科技论坛 管道设计中支吊架的设计及应用 马玲 （惠生工程（中国）有限公司，天津３００１２０） 【摘要】在一个完整的系统管道设计中，管道支吊架的设计 是一个相当重要的环节。管道支吊架与管道紧密联系在一起，是管 道的重要组成部分之一。管道支吊架的设计，应根据管道的操作条 件和管道的布置要求，合理地选用不同类型的管架。正确的设计对 于系统整体的正常运转具有重要的意义。本文论述了管道支吊架的 作用、类型，同时对管道支吊架的正确选用进行了阐述。 ４管道支吊架的位置 确定管道支吊架位置可按照以下要点： （１）满足管道最大允许跨度要求。 （２）在有集中载荷的地方，支架要布置在靠近载荷的地方，以 减少偏心载荷和弯曲应力。 （３）在敏感设备（泵、压缩机等）附近应设置支架，以防止管 道载荷作用于设备管嘴。 【关键词】管道设计；支吊架；震动；间距；柔性；刚性支架； 弹性支架 在进行管道配管设计时，必需满足工艺要求，同时考虑设备及 管道的受力情况，在正确的管道应力分析后合理设计支吊架。如果 管道支吊架设计合理、选型得当，不仅可使管道整齐美观，而且也 可以达到经济、安全的目的。 １管道支吊架的作用 １．１承受管道的重量荷载，包括自重、充水重、保温重等 设置支吊架防止长管道因自重下垂。 １．２避免振动或冲击对管系的影响 通过设置支吊架来减少振动设备产生的共振或者避免因外界的 轻微振动而产生的谐振对管道造成的破坏。 对于节流阀、安全阀等阀门，应在其附近使用相匹配的支吊架 来减少振动对管道的影响。 １．３限制管道位移 ２管道支吊架的类型 管道支吊架按作用可以分为三大类：承重架、限制性支架和减 振架。 ２．１承重架 承受管道重量（包括管道自重、保温层重量和介质重量等）。承 重架又可分为：（１）刚性支架：应用在无垂直位移的场合；（２）可调 刚性支架：应用在无垂直位移，但要求安装误差严格的场合；（３） 可变弹簧架：应用在有少量垂直位移的场合：（４）恒力弹簧支架： 应用在垂直位移较大或要求支吊架的荷载变化不能太大的场合。 ２．２限制性支架 用于限制、控制和约束管道在任一方向的变形。限制性支架又 可分为固定架：（１）应用在固定点不允许有线位移和角位移的场合； （２）限位架：应用在限制管道任一方向线位移的场合；（３）轴向限 位架：应用在限位点处需要限制管道轴向线位移的场合；（４）导向 架：应用在允许管道有轴向位移，不允许有横向位移的场合。 ２．３减振支架 用于限制或缓和往复式机泵进出口管道和由地震、风载、水机、 安全阀排出反力等引起的管道振动。减振支架又可分为：（１）一般 减振器：需要减振的场合；（２）弹簧减振器：需要弹簧减振的场合。 ３管道支吊架设计需考虑的几个因素 ３．１间距 支吊架间距，尤其是水平管道的承重支吊架间距不得超过管道 的允许跨距，以控制其挠度不超限。管道基本跨距可参照《化工工 艺设计手册（下册）》第４—２３页管道跨距的有关内容。 ３．２柔性 为了保持管道的柔性，应尽量利用管道的自支承作用，少设置 或不设置支架。要利用管系的自然补偿能力合理分配支吊架点、合 理选择支吊架类型。 ． ３．３位移 有管托的管道纵向位移不得超过管托的长度；管托长度应留有 足够的余量。并排敷设的管道，其横向位移不得影响相邻管道。 ３．４支吊架的生根部位 支吊架可生根在地面、设备或建构筑物上。 （４）往复式压缩机的吸入或排出管道以及其它有强烈振动的管 道，宜单独设置支架，支架宜生根于地面上的管墩、管架上并与建 筑物隔离，以避免将振动传递到建筑物上。 （５）除振动的管道外，应尽可能利用建筑物、构筑物的梁柱作 为支架的生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载。 （６）对于复杂的管道，尤其是需要做详细应力计算的管道，还 应管机专业一同协商，根据应力计算结果调整其支吊架的位置。 （７）管道支吊架应设置在不妨碍管道与设备的链接和检修的部 位。 （８）安全泄压装置出口管道应根据需要，考虑是否设置支架。 （９）应设在不妨碍管道与设备的连接和检修的部位。 ５管道支吊架选用原则 （１）选用管道支吊架时，应按照支撑点所承受的荷载大小和方 向、管道的位移情况、工点温度、是否保温或保冷以及管道的材质 等条件选用合适的支吊架。 （２）设计时应尽可能选用标准管卡、管托、管吊，以加快建设 进度。尽量采用制作简单和施工方便的焊接型管托和管吊经节省钢 材。 （３）符合下列特殊情况可采用其他特殊型式的管托和管吊： １）管内介质温度大于等于４００摄氏度的碳钢材质的管道。 ２）低温（保冷）管道。 ３）合金钢材质的管道。 ４）生产中需要经常拆卸、检修的管道。 ５）架空敷设且不易施工焊接的管道。 ６）非金属衬里管道及非金属管道。 （４）为了防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击载荷，以 保证管道只沿着轴向位移，一般在下列条件的管道上设置导向管托： １）安全阀出口的高速放空管道和可能产生振动的两相流管道。 ２）横向位移过大影响邻近管道。 ３）固定支架之间的距离过长，可能产生横向不稳定。 ４）为防止法兰和活接头泄漏要求不宜发生大横向位移的管道。 （５）热膨胀量超过ｌＯＯｍｍ的架空敷设管道应选用加长管托，以 免管托落到管架梁下。 （６）支架生根在钢质设备上时，若设备需热处理，应给设备专 业提供预埋板条件。当设备为合金材质时，预埋板材料应与设备材 质相同。 （７）对于生根在设备或土建平台上的荷载较大的支架，其位置、 标高和荷载应事先与相关专业协商。 （８）下述工况应选可变弹簧： １）当管道在支撑点处有向上垂直位移，使支架推动其承载功能， 该荷载的转移将造成邻近支架超过其承载能力或者造成管道跨距超 过其最大允许值的情况； ２）当管道在支承点处有向下的垂直位移，而选用一般刚性支架 将阻挡管道位移的情况： ３）垂直位移产生的荷载变化率应不大于２０％： ４）当选用一个弹簧的变形量不能满足要求时可串联两个弹簧： （下转第４０５页） ２０１３．０２ Ｉ ４４９ 科技论坛 基于Ｇ Ｉ Ｓ的车载道路安全信息系统设计 蔺吉祥 （西南交通大学，四川成都６１１７５６） 【摘要】社会经济的发展，交通安全问题成为每个交通参与 全信息”进行提示 本文所设计的系统包括以下功能：交通标志的实 者面临的严峻问题。本文主要从驾驶安全角度出发，设计的车载道 时控制，控制速度的实时提示，黑点提示，地图查询，线路规划和 路安全信息系统主要包括控制速度的实时提示， 交通标志动态提 车辆定位等。然而当前的车载系统很少有对交通标志实时提示，控 示，事故黑点提示三个方面。本系统可以实现在驾驶过程中对路过 制速度实时提示和黑点提示功能，因此这个功能为本文设计重点， 的事故易发地进行提示，并能查询详细信息，使不熟悉路况的驾驶 下面将详细阐述这三个功能的内容和实现思路。 员提高警惕。 控制速度的实时提示，是指当车辆运行带某个区域时，将以路 【关键词】控制速度；交通标志；实时提示；事故黑点；ＧＩＳ 况信息、气象信息等为基础通过速度控制模型计算，给出车辆在该 区间的最快行驶速度，为驾驶员驾驶提供数据化参考。该功能可以 引言 为驾驶员尤其是驾驶经验少的驾驶员，提供一个行驶速度的量化参 随着公路交通特别是高速公路交的飞速发展，交通事故尤其是 考值，使其在当前路况和天气限制下，保持良好的驾驶行为，并把 恶性交通事故呈不断上升趋势。据公安部交通管理局通报，２００９年 安全速度控制在最大，以免发生交通事故。控制速度的计算需要路 全国共发生道路交通事故２３８３５１起，造成６７７５９人死亡、２７５１２５ 况信息和实时气象信息，路况可以通过利用ＧＩＳ技术，读取电子地 人受伤，直接财产损失９．１亿元。同期相比，在经济发达的美国， 图参数的方式获得，实时气象信息讲采用无线通讯技术，将外界信 也有３３９６３人死于交通事故，而且造成了很大的社会危害。经过对 息传递到系统的基数按中枢，中枢采集路况信息和气象信息后进行 大量交通事故的分析总结，得出下表 计算，最后输出反映给驾驶员。 表１交通事故原因统计 交通标志的实时提示，是指当车辆行驶在公路的某个区域时， 次数 比率（％ 原因 次数 比率（％） 原因 能够实现在车内提示前方的交通标志的内容，与外界的交通标志共 １０４７ ４ｌ＿３５ 思想麻痹 ４２ １．６６ 侵占慢车道 同警示驾驶员，通过车内车外双重提示当前区间驾驶员应该注意的 外界信息。通过该功能，可以解决夜间或雨雪天气等能见度低的情 ２６４ １Ｏ．４３ 开快车 ２６ １．Ｏ３ 技术不良 况下，驾驶员因看不到外界交通标志，不能及时获取部分重要警示 ２６５ １０．４７ 逆行 １７ ０．６７ 过路口超速 信息而引起的交通事故，以及可以增加驾驶员对黑点路段危险性的 ｌ１１ ４．３８ 抢道 １５ Ｏ ５９ 装载不当 认识，从而提高驾驶员的警惕性，专心驾驶，减少驾驶员认识不足 ３０６ ｌ２．０９ 违章超车 ｌｌ ０．４３ 酒后开车 而产生事故的可能性 交通标志的实时提示利用ＧＰＳ和ＧＩＳ技术， １４０ ５ ３３ 非驾驶员开车 １１ ０．４３ 打瞌睡 讲交通标志信息和事故黑点数据提前存储到ＧＩＳ电子地图中，并通 ｌ３２ ５．２１ 跟前车太近 ２５３２ １００ 过ＧＰＳ定位车辆的当前位置，然后读取当前路段的交通标志信息， 最后提示给驾驶员。 ｌ４５ ５．７３ 制动不灵 事故黑点即事故多发点或路段。目前有些道路旁边会有事故多 从上表可以看出，因思想麻痹、开快车、违章超车、跟前车太 近、过路口超速等直接原因造成的交通事故比率６９．７５％ 发点的提示牌，但如果一段路都是事故多发地段，并不清楚地判断 １ ＧｌＳ（地理信息系统）和车载辅助系统 何时进入、何时离开这一区间。有些条件比较差的路段尽管有事故 ＧＩＳ地理信息系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，以下简 黑点提示但容易被人忽视，而且提示牌有可能被破坏，因此黑点提 称ＧＩＳ）是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、 示功能将事故黑点提示信息通过ＡｒｃＧｉｓ软件嵌入到电子地图中，当 表达和应用地理信息的计算机系统，也称为空间数据的管理系统。 车辆行驶到这些路段时能通过车载系统及时提示给驾驶员，而且在 Ｇ！Ｓ通过对空间和时间数据信息的组织管理和处理分析，可以 电子地图中可以方便的实现事故黑点的增删，因此无论从安全性还 满足使用者对研究对象的分析、评价和决策。它作为获取、存储和 是经济型考虑，通过车载系统实现事故黑点提示有着重要的意义。 管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，今年来得到广泛关注， ３结束语 近些年ＧＩＳ更以其强大的地理信息空间分析功能，在ＧＰＳ和路径优 本文研究设计过程中应用知识广泛，涉及到ＧＰＳ、ＧＩＳ、ＡＲＤＭＡＰ、 化中发挥着重要作用。简单来讲，ＧＩＳ以测绘测量为基础，以数据 ＡＲＣＥＮＧＩＮＥ、数据库，人机工程学，数学模型等知识，本文设计基于 库作为数据来源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。 ＧＩＳ的车载道路安全信息辅助系统，完成了对控制速度实时提示， 这是ＧＩＳ的本质与核心。车载辅助系统是当前国际智能交通系统研 交通标志实时提示和黑点排查功能详细论证，并进行主要内容的设 究的重要内容，它是利用ＧＰＳ技术、机器视觉、无限信息传输技术 计，通过构建软件仿真系统与平台，证明本文设计系统的合理性和 和传感器技术实现对道路状况的检测，并为驾驶员提供导航指示， 可行性。 当车辆发生可能潜在危险时及时警示驾驶员采取有效的应对措施。 参考文献： 车载辅助系统目前有ＧＰＳ导航定位系统，ＡＢＳ防抱死系统，ＥＳＰ车身 ｆ１］王保国，王新泉，刘淑艳雇然．安全人机工程学．机械工业出版社， ２００８ 电子稳定系统，车辆自动紧急刹车，车道偏离报警和车速限制识别 系统，雷达传感器自动警示系统等。 ［２］黄仁，绍辉，任军华．高速公路雾天通行保障与导航系统研究 ２系统设计思路及原理 ［３］汪凯．车辆安全辅助驾驶．汽车运用，２００９． 车载系统迅速发展，功能逐渐完善和增强，但是对安全的提示 ［４】刘喜平．高速公路限速系统研究．哈滨：哈尔滨工程大学． 功能却迟迟没有进展，国内外对此研究甚少，因此本文主要针对“安 （上接第４４９页） 如必须设置加强板时，加强板材质应与被支撑管道相同。 ５）串联的两个弹簧，承受的荷载应相同，总位移量按每个弹簧 （３）对可能产生热应力的管道，尽量不要在弯头处设置支架， 的最大压缩量的比例进行分配； ’ 以避免影响弯头的柔性。如果必须设置弯头支架时，弯头处不得再 ６）当实际荷载超过选用弹簧规格表中最大允许荷载时，可选用 设置加强板。 两个或者两个以上的弹簧关联安装； ７结语 ７）并联弹簧应选用同一型号的弹簧，并联弹簧数平均分配荷载。 综上所述，在整个管道工程的投资中，支吊架系统所占的比重 （９）当管道在支承点有垂直位移且要求支承力的变化范围在 较少，但管道支吊架的设计与管系的应力密切相关，可借助设置支 ８％以内时，管系应采用恒力弹簧支架。 吊架来限制某个方向的力和位移，从而使管系处于安全状态，由此 ６管道支吊架设计注意事项 可见管道支吊架的设计在管道设计中起着非常重要的作用。 （１）如果管道支吊架与管道焊接时，其材料应与管道材料相同。 参考文献： 但当被支承管道为贵金属时，超过２００ｍｍ的部分可用碳钢材料代替。 ｆ１１石油化工管架设计规范ＳＨ／Ｔ ３０５５－２００７ （２）当支吊架与管道焊接时，应尽量避免在焊缝处使用加强板。 ｆ２１刘辉．管道支吊架的选用及设置．化工设计，２００４（０６） ２０１３．０２ ｌ ４０５