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1.3.9.5 管路的安装

本小节所述是指车间内工艺管道的架空安装。内容涉及管道的柔性计算和应力分析、管道补偿、管道支吊架配置、支吊架结构形式选择等。

(1) 柔性计算和应力分析

① 柔性计算: 管道柔性是反映管道变形难易程度的一个物理概念,表示管道通过自身变形来吸收热胀冷缩和其他位移变形的能力。管道的安装设计,应保证管道系统具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、端点附加位移等造成的问题。这些问题有: 管道应力过大引起金属疲劳或管道推力过大造成支架破坏;管道连接处产生泄漏;管道推力或力矩过大,使与其连接的设备产生过大的应力或变形,影响设备的正常运行。

根据《工业金属管道设计规范》(GB 50316-2000)规定,凡管道的设计温度小于或等于-50℃或大于或等于100℃,均应为柔性计算的范围。而对于公称直径范围,则可按设计温度高低和管道布置的具体情况在设计时确定。

柔性计算的方法可因对象不同而采用不同方法: 对于与敏感的设备相连接或高温、高压等有严格要求的管道,应采用计算机程序进行柔性计算;对简单的L型、Ⅱ型等管道,可采用表格法、图解法等验算或简化判断法。

柔性计算的结果应包含下列内容:输入数据;各节点的位移和转角;各约束点的力和力矩;各节点的应力等。

管道柔性设计的合格标准为: 管道上各点的二次应力值小于许用应力范围;管道对设备管口的推力和力矩应在允许范围内;管道的最大位移量应能满足管道布置的要求。

② 应力分析: 应力有一次应力和二次应力。一次应力是指由外加荷载如压力、重力的作用而产生的应力,二次应力是由管道变形受到约束而产生的应力。在工艺管道中,公称管径等于或大于150mm,而且温度高于230℃或低于-20℃的所有管道,以及公称管径等于或大于150mm的管廊上的管道,需要进行应力计算。

③ 改善管道柔性的措施: 设计中,可利用管道自身的弯曲或扭转产生的变位来达到热胀冷缩的自补偿。当其柔性不能满足要求时,可采取改变管道走向,调整支吊架的型式与位置,采用补偿装置等办法,来改善管道柔性。

④ 常用的管道补偿器: 热力管道常用的补偿器有三种: Ⅱ形补偿器、波型补偿器和套管式补偿器。其中,用得最广泛的是Ⅱ型补偿器,它的结构简单,运行可靠,投资小。Ⅱ形补偿器宜设在两个固定支架的中部,同时为防止管道出现横向位移过大,在Ⅱ型补偿器两侧应设置导向支架。

(2) 管道支吊架的设置及最大间距 支吊架的位置和形式,应符合管道布置情况和管道柔性计算的要求。支吊架生根于建构筑物的构件上时,该构件应有足够的强度和刚度。支吊架的位置不应影响设备和管道的运行操作及维修。

水平管道支吊架最大间距应满足强度和刚度条件。强度条件是控制管道自重弯曲应力不应超过设计温度下材料许用应力的一半。刚度条件是限制管道自重产生的弯曲挠度,一般管道设计挠度不应超过15mm,对无坡度的蒸汽管道,其挠度不宜超过3mm。

水平管管的跨距可按三跨连续梁承受均布荷载时的刚度条件计算,再按强度逐条校核,取两者之间的小值。其刚度计算式如下:

式中 Ls——管道跨度,mm

   E——管材在设计温度下的弹性模量,MPa

   I——管子扣除腐蚀裕量及负偏差后断面惯性矩△——管子的挠度,取15mmq——单位长度管道质量,N其强度计算式如下:

式中 [σ]——管材在设计温度下的许用应力,MPa

   W——管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的抗弯断面系数(3) 管道支吊架结构型式选择

① 管道支吊架的分类: 支吊架可分为三大类:承重管架、限制性管架、减振管架。每一大类又可分为若干小类。食品生产车间工艺管道最常用到的是承重管架,其次,热力管道也要用到限制性管架。

② 管道支吊架选用的原则

a. 应按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作温度、是否保温、管道的材质等条件选用合适的支吊架。

b.应尽可能选用标准管卡、管托和管吊。

c. 应尽量采用焊接型的管托、管吊,制作简单,方便施工。

d. 为防止某些管道过大的横向位移,应在相应位置设导向管托。

(4) 管道支吊架在建构筑物上的生根 架空安装的管道,其支吊架大多生根于建构筑物上。因此,管道支架的位置、荷载和标高以及温度、压力等情况,要事先与土建专业设计人员联系并提供相关资料。特别是现代食品企业,越来越多采用单层大跨度全钢结构厂房,不能像传统的钢筋混凝土框架结构厂房那样可以随意生根。