大口径附塔管道的支架设计_马新龙.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言在石油化工管道工程设计中，支吊架的设计对整个管系，甚至整个操作系统的安全运行都起着非常关键的作用。随着石化装置逐渐向大型化、长周期安全运行方向的发展，管道支吊架的设计、制造、安装等方面也有了更高的要求。塔顶大直径附塔管道由于载荷较大，此时管道支架就需要进行详细设计，以满足管道支撑并降低管道对设备的附加载荷的要求1。本文以某工程中乙二醇精制单元的脱丁二醇塔顶至废热锅炉的气相管线为例，通过结合应力计算分析的结果，对此大管径塔顶气相管线进行承重支架的选型设计，并对承重支架的耳式支座、轴式吊耳进行设计与计算。2工程设计实例2.1设计基础数据乙二醇精制单元的脱丁二醇塔体高度为82.1 m，塔顶气相管道从塔顶到34.1 m高度时进框架至废热锅炉进行热量回收，气相管线的口径为DN1 400 mm（56），该气相管线采用气压试验，保温层厚度为110 mm，腐蚀余量为1 mm，其他相关参数见表1。2.2管道与塔距离的确定为了避免管道距离塔体距离过大，造成塔体偏心载荷较【作者简介】马新龙（1988），男（回族），陕西西安人，工程师，从事石油化工行业管道设计与研究。大口径附塔管道的支架设计Support Design of Large Diameter Attached Tower Pipeline马新龙（华陆工程科技有限责任公司，西安 710065）MA Xin-long(HualuEngineering&TechnologyCo.Ltd.,Xi an710065,China)【摘要】随着化工装置规模的不断扩大，管道直径随之越来越大，从而给管道的布置及支架的设计带来了一定的难度。大口径附塔管道由于柔性差、荷载重、作业高度高、对口就位难度大等特点，使其支架的设置又具有特殊性。基于此，论文通过工程设计实例，对大口径附塔管线进行了承重支架的选型设计。考虑载荷和吊装等问题，并对承重支架的耳式支座、轴式吊耳进行设计与计算，从而对大口径附塔管道支架进行了一套完整的设计。【A b s t r a c t】Withthecontinuousexpansionofthescaleofchemicalplant,thediameterofthepipelineisgettinglargerandlarger,whichbringssome difficulties to the layout of the pipeline and the design of the support.Due to the characteristics of poor flexibility,heavy load,highworking height and difficulty in position,the setting of the support of the large-caliber attached tower pipeline has considerable particularity.Basedonthis,thepapercarriesontheselectionanddesignofthebearingbracketofthelarge-caliberpipelineattachedtothetower.Consideringthe problems of load and lifting,the design and calculation of the ear support and shaft lifting lug of the bearing support are carried out,and acompletedesignofthepipesupportofthelargediameterattachedtoweriscarriedout.【关键词】附塔管道；大口径；承重支架；耳式支座；轴式吊耳【K e y w o r d s】attachedtowerpipeline;largediameter;bearingbracket;eartypesupport;shaftliftinglugs【中图分类号】TQ053.5；TE65【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0088-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.22988IndustrialEngineeringDesign工业工程设计名称直径/mm材质壁厚/mm操作压力/MPa操作温度/设计压力/MPa设计温度/脱丁二醇塔附塔管道4 300DN1 400（56）Q345RS304082512-0.08-0.081501500.350.35200200大的问题，顶部气相管线的倒U形弯采用两个90短半径弯头；为了避免大管道的管件直连所造成的十字焊缝问题，两个90短半径弯头之间需增加一段直管段；为了方便支架设置，塔外壁与附塔管道外壁需留一定的净距。综合上述等因素，塔中心到管道中心的距离取值为3 700 mm。2.3管道支架的选型设计考虑到附塔管道在塔上的垂直管段长度将近50 m，垂直荷载较大，且塔外壁不能承受过大的受力，为避免顶部支架的局部应力过大，在顶部架下方增设3组弹簧支吊架来分散荷载。经过应力计算，管道支架采取刚性承重支架与弹簧支架相结合的方式设置。为了增加附塔管道的稳定性，管架2、管架3、管架4都采用四方限位导向支架，具体的支架设置及荷载见图1和表2。图 1支架设置示意图表 2应力计算荷载表支承点安装工况操作工况竖直荷载/kN 水平荷载/kN 竖直荷载/kN 水平荷载/kN13113213313560.463.563.165.3000170707080.55013.9023采用HG/T 216292021管架标准图中的N4-1-C型支架进行承重设计时，管道支撑点到塔壁预焊件距离（即主梁弯矩有效计算长度）为1 864 mm，该支承点的许用荷载不允许超过120 kN2，满足使用要求。考虑到N4-1-C型支架在设备上仅有4个预焊件，单点荷载将近17 t，将会导致塔体壁厚较大，如采用图2支架，将原斜撑形式梁改为斜拉+斜撑形式梁，6个预焊件单点荷载降低到11 t，受力形式更好，并且极大地增加了管架竖直方向的承载力和水平方向的稳定性。a俯视图b侧面图1构件A；2构件B；3托板；4构件C图 2D 46 非标支架图2.4耳式支座的设计管架1为承重支架，常采用支腿型F6/F7，但支腿所能承受的管道最大到DN1 200 mm（48），已远远不能满足现有大管道支架设计要求。因此，将管道承重支腿改为耳式支座F17，该支架参考NB/T 47065.32018容器支座 第3部分：耳式支座，适用于公称直径在DN3004 000 mm的设备3。耳式支座（见图3）具有简单、轻便等优点，主要由底板、筋板及垫板等组成。底板的作用是与支撑件接触并连接；筋板的作用是增加支表 1脱丁二醇塔和 D N 1400 m m（56）附塔管道参数表89Construction&DesignForProject工程建设与设计座的刚度，使作用在容器上的外力通过底板传递到支撑件。图 3耳式支座结构形式考虑到管道保温厚度（110 mm）及其N4-1-C的斜梁规格（H148 mm100 mm6 mm8 mm），耳式支座高度L不小于350 mm，选用F17-2-A5-56-C2-350-45型，采用4个耳座，支座材料采用Q345R，设备整圈垫板厚度为20 mm，垫板材质同管道，采用S30408。2.5轴式吊耳的设计管架2、管架3、管架4为弹簧承重+四方限位支架，3个管架都为2个弹簧，操作工况下133点最大水平位移为24.7 mm，考虑采用弹簧吊架，弹簧吊耳参考设备专业轴式吊耳AX型（参考HG/T 215742018化工设备吊耳设计选用规范）4。轴式吊耳AX型分为AXA、AXB、AXC型（见图4），AXA型吊耳为普通管轴，AXB型吊耳相对AXA型吊耳管轴中间增加十字筋板，AXC型吊耳相对AXA型吊耳中间增加多个十字筋板。相同口径的吊耳，承载能力从大到小的顺序为AXC型、AXB型、AXA型。aA X A型bA X B型cA X C型图 4耳式支座结构形式132点，133点，135点在操作工况下，单点吊耳吊重为3.5t，载荷太小，核算意义不大。现考虑塔和附塔管线分别吊装的方案下，附塔管线完全预制完后，需设计吊耳以方便吊装，按最苛刻工况考虑，所有垂直载荷30 t都加到单个吊耳上。根据HG/T 215742018，选用AXB型，吊耳直径采用DN300 mm，吊耳材质为Q345R，垫板材料采用S30408，垫板厚度t=12mm，吊耳长度L为160 mm。考虑到管道保温厚度（110 mm）及其N4-1-C的斜梁规格（H148mm100mm6mm8mm），吊耳长度L扩大为350mm，需校核轴式吊耳的强度。根据HG/T 215742018计算后，组合应力为160.71 MPa，小于许用应力181 MPa。所以，AXB-300-12型吊耳能满足吊装要求。2.6导向耳轴的设计四方限位支架采用导向耳轴F16支架形式，选用F16-56-12-C2-150型，采用4个导向耳轴，材料采用Q345R，设备整圈垫板厚度为10 mm，垫板材质同管道，采用S30408。3设备对管道附加载荷的校核由于附塔管管径过大，垂直载荷相应很大，需要将附塔管道的偏心距、偏心载荷提供给设备专业核算地脚螺栓应力和塔不同截面处的应力。同时，需要将各个支架点应力分析报备中的安装载荷、操作载荷等参数提供给设备专业，设备专业根据提供的载荷数据校核支撑点处塔截面的应力，以避免塔壁面局部屈服的风险。经设备专业核算，塔体能承受该附塔管道的偏心载荷，塔壁面能够承受各个支撑点的载荷。4结语综上所述，石油化工管道具有一定的特殊性，为保证其运行的安全性，必须要加强其设计的管理。支吊架设计是石油化工管道设计的重要组成部分，设计时应结合管道结构的特点，以满足实际需求为目的，确定设计要点，从多个角度着手不断提高设计有效性。尤其是大口径附塔管道支架的设置，明显复杂于一般管道支架的设置，需要从管道的荷载计算、非标支架的选型设计、支耳的选型、吊耳的选型等方面综合考虑。随着工程规模的大型化，大口径附塔管道的支架问题会逐渐凸显，希望本文中的计算方法和计算实例能够为今后工程的大口径附塔管道支架的设计提供一定的启发和参考。【参考文献】1胡丽萍,孙楠楠,张福义.大管径附塔管道的非标支架设计J.管道技术与设备,2016(2):28-34.2中国成达化学工程公司.管架标准图：HG/T 216292021S.北京：化工出版社，2021.3东华工程科技股份有限公司.容器支座 第3部分：耳式支座：NB/T47065.32018S.北京：新华出版社，2018.4中国成达工程公司.化工设备吊耳设计选用规范：HG/T 215742018S.北京：中国计划出版社，2018.【收稿日期】2023-04-0290