弹簧支吊架的选用与设计

【摘要】：1.概述 在石油化工装置的管道设计时，不仅要考虑满足工艺流程的要求，还要考虑设备、管道及其组成件的受力状况和管道应力分析，以保证装置长周期安全运转。在管道应力分析中，正确设计弹簧支吊架是一项重要的工作。弹簧支吊架选型正确，布置合理，不仅使所设计的管系美观，而且能确保管道和设备安全、装置开车成功和长周期运行。 2 分类、结构、类型和选型 弹簧支吊架分为可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架两种。 2．1 可变弹簧支吊架 2．1．1 适用范围 可变弹簧支吊架适用于有垂直方向位移的管道，位移范围为0—120 mm；载荷范围为154～217384 N；使用环境温度为一20～200~C。 2．1．2 结构 可变弹簧支吊架主要由圆柱螺旋弹簧、位移指示板、壳体、花篮螺母及定位块等组成，其典型结构见图1。 2．1．3 类型 根据安装型式，可变弹簧支吊架可分为七种类型：①上螺纹悬吊型；②单耳悬吊型；③c双耳悬吊型；④上调节搁置型；⑤下调节搁置型；⑥支撑搁置型；⑦并联悬吊型。 2．1．4 选型 可变弹簧支吊架的选型主要根据生根的结构形式、管道空间位置和管道支吊方式等因素。 (1) 可根据管道运行时，包括物料、管道、阀门、保温材料的全部管道组成件的工作载荷、位移量和位移方向来确定可变弹簧支吊架类型和选择弹簧号。 (2) 可变弹簧载荷选用表由弹簧号、工作位移范围、弹簧刚度等组成。弹簧载荷选用表由中线分成上下两个区域，上粗直线和下粗直线之间为最佳工作范围。 2．1．5 载荷选择的一般规定 (1)当管道运行时位移方向向上，则应从弹簧载荷选用表的中线和上粗直线之间查到工作载荷，再按位移量往下查得安装载荷。 (2)当管道运行时位移方向向下，则应从弹簧载荷选用表的中线和下粗直线之间查到工作载荷，再按位移量往上查得安装载荷。 (3)在选择弹簧号时，不论管道运行时位移向上或向下，均应使工作载荷和安装载荷处在表的上下粗线之问。当位移量较小时，工作载荷和安装载荷可能均处在中线和某一粗直线之间。按上述情况选用的弹簧号及其载荷变化率不应超25％ 。 载荷变化率可按式(1)计算： 当管道位移向上时，安装载荷=工作载荷+位移量×弹簧刚度 管道位移量向下时，安装载荷=工作载荷一位移量×弹簧刚度 若弹簧载荷变化率大于25％ ，则应减少弹簧刚度，选用大一档的工作位移范围，查得安装载荷，再验算载荷变化率。当查得的安装载荷落在上下粗线范围之外时，同样采用减小弹簧刚度，选用大一档的工作位移范围，查得安装载荷，再验算载荷变化率。若垂直位移量或载荷较大，无法满足载荷变化率小于等于25％ 时，或者选用可变弹簧荷载转移较大时，则应选用恒力弹簧支吊架。 2．2 恒力弹簧支吊架 2．2．1 适用范围 恒力弹簧支吊架适用于垂直方向位移较大的管道，位移范围为50～400 mm；载荷范围为124～ 315991 N；使用环境温度为一2O一200cC。 2．2．2 结构 恒力弹簧支吊架主要由圆柱螺旋弹簧、固定框架、回转框架及运行机构、调节装置、弹簧罩筒等组成，其结构示意见图2。 2．2．3 类型 按其筒体的空问位置和支吊架形式，恒力弹簧支吊架分平式、立式和座式三大类型。 2．2．4 选型 (1)恒力弹簧支吊架编号应根据计算的载荷和位移值从载荷弹簧表中选取，如果载荷、位移超出标准规定的范围，可在恒力弹簧规格书中注明。 (2)选用恒力弹簧支吊架应考虑支吊架需要的安装空间尺寸和管道设备布置，以及吊装的布置要求。 (3)在选用恒力弹簧支吊架之前，应计算出被支吊管道或设备从冷态至热态的最大垂直位移量，在选用时，位移数值应留有适当余量。推荐余量取位移量的20％ ，但不小于20mm。计算位移量应考虑由于水平位移引起的弹簧垂直位移的增加。 (4)确定载荷值应考虑管道上附属件的重量。当计算载荷与实际载荷有偏差时，可通过调整螺栓调节载荷，其调节范围一般小于标准载荷的±10％ ，最大不超过±15％ 。 (5)根据已确定的支吊载荷和位移量，查载荷位移系列表，按计算位移值对应的与支吊载荷最接近的标准载荷值确定相应的支吊架编号。 (6)当载荷位移系列表中的位移值满足要求，而支吊载荷值较大，以至超出载荷位移系列表中数值时，可选用两个相同规格的支吊架并用。 (7)当载荷位移系列表中的载荷值满足要求，而位移量较大，超出载荷位移系列表范围时，可采用两台位移量相同，载荷相同的支吊架串联来满足要求。 (8)选定弹簧支吊架规格编号后，支吊架所在的设计图纸中应注明恒力弹簧支吊架型号和位移方向。在设计选用恒力弹簧支吊架时，应在型号后面标注弹簧规格。 3 设计时应注意的事项 (1)管系中应尽可能采用刚性承重，在垂直位移引起管系柔性不够时，可选用可变弹簧支吊架。 (2)应根据程序计算报告上弹簧表选择弹簧，确定一台或多台并联、安装荷载、弹簧刚度及位移范围。 (3)应能适应各种工况下可能出现的位移和荷载变化，根据最大位移选弹簧。当可能出现向上位移和向下位移工况时，应在型号上标识出向下和向上的位移量。 (4)若水平位移大于40 nlrn且小于80 ITlIn时，应考虑选带四氟垫顶面的弹簧箱支架，当介质温度大于450℃ 时可设带滚动机构的弹簧支架，并采取防止弹簧支架滑离管托的措施；若水平位移大于等于80 mm，宜选用弹簧吊架。 (5)在较长垂直管上选用弹簧支吊架时，在不影响管系热膨胀变形的前提下，应考虑在适当方向加限位支架。 (6)应在弹簧支架的底部用螺栓固定在支架或其它生根件上，可变弹簧支架顶面应保持滑动。 (7)当水压试验或两相流管道上开停车等非正常操作下可能出现较多液相时，会使弹簧支吊架点的荷载超出弹簧工作荷载的1．5倍时，应考虑设承载装置(保险杠)。 (8)当管道的管托重量较大或设备对管系受力要求苛刻时，弹簧支吊架选型时应考虑管托(吊环)、吊杆重量。 (9)当管系中多点采用弹簧支吊架时，应将保温容重、介质密度、中间设备(如过滤器、电加热器、换热器)、安全阀、调节阀重量精确考虑。选定的弹簧支吊架应能适应开停车及设备内液面变化的工况。 (10)弹簧吊架的吊杆长度应能保证在热变形下吊杆偏移角在4。之内，一般宜选1～1．5m长。 (11)在垂直管上有冷紧时，弹簧支吊架选型应兼顾冷紧前后及各种操作工况下的位移影响。 (12)在蠕变温度下工作的管道，可变弹簧工作位移宜考虑蠕变位移的影响(蠕变率取l％)。 4. 施工时应注意的事项 (1)制造厂应按用户提供的安装荷载，用上、下两块定位块将弹簧支吊架的指示板固定在与安装荷载相应的位置上，使弹簧支吊架暂处于刚性状态。 (2)管道经清洗、水压试验后，取掉上、下定位块，方可将管道投入使用。 (3)管道开始运行时，首先拆除全部定位块，再检查指示板从安装到工作的位移过程中应无卡阻现象。 (4)管道开始运行后，检查弹簧支吊架在工作时的位移应与设计一致；管道停止运行后，检查指示板应复位到安装的位置。