浅谈管道支架结构的计算

浅谈管道支架结构的计算

管道支架是原油、化工、冶金、热能等行业的重要特种结构，主要承受空气压力。结构数量大、分布广、计算复杂。此外，许多管道支架处于维护不良的工作环境中，一些腐蚀严重，一些焊接断裂。工厂只注重生产，忽视设备维护，因此管道支架经常发生事故，造成巨大损失。因此，管道支架的加固是确保管道支架安全的一项紧迫任务。在本文中，我们讨论了活动管道支架的加固设计。1管道支架的分类管道支架分为独立式管道支架和组合式管道支架.其中,独立式管道支架根据管道支架在管路上的作用不同,分为固定管道支架和活动管道支架.活动管道支架根据结构特征不同,又分为刚性管道支架、柔性管道支架和半铰接管道支架等.组合式管道支架就是采用某些辅助结构,把各自独立的管道支架联系起来,形成一个大跨度支撑管道的管道支架系统.分为纵梁式、吊索式和悬索式管道支架.当管道沿地敷设时,可采用管墩形式.2管道支架加固钢结构管道支架常存在如下缺陷:管道支架上缺少防管线震落措施;横梁有挠曲或节点开焊;管道支架立柱歪斜,管道支架立柱和横梁连接不牢;横梁上无管托或管托断裂.由于管道支架的上述缺陷,常造成管线折断,带来较大的经济损失.因此,必须进行管道支架的加固.管道支架分成固定管道支架和活动管道支架两种,固定管道支架与管道之间不产生相对位移;活动管道支架则允许管道与管道支架之间产生相对位移,不约束管道的热变形.管道支架一般由管座、管道支架柱、管道支架梁和基础等组成.对活动管道支架的改造可利用改变管托的方法,达到减小管道对支架作用力的目的.比如将钢管托改为聚四氟乙烯管托,因为钢管托与管道支架上预埋钢板的摩擦系数为0.3,而聚四氟乙烯管托的摩擦系数为0.1,这样管道对管道支架作用的轴向水平推力,仅为原来水平推力的1/3,从而使支架加固简化或免于加固.3管道支架抗震验算管道支架是支撑管道的结构,管道在一定程度上也支撑着管道支架,两者形成一个空间体系而共同工作.管道支架荷载主要考虑工艺提供的水平推力和风荷载,因为管道支架抗震的要求主要同设防烈度、管道敷设方式和管道与管道支架在地震时的工作状态有关.对于固定管道支架抗震等级不能低于三级,活动管道支架抗震等级不能低于四级.需要注意的是为防止地震时管道由管道支架上滑落,需要采取必要的抗震构造措施.根据震害资料分析结果,固定管道支架才有必要进行纵向和横向的抗震验算;对于活动管道支架,当管道采用滑动方式铺设时,因共承担的地震作用最大值小于或等于静力计算时的最大摩擦力,因此,活动管道支架可以不作抗震验算.4工程实例4.1管道支架钢结构某焦化厂1#～4#焦炉炉段管廊支架由22个独立钢支架组成,支架为空间桁架,上面主要布置煤气管道、蒸汽管道、氨气管道等.由于长期暴露在室外,加之年久失修,管道支架钢结构锈蚀严重,部分支架杆件屈曲.4.2983#管廊支架上安放有热水管道(1#,2#,D×t=219×8)、蒸汽管道(6#,D×t=219×8)、氨水管道(4#,D×t=426×10;5#,D×t=426×10;7#,D×t=273×8)、煤气管道(3#,D×t=1220×14;8#,1420×14),管道布置情况如图1所示.蒸汽管道、热水管道外包保温层,保温层按100mm厚矿棉计算.4.3管道支架的负荷试验计算以1#管道支架为例进行承载力验算.4.3.1计算加载(1)单位长度管道管道(包括内衬、保温层和管道附件)和操作平台,采用自重标准值的100%;管道内介质,采用自重标准值的100%;管道支架,采用自重标准值的25%.1#管道为D×t=219×8,单位长度质量:41.63kg/m;2#管道为D×t=219×8,单位长度质量:41.63kg/m;3#管道为D×t=1220×14,单位长度质量:416.88kg/m;4#管道为D×t=426×10,单位长度质量:103.09kg/m;5#管道为D×t=426×10,单位长度质量:103.09kg/m;6#管道为D×t=219×8,单位长度质量:41.63kg/m.(2)可萃取负荷对冷管道,采用冰、雪荷载标准值的50%.4.3.2最小回转半径承载力验算采用中国建筑科学研究院开发的PKPM进行计算,支架的轴力图如图2所示.而支架的截面为L75×8,截面积为:A=11.5cm2;最小回转半径:imin=1.47cm;长轴比:λ=l/i=102;稳定系数:φ=0.542.截面最大应力为51.6MPa,满足承载力要求.4.4活动管道支架与轴辊由于活动管道支架允许管道与管道支架之间产生相对位移,所以管道与支架之间采用滑动连接.这种连接构造即要保证管道的自由滑动,又要保证连接的安全可靠.某焦化厂1#～4#焦炉炉段管廊支架的8#支架为活动管道支架,它的构造较不合理,将管托支架压在辊轴上,没有任何固定措施.在经历数载冷热循环后,管道的轴辊已经与管托错位(见图3),随时有可能跌落.建议采用带滑道的辊轴替换原有的轴辊,这样既保证管道的自由滑动(滑动的摩擦系数小),又能保证连接的安全可靠(管道和辊轴不至跌落).5火炬活动管道支架加固方案(1)活动管道支架种类繁多,构造多样,所以加固的方法也各有不同.(2)本文仅对某焦化厂的活动管道支架进行分析计算并提出加固方案.(3)通过承载力验算可知,这种空间桁架式活动管道支架的截面承载力不起控