,以承受水击与重力荷载。

4汽轮机和离心式压缩机管口管线支架

离心式压缩机是连续排料的,几乎可以不考虑振动。但由于气体重度小,转子转速高,又为多级式,故轴的找正要求非常高。由于汽轮机管线操作温度较高,受力要求更为严格,因此汽轮机管道的柔性设计是管道应力分析中较为困难的问题之一。

在机器制造厂未提出允许受力限制时,一般气轮机管口受力校核标准为NEMASM23,离心式压缩机管口受力校核标准为API617.离心式压缩机与汽轮机管道的柔性设计具有相似之处,以下主要以汽轮机管道为例进行说明。

(1)计算时必须考虑机器管口的热态位移,并应考虑*不利的工况。

(2)对汽轮机进行受力验算分析时,应该包括进出口和抽汽口;汽封管道可不作详细应力分析,但应保证具有足够柔性。

(3)计算时应注意考虑机器管口处管道法兰的质量。需要注意的是,与机器管口配对的法兰通常压力等级会高于管道压力等级。

(4)计算时应考虑与主管相连支管的影响。一般情况下,汽轮机抽气口和离心式压缩机出口管线上会连接有安全阀管线,由于安全阀的管口承受的外载荷要求尽可能小,以免造成阀体变形,影响安全阀的性能,故要求管线有一定的柔性。由于支架除能承受重力外,还应能承受泄放流体时产生的反力,所以一般会在安全阀出口管线上适当设置一些导向,限位和固定支架,这些支架对机器管口的受力有较大影响。当这些限制性支架使机器管口受力不能通过时,可以考虑用抗安全阀排气反力型阻尼器来替代安全阀出口附近的限制性支架。

(5)汽轮机管口附近的几组支吊架一般采用弹簧支吊架,以减小因垂直管道的热膨胀引起的管口热态作用力,同时减小摩擦力的影响。第1个弹簧支吊架与管口的水平距离宜控制在公称直径为4倍以内,以使压缩机管道的自重及热胀推力和力矩尽可能不作用到压缩机管口上。

(6)机器各管口受力和力矩的整体综合校核往往*难通过,因此计算时应综合考虑各管口的力和力矩,使不同管口处的作用力和力矩能够相互抵消。对于多级压缩的离心式压缩机,制造厂家一般会提出分段进行总体校核允许受力限制。CAESAR软件本身带有NEMASM23和API617校核模块,当离心式压缩机总体校核的管口数量超过4个时,则需要进行人工校核。

(7)汽轮机的管道*好是围绕机器固定点布置,并在管道与机器固定点处坐标轴的交点位置附近设置限位支架,从而使机器管口的热膨胀与管道热膨胀基本相当,以减小管道对机器管口的作用力。

(8)如果调整支承位置,形式及改变管道走向后,汽轮机受力仍难以满足要求,可考虑在汽轮机出口的竖直管道上使用金属波纹管膨胀节。

有些汽轮机进口管线采用高压蒸汽,蒸汽温度甚至达到540!,用CAESAR软件进行应力分析时,如果仍然采用软件默认的冷态弹性模量会比较保守,采用热态弹性模量会更加接近真实。依据机器受力校核标准进行第2项的总体校核时,力和力矩应合成到*大管口的中心处,汽轮机一般是排气口,离心式压缩机一般是进气口。多级压缩的离心式压缩机管口较多,有时口径*大的管口会不止1个,此时应该将基准点选取在何处,相关标准规范没有明确规定。

为保证机器的正常运行,GB50235工业金属管道工程施工及验收规范#和SH3501石油化工剧毒,可燃介质管道工程施工及验收规范#均对转动机器安装时管道法兰与机器法兰之间的间距,平行度和同轴度作出了严格的要求。为了施工中便于达到这些要求,在对转动机器管道进行柔性分析时,不但应使操作状态下机器管口受力满足相应标准的要求,而且应使安装状态下管道对机器管口的作用力尽量接近于零。另外,管道上机器管口附近的第1个弹簧支吊架点应尽量靠近机器管口,必要时可以将第1个弹簧支吊点设置成3个均布的有一定载荷整定率的恒力弹簧,以便于施工中对法兰之间的间距,平行度和同轴度进行调节。转动机器的管道在靠近机器管口处不宜采用冷紧,否则施工要求将难以满足。

5管廊上管道的支架

敷设在管廊上的管线包括各种工艺管道的级别和种类,选择相应的校核准则。例如,目前规模较大的化工装置通常采用参数为9.81MPa,540的高压蒸汽,属于GD1级别的动力管道,应力分析时应按照动力管道规范ASMEB31.1进行校核,而各种工艺管道应按照ASMEB31.3进行校核。

管廊上管道支架的间距,受到管廊结构的梁及柱间距的限制,大管道支架间距通常为6m,小管道支架间距通常为3m.在进行管道设计时,无论是否进行详细的应力分析,均须首先满足允许跨距要求。管道下沉意味着疏水不畅,高温管道的局部地方可能因疏水问题而引起较大的温差应力,严重时会导致管线局部变形,其支架的跨距要求更为严格。

管廊上管道的支架设计重点是各种限制性支架,尤其是固定架。管道的固定点位置应符合下列要求。

(1)对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段,如L型管段,U型管段,Z形管段等再进行分析计算。

(2)确定管道固定点位置时,应使其有利于2个固定点之间管段的自然补偿。

(3)固定点应设置在靠近需要限制分支管位移的地方。

(4)固定点应设置在需要承受管道振动,冲击载荷或需要限制管道多方向位移的地方。

(5)进出装置的工艺管道和非常温的公用物料管道,宜在装置分界处设固定点。

(6)管道固定点一般应设置在柱子轴线的主梁上,不要设置在次梁上,并尽量使固定架两侧的推力相差不要过大,作用于管道中固定点的载荷,应考虑其两侧各滑动支架的摩擦反力。

(7)当2个固定支架中间设置轴向膨胀节时,应使其一端靠近固定支架,另一端第1导向支架与补偿器的距离按公称直径的4倍(4DN)设置,第2导向支架与第1导向支架距离按公称直径的14倍(14DN)设置,其余导向支架可按水平管道允许的导向支架间距设置.

(8)有U%型补偿器时,宜将其设置在2个固定点的中部,两侧还必须设置导向支架。第1个导向支架离弯头的距离不宜太近,以免造成过大的水平推力,A值一般取32DN~40DN为宜,B值一般不宜小于2m,固定点间的*大距离应按U%型补偿器的尺寸而定,装有轴向型膨胀节管道的支架对于多根需要设置U%型补偿器的管道宜并排布置,高温和大直径的管线应放在外侧,低温和小直径的管线应放在内侧。在U%型补偿器上不应引出支管。在靠近补偿器两侧的直管上引出支管时,支管不应妨碍主管的变形或位移。因主管热胀而产生的支管引出点的位移,不应使支管承受过大的应力或过多的位移。管道在自然补偿时选用立体形比平面形的补偿效果好。

管廊上管道限制性支架类型当支架点只需限制某1个或几个方向的位移,且允许其他方向自由时,应将其设成限位支架,并可以根据需要适当放间隙。

6煤气化框架水汽系统管线的支架

由于煤气化框架水汽系统管线进,出口高度差较大,而且管线温度也较高,所以此类管线上大部分支架都设置成弹簧支吊架。开车运行时,温度慢慢上升,管中介质的密度会有较大变化,特别是PCW2系统管线,正常操作时管道中介质比重不到0.3.由于弹簧是根据正常操作工况下的热态位移和安装载荷设计,如果不采取任何保护措施,很可能会造成多个弹簧被压死。

为了防止弹簧支吊架由于过载被损坏,较好的办法是在此类管线上选取一些适当的位置增加一些刚性滑动支承,但这些点在正常操作时热态位移须垂直向上。另外,对此类管线进行应力分析时,介质密度可以适当放大,并严格控制弹簧荷载变化率。

7结语

(1)在整个管道工程的投资中,虽然支吊架系统所占的比例较少,但支吊架的正确设置对整个管系的安全运行起着至关重要的作用。只有管道布置合理,支架位置和形式选取得当,才能使管道设计在满足工艺要求的同时,既经济合理又安全可靠。

(2)上述内容对支吊架的位置确定和选用进行了必要的讨论,设计时还应注意支吊架零部件的强度和材料的选用原则。

(3)随着石化工业的发展,装置规模的大型化,大口径管道的增多,支吊架的也随之大型化和复杂化,管架标准已亟待进一步更新和完善。

 
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