一種新型支撐裝置在保溫管道上的應(yīng)用研究

文／陳曉霞、趙文斌、趙丹峰、王凱 中國(guó)核電工程有限公司 北京 100840

引言：

常見(jiàn)的管道支撐裝置有管卡式軸向?qū)蛑?，支管式固定支撐，鋼框架搭建式支撐等，這些支撐對(duì)于無(wú)保溫的管道支撐可實(shí)現(xiàn)良好的效果，但是用于保溫管道上都有某些不足之處。管卡式軸向?qū)蛑涡枰獙⒐潭ü芸ǖ匿摻Y(jié)構(gòu)與管道同時(shí)包進(jìn)保溫結(jié)構(gòu)中，拆卸檢查時(shí)較不方便，而且不同厚度的保溫結(jié)構(gòu)適應(yīng)性不好；支管式固定支撐功能相對(duì)單一，不能滿足非絕對(duì)固定型支撐的要求；鋼框架搭建式支撐無(wú)法在預(yù)制場(chǎng)廠進(jìn)行大批量的集中加工生產(chǎn)，對(duì)于小管徑管道固定時(shí)型鋼結(jié)框架構(gòu)較小，焊接相對(duì)困難，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)要求較高，同時(shí)不利于保溫層的拆卸操作。本文針對(duì)現(xiàn)有的支撐組件的技術(shù)缺陷，研究設(shè)計(jì)一種規(guī)格多樣化的，易于預(yù)制廠規(guī)?；a(chǎn)的，便于安裝拆卸且能夠?qū)崿F(xiàn)力學(xué)要求的相關(guān)功能的新型管支撐裝置，并能克服支架型鋼長(zhǎng)期被保溫層包裹力學(xué)性能衰減的困擾。

1、支撐裝置在管道系統(tǒng)中的功能設(shè)置

管道運(yùn)行必須依靠支吊架承受管道的荷載、限制管道位移、控制管道振動(dòng)才能和支架形成一個(gè)整體系統(tǒng)保證管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。管道布置設(shè)計(jì)時(shí)，常用的支吊架功能包括滑動(dòng)功能、軸向?qū)蚬δ堋⒐潭c(diǎn)、以及和鋼框架結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)其他特殊功能。

1.1 滑動(dòng)功能

滑動(dòng)支撐應(yīng)用在水平管道上，支撐裝置主要承受管道的向下載荷和水平方向上的極小摩擦力，對(duì)管道只有向下的限位作用。

1.2 軸向?qū)蚬δ?/h3>

軸向?qū)蛑螒?yīng)用在水平和豎直管道上，管道水平布置時(shí)支撐裝置承受垂直于管道空間兩個(gè)方向的荷載，對(duì)管道既有左右方向的限位也有豎直方向的限位，管道只有軸線位移。管道豎直布置時(shí)，支撐裝置承受垂直于管道水平兩個(gè)方向的荷載，管道只有豎直方向的位移。

1.3 固定點(diǎn)

固定支撐可應(yīng)用在任意方向管道上，此支撐點(diǎn)處管道任何方向沒(méi)有位移。承受空間三個(gè)軸向的載荷。

1.4 其它功能

根據(jù)管道布置力學(xué)計(jì)算結(jié)果，支撐功能還有橫向限位、軸向限位、豎向限位等功能，需要結(jié)合鋼框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的功能。

2、新型支撐裝置設(shè)計(jì)方案

保溫管道的支撐裝置由管卡、防磨墊板、固定板、支撐管構(gòu)成，如圖1所示。該支撐裝置適應(yīng)多種管徑和材質(zhì)，可設(shè)計(jì)成多種規(guī)格，并根據(jù)管道材質(zhì)和應(yīng)用環(huán)境選用不同材質(zhì)。在安裝現(xiàn)場(chǎng)將各組件安裝完成后成為一個(gè)完整的支撐組件，實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)要求的功能。

圖1 支架組件示意圖

2.1 管卡的設(shè)計(jì)

管卡是主要的受力部件之一，承受管道施加的橫向力和豎向力，部分固定支架還要承受軸向力，管卡的長(zhǎng)度可以根據(jù)保溫結(jié)構(gòu)的厚度選取。

圓鋼管卡（如圖2）按照管道的尺寸進(jìn)行預(yù)彎，彎曲半徑比管道的外徑略大。對(duì)于小尺寸（≤2寸）管道，管卡的直徑可以選取6mm的碳鋼圓棒或者不銹鋼棒彎制而成；對(duì)于大尺寸管道（＞2寸）可以逐漸增加管卡的直徑，管卡的端部車出螺紋，螺紋的長(zhǎng)度不小于部件3固定板的厚度及高強(qiáng)度螺母的厚度。

圖2 圓鋼管卡示意圖

扁鋼管卡（如圖3）由一定厚度的鋼板機(jī)加工而成，按照需要支撐管道的外徑在厚鋼板上切割出需要的形狀，對(duì)于導(dǎo)向支撐可以切割成方形孔洞；對(duì)于固定支撐需要切割成與需要支撐的管道外形一致的形狀，并對(duì)切割面進(jìn)行弧面處理，處理時(shí)以鋼板的厚度為直徑進(jìn)行加工，使切割面的成品為半球形截面。在鋼板的端部車出內(nèi)螺紋，通過(guò)高強(qiáng)度螺栓與固定板連接固定。

圖3 扁鋼管卡示意圖

2.2 防磨墊板的設(shè)計(jì)

防磨墊板焊接在管道外壁上用于保護(hù)管道，采用與被支撐管道同規(guī)格、同材料管道制成，將管道按照需要的長(zhǎng)度切割成180°的半管制成防磨墊板，對(duì)于薄壁管道或位移較大的管道，防磨墊板與被支撐的管道在預(yù)制車間按照設(shè)計(jì)角度進(jìn)行焊接和檢驗(yàn)；對(duì)于壁厚較厚的管道或位移較小的管道，防磨墊板可以采用與支撐管焊接的方式安裝。特殊情況下，可以選用方形鋼板作為防磨墊板與支撐管在現(xiàn)場(chǎng)焊接，同時(shí)方形防磨墊板與需要支撐的管道之間間隙配合，不做焊接處理。

2.3 固定板的設(shè)計(jì)

固定板（如圖4）為主要受力部件之一，中心開(kāi)一個(gè)比支撐管外徑略大的圓孔，調(diào)整到適當(dāng)位置后采用透焊的形式將其與支撐管焊接到一起。在兩側(cè)對(duì)稱的位置開(kāi)兩個(gè)與管卡規(guī)格配套的圓孔，圓孔的直徑略大于管卡的外徑。固定板按照統(tǒng)一的形狀設(shè)置成不同的規(guī)格，根據(jù)支撐管的管徑及管卡的外徑規(guī)格或者固定用高強(qiáng)度螺栓的外徑進(jìn)行選型。

圖4 固定板示意圖

2.4 支撐管的設(shè)計(jì)

支撐管一端作為支架生根點(diǎn)固定在基板或者鋼結(jié)構(gòu)框架上，另一端與防磨墊板接觸，根據(jù)不同的支架功能做不同處理。利用支撐管與基板或者鋼結(jié)構(gòu)固定實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫管道的支撐作用。

3、新型支撐裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝方法

3.1 管卡的安裝

現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)按照保溫層的厚度選取適當(dāng)長(zhǎng)度的管卡，先將一對(duì)螺母擰入圓鋼管卡（如圖2），以實(shí)現(xiàn)粗定位的功能，兩個(gè)螺母調(diào)整到相同位置之后將圓鋼管卡的端部插入固定板預(yù)先開(kāi)好的孔洞中，用螺母和扣緊螺母進(jìn)行粗固定。

對(duì)于扁鋼管卡（如圖3），其端部與固定板通過(guò)單頭螺柱進(jìn)行固定，扁鋼管卡的開(kāi)孔深度與螺柱長(zhǎng)度相匹配。

3.2 支撐管和固定板的安裝

對(duì)于圖4所示的固定板為主要受力部件之一，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選取適當(dāng)長(zhǎng)度的支撐管插入固定板中心的圓孔中進(jìn)行點(diǎn)焊定位，調(diào)整合適后將支撐管與固定板采用全透焊的形式進(jìn)行焊接，對(duì)焊接后的固定板與支撐管做垂直度檢查，保證固定板與支撐管的垂直度。據(jù)圖1所示支撐管應(yīng)小于被支撐的管道規(guī)格，以保證有足夠的空間供管卡或者螺栓的安裝，最后將支撐管與可以生根的位置焊接成一個(gè)整體。

4、支撐裝置功能的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)支撐功能時(shí)，將固定板與支撐管末端焊接，固定板和防磨墊板接觸，固定板和支撐管為受力部件，承受管道向下的載荷，實(shí)現(xiàn)支撐管道的作用。

對(duì)于圓鋼管卡（如圖2），實(shí)現(xiàn)固定支撐功能時(shí)，焊接完成后將粗定位的兩個(gè)螺母松開(kāi)，之后擰緊固定螺母和扣緊螺母；實(shí)現(xiàn)軸向?qū)蛑喂δ軙r(shí)，焊接完成后將粗定位的兩個(gè)螺母擰緊，之后繼續(xù)擰緊固定螺母和扣緊螺母。

對(duì)于扁鋼管卡（如圖3），可以采用在管卡與固定板之間加裝墊圈的形式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向功能，對(duì)于導(dǎo)向支撐則不需對(duì)扁鋼進(jìn)行特殊處理。對(duì)于固定支撐，管卡加工時(shí)應(yīng)采用整塊鋼板切割的形式進(jìn)行加工成型，將扁鋼與管道接觸的位置進(jìn)行倒圓角處理，倒角完成后應(yīng)保證接觸面無(wú)明顯的毛刺和裂紋等缺陷。

其他支撐功能的需要結(jié)合鋼框架結(jié)構(gòu)和本支撐裝置的部件相結(jié)合，采用合理的組成形式實(shí)現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)：

這種保溫管道的支撐裝置適應(yīng)多種管徑和材質(zhì)，設(shè)置有多種規(guī)格和材料的管卡、防磨墊板、固定板、支撐管。在安裝現(xiàn)場(chǎng)將各組件按照功能需求安裝完成后成為一個(gè)完整的支撐組件，實(shí)現(xiàn)管道設(shè)計(jì)中相關(guān)功能。