中海油山东化学工程有限责任公司刘洪佳吴广增宋冬宝

热力管道应力分析的首要工作是解决管道热胀冷缩位移引起的应力问题，管道热位移可能导致运行态刚性支架脱空或者锁死，造成管系荷载转移及支架过载等问题。弹簧支吊架在允许管道热位移的情况下，仍可承受管道荷载，克服刚性支架脱空或锁死问题，保证管道一次应力满足要求。

不是高手，用对设计方法，坚持支吊架选型4原则，工程质量没得说

一、弹簧支吊架选用原则

（1）可变弹簧支吊架

可变弹簧支吊架是安装和运行工况弹簧荷载随着支点位移的变化而变化的一类支吊架，工程中应用最多。可变弹簧的显著特点是荷载可变，弹簧安装态与运行态承受的荷载差值转移到相邻支架或设备上。较大的荷载转移将造成相邻支架或设备超载而失效，因此，可变弹簧的荷载变化率应不大于 25%，若弹簧工作点有多种工况，除单个工况荷载变化率应小于 25%，还应保证总荷载变化率小于 25%。

公式如下。

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（2）恒力弹簧支吊架

恒力弹簧支吊架是安装和运行工况弹簧荷载恒定的一类支吊架，多用于管道垂直位移较大，荷载变化率要求小于 6%的情况。

二、弹簧支吊架设计要点

（1）多工况弹簧支吊架设计

管道荷重吊零分配方法分为冷态吊零和热态吊零，本文以热态吊零进行分析。热态吊零弹簧支吊架设计是根据计算工作荷载和垂直热位移确定安装荷载，以保证弹簧在工作态能够支撑管系分配的重量。单工况弹簧支吊架设计热位移及工作荷载都是唯一的，多工况弹簧支吊架设计工作荷载及垂直热位移多样，即弹簧支吊架应在各种可能工况下，都不出现锁死或者托底的情况。

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多工况是指弹簧支点管道工作温度多于 2 个，除正常操作温度外，存在蒸汽吹扫温度、催化剂再生温度、硫化干燥温度等，这些工况持续几个小时，此时温度比正常工作温度高，导致弹簧变形及荷载变化较大。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

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如 CO 变换工段，管系工作温度包含硫化阶段（450~465℃）和操作阶段（213~250℃），图 1为 CO 变换工段 PG-01 管道布置，管道材料为15CrMo，口径 600 管道，开车阶段需要对催化剂进行硫化，该管道主要工况见表 1。

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表 1 所示，T1、T2 为操作工况，阀 A 开启；T3、T4 为硫化工况，阀 A 关闭，阀下游进行催化剂硫化。弹簧支架 T-01 在四个操作工况的垂直热位移见表 2。

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管道支点垂直位移与管道自身重量及材料、温度有关，与选弹工况无关。按照热态吊零选弹原则，T-01 支点操作态承受的力应等于冷态时管系分配的力。采用管道应力分析软件CAESARII 对图 1 管道进行受力分析，支点T-01 操作荷载 36 448N。针对表 2 所示弹簧支点垂直位移，工程中常用的四个弹簧设计方法分别为工况 1 选弹（OPE1）、工况 3 选弹（OPE3）、平均位移选弹（AVED）、最大位移选弹（MAXD）。按照四种弹簧设计方法确定的弹簧型号及操作荷载见表 3。

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表 3 所示，T3、T4 温度最高，弹簧垂直位移最大，因此采用 OPE3 和 MAXD 选弹方法设计的弹簧型号和荷载差别不大。而选用 OPE1、OPE3、AVED 三种方法确定的弹簧在不同工作温度下的总荷载变化率接近或超过 25%，存在较大的荷载转移。弹簧 T-01 荷载随工作温度的变化见图 2。

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可变弹簧荷载转移将导致临近管口或固定支架超载，三种选弹方法下管口 N01 荷载随工作温度的变化见图 3。

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图 2 和图 3 对比可见，采用 OPE1 选弹时，N01 在各操作温度下荷载最小，T-01 弹簧荷载最大。随着工作温度的升高，进入硫化温度后，T-01 荷载相应变大，N01 荷载降低。采用 OPE3选弹时，N01 荷载最大，且总荷载变化率超过27%，不利于设备正常稳定运行。为保证设备管口及法兰安全，应该选用 OPE1 工况选弹簧。

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（2）弹簧支架水平位移及摩擦力的考虑

弹簧支点存在水平位移，在摩擦力的作用下，弹簧荷重柱产生倾斜，直至荷重柱被弹簧盒锁住，之后管托与弹簧荷重板产生相对滑动，若支点水平位移过大，管托将从弹簧滑脱，如图 4所示。

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针对水平位移及摩擦力导致的问题，工程设计中应采取降低摩擦力及防止管托滑落的措施。经常采用的降低摩擦力的方法是管托与荷重柱之间增加低摩擦滑动副或滚珠，偏心安装位移量一般取计算水平位移量的 1/2，如图 4b、c。

（3）弹簧支点附件重量的考虑

弹簧支吊架设计重要依据是管系分配的重量，包括管道管件重量、保温及介质重量等。管道支架及阀门附属重量，如管托重量、阀门执行机构重量也会影响弹簧选型设计。图 5 所示加热炉入口管弹簧支架管托重量 256kg，若忽略管托重量，弹簧选型荷载较小，管托重量转移至加热炉口，导致加热炉口超载。

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三、结论

热力管道弹簧支吊架设计选用原则如下。

1）多工况弹簧设计，应保证弹簧可承受所有温度工况下分配荷载及热位移，而不会过载或者托底，控制弹簧全荷载变化率应小于 25%。

2）多工况弹簧采购数据表应告知供货商弹簧可能出现的最大行程和荷载。

3）与敏感设备连接管道上弹簧支吊架设计应考虑附件重量并采取减少荷载转移措施，荷载变化率要求小于 6%时，应选用恒力弹簧支吊架。

4）弹簧支吊架的设计应采取减低摩擦、预偏装等措施，避免出现弹簧支点偏心受载、滑脱或过应力等问题。

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