1、 摘要 本文介紹了電廠汽水管道支吊架的類型，并對幾類支吊架安全運行方面進行分析。火力發電廠汽水管道支吊架狀態異常時，會改變管道的應力分布，影響管道的安全性。本文討論了支吊架安全運行問題產生的原因及其對管道應力的影響，管道支吊架設計是管道設計的重要任務之一。受影響的管道因素有很多，本文主要討論一些常用支吊架。諸多原因中最重要的是支吊架的狀態。其性能的好壞直接影響到管道及設備的安全可靠性。 本文介紹了火電廠管道支吊架設計的合理步驟、管道支吊架分類及構成；并詳細闡述了管道支吊架的設置選用及注意事項。關鍵詞：電廠、汽水管道、支吊架、安全ABSTRACT This article describes t

2、he type of pipe hangers soda plant, and several types of hangers safe operation analysis. When the thermal power plant steam pipe hangers abnormal state will change the stress distribution pipeline, affecting the security of the pipeline. This article discusses the reasons for the safe operation of

3、hanger problems of stress and its impact on the pipeline, pipe support design is one of the important tasks piping design. Affected pipeline many factors, this article discusses some of the common hanger. Many of the most important reasons is hanger state. Its performance has a direct impact on safe

4、ty and reliability of pipelines and equipment. This article describes the thermal power plant reasonable steps designed pipe hangers, pipe hangers classification and structure; and elaborates a set selection of pipe supports and precautions.Keywords: plant, Water Pipe, hangers, security目錄： ABSTRACT2

5、一 電廠管道及支吊架安全運行的重要性5二 電廠管道支吊架的分類及特性52.1 支吊架類型及位置51）、支吊架類型52 )、管道支吊架的布位的要點62.2 彈簧支吊架81）、彈簧選擇原則82）、彈簧支吊架的選型計算82.3 恒力吊架91 )、恒力吊架工作原理102）、使用及安裝要點11三 管道支吊架在設計時的原則及要點11四 管道應力134.1 管道應力簡述134.1.1 一次應力144.1.2 二次應力14五 支吊架設計及調整145.1管道支吊架設計及應注意的問題155.1.1 管架工藝設計155.1.2注意問題：155.2調整的一般方法161、管系應力分布不變法16 2.管系應力重新設計法1

6、6六 管道支吊架的檢驗176.1支吊架檢驗目的176.2 支吊架檢查核對17七 管道支吊架失效的原因分析及對策197.1 管道支吊架發生事故的危害性197.2 管道支吊架安全運行存在的主要問題 7.3 管道事故隱患的預防和糾正措施207.4 建議22八 架體、載荷和運行的關系238.1 管架的作用238.2 管架受力的來源23九 結論24參考文獻：24謝 辭25一 電廠管道及支吊架安全運行的重要性電廠蒸汽管道與其他管道相比，有其自身的特點，如高溫高壓、管道位移量大、安全性和可靠性要求高等。支吊架是火電廠蒸汽管道系統的重要組成部分，具有安全承受管道荷載、 合理約束管道位移、限制管道接口對所連設備

7、的推力和力矩、增加管道系統穩定性、防止管道振動等功能。火電廠中無論是新裝機組，還是已運行多年的老機組，蒸汽管道系統中都不可避免地會出現支吊架失效的現象。失效的支吊架會導致管道偏離原有的設計狀態，對管道系統及相關設備的安全運行帶來重大隱患，進而影響到整個電廠的安全可靠運行。因此，高度重視管道支吊架設計、運行、維護等問題是保證電廠安全運行的重要環節之一。但目前，無論是新建或是在運行的電廠，在運行、維護、檢修、驗收等環節中都普遍存在著不重視管道支吊架的情況，直到發生事故隱患，才被動地修理或更換，這對生產安全運行產生很大的影響，所以，認真對電廠汽水管道支吊架安全運行進行分析尤為重要。因此，正確認識，認

8、真對待，嚴格設計、安裝、驗收各個環節，運行時堅持維護，監察管道支吊架的狀態，是十分重要的。本論文試從上述諸方面進行論證、分析，以求安全運行。 二 電廠管道支吊架的分類及特性2.1 支吊架類型及位置1）、支吊架類型 支吊架由管部、 根部、 連接件和功能件組成。按照支吊架功能件在管道系統中的作用與主要功能，可將其分為以下幾類：（1） 支吊架從限制管道位移可分類：固定架、滑動架和導向架。（2） 承受管道荷載類：包括恒力支吊架、變力彈簧支吊架、剛性吊架、滑動支架和滾動支架。（3） 控制管道振動類：包括減振器和阻尼器。（4）支吊架從力學性能又可分為剛性支架和彈性支架。 剛性支架從理論上說，其剛度為無窮大

9、，在外力荷載的作用下沒有變形，一般用于無垂直位移的地方。 彈性支架是利用彈簧所具有一定的彈性力，在外力荷載的作用下允許，管道有小的變形，而不會完全失去其分配荷載，從而控制荷載轉移量。彈簧支架一般用于管段在垂直方向有熱位移的場所，引起管道支點的位置變化，若該點為剛性支吊架，將會妨礙管段的位置變化，或使管段脫離支吊架，致使管道產生過大的力和應力。并可能對管道自身、設備或相鄰管道等造成不良影響。如果采用彈簧管托、管吊則不會產生這種現象。2 )、管道支吊架的布位的要點 在管道走向和工藝基本計算完成后，進行管道支吊架位置的確定。 （1）管道支吊架合理布位的重要性：對管系的應力分析狀態、最大應力值、管系的

10、端點作用力和力矩有影響，因為這種管系端點的荷載將會傳遞到與該管端相聯接的設備上。因此，支吊架設置得當，能改善管系中的應力分布和端點受力以及力矩狀況，所以，管系的柔性不但受到管系形狀的影響，也受到所選定支吊架位置和類型的影響。 （2）支吊架的設置非常靈活，可變化的范圍較大，支吊架的位置、數量和形式選擇往往因人而異。對同一個管系存在著多種支吊架設置方案，不同的設置形式將反映出不同的應力分布、應力值及端點受力。因此，在進行管道設計時，為使管系具有足夠的柔性，除了應注意管系走向和形狀外，支吊架的設置位置和型式也是相當重要的。 （3）支吊架位置的確定，安全地確定管道支吊架位置應注意以下要點。 a 滿足管

11、道最大允許跨度的要求。 b 在有集中荷載時，支架要布置在靠近荷載的地方，以減少偏心荷載和彎曲應力。 c 在敏感設備（泵、壓縮機等）附件，應設置支架，以防止管道荷載作用于設備管口。 d 往復式壓縮機的吸入或排出管道以及其他有強烈振動的管道，宜單獨設置支架，支架的生根在地面上的管墩、管架上并與建筑物隔離，以避免將振動傳遞到建筑物上。 e 除振動的管道外，應盡可能利用建筑物、構筑物的梁柱作為支架的生根點，并應考慮生根點所能承受的荷載，生根點的構造應能滿足生根件的要求。 f 對于復雜的管道，尤其是需要作詳細應力計算的管道，還應根據應力計算結果調整其支吊架的位置。 g 應設在不妨礙管道與設備的連接和檢修

12、的部位。 h 應設在彎管和大直徑三通式分支管附近。 i 安全泄壓裝置出口管道應考慮設置支架 （4）支吊架的間距尤其是水平管道的承重支吊架間距不能超過管道的允許跨距，以控制其撓度不超限。當前，已有工具表格可以查到相應管道的支吊架間距值不需進行計算，秩序嚴格遵守限值即可。 （5）合理利用管道自身的柔性，盡量利用管道的自支承作用，少設置或不設置支架，要利用管系的自然補償能力合理分配支吊架點和選擇支吊架類型。這是很多管道易出現的隱患！應當在設計和安裝時避免。 （6）管托和位移，有管托的管道縱向位移不得超過管托的長度，管托長度應留足余量，并排敷設的管道橫向位移不得影響相鄰管道。否則，管托會因膨脹（冷縮）

13、產生位移而滑落。 （7）要準確計算和向相關專業提出受力條件，必須具備生根條件的支吊架一般可生根在地面、設備或建構筑物上，并且將生根件的定位尺寸、標高及其承受的荷載提供給相關專業。 2.2 彈簧支吊架 在電廠管道中使用較多，大多布置在鍋爐間和汽輪機間的主蒸汽管道上。所以應當重視其選擇選擇。 彈簧支吊架位置確定后，根據支吊架受力計算書，主要是對彈簧支吊架結構中的彈簧進行選擇。 1）、彈簧選擇原則（1）彈簧壓縮值在最大工作變形量與最小工作變形量之間。（2）彈簧的安裝荷載或工作荷載不超過彈簧允許荷重。（3）串聯安裝，單個彈簧變形量不能滿足支吊點熱位量時采用，串聯安裝時每個彈簧的荷重相同、等于工作荷重。

14、因此，串聯安裝時所選用的彈簧號相同的彈簧，其類別（即允許壓縮值或自由高度）可不同，串聯安裝時兩個彈簧的熱位移值按彈簧的最大允許荷載下變形量比例分配。（4）并聯安裝，單個彈簧不能滿足荷重要求或結構上需要采用雙吊結構時，選用并聯安裝。此時各彈簧的工作荷重相同、熱位移也相同，并聯彈簧的型號也應完全相同。2）、彈簧支吊架的選型計算 管道在支承點處有垂直位移，且荷載變化率允許大于6%，應選用可變彈簧支吊架；當要求荷載變化率不大于6%時，應選用恒力彈簧支吊架。可變彈簧支吊架的荷載變化率不應大于25%。荷載變化率可按下式計算：荷載變化率 = 串聯可變彈簧支吊架.應選用最大荷載相同的彈簧，每個彈簧的壓縮量，應

15、按其工作位移范圍比例分配。 當管道荷載超過一個可變彈簧支吊架的最大允許荷載時，可選用兩個或兩個以上的可變彈簧并聯安裝。 并聯可變彈簧支吊架，應選用同一型號的彈簧，每個彈簧承受的荷載，應按并聯彈簧數平均分配。 恒力彈簧吊架，可并聯安裝. 彈簧支吊架荷載彈簧支吊架的荷載直接與彈簧力相平衡，即彈簧力F等于彈簧剛度與壓縮值的乘積。 式中：F彈簧力（N）； 剛度（N/mm）； 彈簧壓縮值（mm）； 或 式中：K 1/ 彈簧系數（mm/N）。2.3 恒力吊架 彈簧吊架在工作中由于實際熱位移與設計不同、使得實際工作高度與設計工作高度不同時，其實際工作荷重與設計值不同。管道在起停過程中，支吊點的熱位移不斷變動

16、、彈簧支吊架的實際工作荷載也變動。支吊點的熱位移很大時，彈簧吊架要多個串聯才能使用，而有時結構上不允許。恒力吊架適合在熱位移值大，實際熱位移不能準確掌握，對荷重變化要求嚴格時選用。在整個熱位移過程中恒力吊架荷重始終不變。1 )、恒力吊架工作原理 W*AB*SinR=F*h （1）AB*SinR是荷載W對A軸的力臂，h是彈簧力F對A軸的力臂。h與的關系如下解出：在ADC中，按正弦定理：sinT/CD=sinD/ACsinD=h/ADh=（sinT*AC*AD）/CD （2）又彈簧力 （3）為剛度（N/mm）； 為彈簧壓縮值（mm）；由以上3式聯立可得： 在結構上可做到R=T，、只要V=S即可。通

17、常二者均為60，如果恒力吊架裝配時，使得，則工作中仍然保持，可得： W=*AC*AD/AB由上式可見工作荷重W與支吊架熱位移無關，而且保持不變。2）、使用及安裝要點 轉動體工作時AB軸線與水平軸線夾角在30范圍之內（分別由上下限位器限制），所以恒力吊架的允許熱位值等于AB（mm）值。當支吊架熱位移向上時，轉動體（AB）采用下偏安裝，若熱位移向下時，采用上偏安裝。轉動體偏裝方式及安裝偏角應按設計圖紙的要求，掛孔位置也應按設計要求選用，荷重要求通過調整AC值達到。 恒力吊架的技術參數有：型號、荷重范圍、允許熱位移、掛孔位置、彈簧號、尺寸參數（AC值、AD值）等。 三 管道支吊架在設計時的原則及要點

18、 1）在管道上不允許有任何位移的地方應該裝設固定支架，以承受管道重量、水平推力和力矩。固定支架應生根在牢固的廠房結構或獨立的支柱上。 2）在管道上無垂直位移，或垂直位移很小的地方可裝設活動支架或剛性吊架，以承受管道重量，增強管道的穩定性。活動支架的形式應根據管道對支架摩擦作用力的不同來選取。 對由于摩擦而產生的作用力無嚴格限制時，可采取滑動支架。 當要求減小管道軸向摩擦作用力時，可用滾柱支架。 當要求減小管道水平位移的摩擦作用力時，可采用滾珠支架。 滾柱和滾珠支架結構較為復雜，一般只用于介質溫度較高和管徑較大的管道上。 在架空管道上，當不便裝設活動支架時，可采用剛性吊架。 3）在水平管道上只允

19、許管道單向水平位移的地方，在鑄鐵閥件的兩側和矩形補償器兩側4DN（DN是公稱通徑，公稱通徑或叫公稱直徑，就是各種管子與管路附件的通用口徑）處，應裝設導向支架。 4）軸向波形補償器導向支架距離，應根據波紋管的要求設置。軸向波形管和套管式補償器應設置雙向限位導向支架，防止橫向和豎向位移超過補償器的允許值。 根據EJMA（美國膨脹節制造商協會）介紹，補償器距第一導向支座為4DN左右。第二導向支座距第一導向支座為14DN左右。其他導向支座間的距離（mm）可按下式計算： 式中 在計算溫度下鋼材的彈性模量（MPa） 管道截面二次矩（） 設計壓力 波形管有效截面度（） 波形管總剛度（N/mm） 設計補償量（

20、mm） 5 ）在管道具有垂直位移的地方，應裝設彈簧吊架。在不便裝設彈簧吊架時，可采用彈簧支架。在同時具有水平位移時，應采用滾珠彈簧支架。 6）垂直管道在通過樓板或屋頂時，應裝設套管。套管不應限制管道位移和承受管道垂直載荷。 7）對于室外敷設的大直徑架空煤氣管道的獨立活動支架，為減少摩擦推力，應設計成柔性的和半鉸接的，或采用可靠的滾動支架，避免采用剛性支架或滑動支架。采用柔性支架時，摩擦力以柱的彈力代替，半鉸接的支架可以不計算摩擦力。四 管道應力4.1 管道應力簡述 從力學角度分析，決定管道系統應力的主要因素有：管道內壓即管道運行壓力；管道（包括管道、管件、閥門等）及保溫層自重；支吊架配置與荷重

21、；管道的空間布置；管道的冷、熱態溫度。 在工作狀態下，管道要承受內壓、自重及其他持續外載（包括支吊架反力等）和熱脹冷縮或其他位移受約束時產生的一次應力及因管道變形受約束而產生的二次應力。 管道在工作狀態下承受的應力分為一次應力和二次應力。一次應力是指管道在內壓、自重和其他持續外載（包括支吊架反力等）作用下所產生的應力；二次應力是指管道在熱脹冷縮或其他位移受約束時所產生的應力。4.1.1 一次應力 五 支吊架設計及調整5.1管道支吊架設計及應注意的問題5.1.1 管架工藝設計 在工藝裝置的管道設計中，進行支吊架設置的設計時，應正確遵循設置方法和選用原則，應使支吊架的間距不超過管道剛度允許值并滿足

22、柔性要求；同時設計人員應了解支吊架對管道產生的一次應力和二次應力，以便在管道設計中正確設置支吊架的重要性。在進行管道設計時，首先要考慮滿足工藝要求，還要考慮設備管道及其組成件的受力狀況；以保證安全運轉運轉 管道應力分析是多學科的綜合技術。是管道設計的基礎，在管道應力分析過程中，正確設置支吊架是一項重要的工作，支吊架選型得當，布置合理，所設計的管系不僅美觀，而且經濟安全。管道設計人員在設計支吊架時，應先將管系通盤考慮一下，如果管系復雜可將它分成若干個較簡單的管系；對于高溫、高壓的管道一定要進行應力分析，以免由于支吊架的選擇不當造成不良后果。雖然管道支吊架在整個管道工程投資中的比例很少，但支吊架對

23、整個管系的安全運行起著至關重要的作用；管道支吊架的設計與管系的應力密切相關，可以借助設置支吊架來限制某個方向的力和位移，從而使管系處于安全狀態。由此可見，管道支吊架的設計在管道設計中起著非常重要的作用。5.2調整的一般方法1、管系應力分布不變法保持原管系應力設計不變,即各點所承受的設計荷載不變,對管系支吊架進行調整。該方法適用于無明顯下沉、支吊架失效率低的管系。(1)對未并圈的變力彈簧支吊架，通過測量彈簧高度來推算其實際承受荷載。為使推算荷載誤差小,應對舊彈簧剛度進行實測。(2)對已壓并的變力彈簧支吊架、已拉至最下位和轉體銹死的恒力支吊架,用帶荷載傳感器的裝置測定其實際荷載。測定荷載時要保證被

24、測吊點絕對標高不變。(3)將各吊點的實際承受荷載與設計荷載相比較，對不符合設計要求的吊點進行調整,使其符合設計值。由于管系各吊點之間的關聯性,調整一個吊點的荷載必然導致鄰近吊點荷載的變化,因此只有對支吊架進行反復調整,才能使各吊點承受荷載與設計值相近。2.管系應力重新設計法 對管系應力進行重新設計,如在管系適當位置設置剛性吊點。對新管系的應力進行計算,確定管系原吊點位置所要承受的荷載和熱位移。對不能滿足新設計(荷載和熱位移)的支吊架重新選型更換，對能滿足重新設計的支吊架進行調整,使其滿足設計要求,該方法能控制管系的位移,改變管系下沉狀況,適用于有明顯下沉、支吊架失效率高的管系。六 管道支吊架的

25、檢驗支吊架檢驗目的檢驗支吊架配置、荷重及熱位移的正確性,評估支吊系統的安全運行水平,消除支吊架存在的直接或間接隱患,通過支吊架調整改善管道的一次應力與二次應力水平,使管系應力處于均衡狀態,6.2 （4）管道支吊架校驗及記錄校驗吊點偏裝與設計是否一致；記錄運行條件下妨礙管道及支吊架位移的任何障礙；校驗支吊架冷態、熱態位置和標牌位置；記錄冷熱條件下的位移指針的位置；校驗制造廠的型號；記錄冷熱態條件下變力彈簧的載荷；對于剛性支吊架，需校驗支吊架各部分與原設計是否一致。（5）總結總之，對管道支吊架的質量關，要從設計、產品、安裝、維護把好等每個環節做起，嚴格按以上相關規范進行，才能使生產能安全運行。七

26、管道支吊架失效的原因分析及對策（1）脫開；（2）壓死；（3）壓偏；（4）彈簧斷裂；（5）規格型號與設計不符；（6）彈簧壓縮高度與設計值相差過大。糾正措施，支吊架彈簧應滿足以下要求： 1）表面不應有裂紋、折迭、分層等缺陷，彈簧材料應滿足60Si2MnA鋼的技術要求； 2）彈簧兩端應有不少于3/4圈的拼緊圈，兩端應磨平，磨平部分不少于3/4圈。 3）彈簧規格（絲徑d、外徑D、自由高度H0、剛度系數、彈簧系數K、節距t、工作圈數、總圈數、允許壓縮值或最大工作變形量、允許荷重等）應符合要求，支吊架彈簧規格可查閱有關手冊。恒力吊架故障及失效要點（1）設計與現場情況不符使得恒力吊架脫空（轉動體轉至上30后

27、被上限位器卡死）。（2）同1情況，恒力吊架卡死成為“剛吊”（轉動體轉至下30后被下限位器卡死）。（3）掛孔位置安裝錯誤，不符合設計要求。（4）偏裝角與設計要求不符（上偏裝誤裝成下偏裝、下偏裝誤裝成上偏裝、偏裝角不符等）。（5）吊桿明顯偏斜。糾正措施： 1）安裝吊架時應注意現場情況，使得設計和安裝現場一致。 2）掛孔位置安裝應符合相關規范。 3）偏裝角安裝應符合設計。 4）吊桿安裝符合設計。 5）整體安裝符合設計，把好設計及安裝質量關。 綜上所述，支吊架失效會對蒸汽管道、設備及電廠的安全運行帶來許多隱患，這就需要從制造、安裝和運行等環節采取必要的預防措施來避免支吊架失效現象的發生。 對于在建電廠

28、，應重點控制支吊架的制造和安裝環節，即： （1）加強制造質量控制，確保支吊架零部件的材料、整機出廠檢驗與性能試驗符合設計選型要求，尤其應注意恒力支吊架的載荷離差、變力彈簧支吊架的載荷整定及超載性能試驗。 （2）加強安裝質量控制，確保支吊架根部焊接質量、吊點位置及支吊架安裝狀態符合設計圖紙要求，尤其應關注蒸汽管道完成水壓試驗、支吊架解除鎖定后的狀態是否符合設計要求。對于已投運電廠，應嚴格執行火力發電廠金屬技術監督規程的有關規定，對已運行 3萬 -4萬 h的300MW，及以上機組和已運行8萬 -10萬 h的 100MW 及以上機組的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道（含熱段、冷段），應對管系及支吊架進行全面檢查和調整，確保支吊架在冷熱態條件下均處于正常、有效狀態，保證電廠安全可靠運行。八 架體、載荷和運行的關系8.1 管架的作用管道支吊架主要有以下幾個方面的作用：1）承受管道的重量荷載，包括自重、充水重、保溫重等；2）阻止管道發生非預期方向的位移；3）控制擺動、振動或沖擊。8.2 管架受力的來源管架受力主要來源于各種荷載，如垂直荷載、水平荷載及附加荷載。除此之外，管架應滿足應力要求（詳見第四章），