３８ 四川化工 第１４卷２０１１年第２期 ｔ ，Ｉ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｌ夕 工艺与设备 § 化工装置外管架设计的探讨 应德平 （四川天一科技股份有限公司，成都，６１０２２５） 摘 要 根据工程实际，阐述外管架选型、探讨外管架竖向荷载的分配计算原则，以及水平荷载条件下 外管架的设计方法。 关键词：管架荷载水平力 变形位移腐蚀 １ 引言 在工业生产建设中，外管架的设计几乎在各生 产装置中都有，是各装置中的重要环节，尤其是在化 工生产建设中，因生装置中常遇有腐蚀性的气体和 液体，并有一些蒸汽热力管道，对管架产生水平推 力。如何做好化工行业生产建设中的外管架设计尤 为重要。这里通过工程实例（某化工装置１Ｏ万吨／ 年甲醇生产的外管架典型跨设计）介绍外管架的选 圈１ 型，外管架设计荷载的实用取值方法及在有生水平 （１）钢管架：易于施工，结构简单，不用设置管架 推力情况下的管架设计方法。这些荷载取值及管架 预埋件，但其主要的缺点是易被腐蚀，维护麻烦，维 设计方法在工程实践中有很好的应用价值。 护不好会对管架安全性带来隐患。 ２ 工程概况 戈 （２）混凝土管架：南 抗腐蚀性较强，承载力高，易于 维护，但其主要的缺点是结构复杂，施工程序多，工 本工程外管架典型跨位于１０万吨／年甲醇生产 期长，外观笨重，不能二次利用。 装置的合成精馏段，管架跨度为９．００米，宽度３．００ （３）钢和 昆凝土组成的混合管架：一般情况是采 米，如图１，Ｂ系列管架沿东西向承受竖向荷载 用混凝土柱和钢梁、钢桁架的形式，这种管架有其独 ９００ｋｇ／ｍ，Ｂ７轴管架同时要承受由热力管道传来的 水平推力８吨（水平推力为南北向）。 特的性能，首先是其主要支承构件钢筋混凝土柱受 力和防腐蚀性能好，其次是采用钢梁、钢桁架的形式 ３ 管架选型 就不像用混凝土梁和混凝土桁架那样外观笨重、不 化工生产装置中，腐蚀性的气体和液体是常见 易施工。可见，此种管架既能解决主要竖向承重构 的，外管架的设计应考虑管架的防腐，在以往的设计 件管架柱的防腐蚀问题，又解决了混凝土梁、桁架不 中，外管架采用的形式有：钢管架、混凝土管架、钢和 易施工，外观笨重的问题，且梁和桁架上不用预埋 混凝土组成的混合管架。各种管架的特点如下： 件，加工方便，是一种较好的外管架。尤其在石化行 业生产建设中，不但腐蚀性的气体和液体较多，地下 第２期 化工装置外管架设计的探讨 ３９ 部分腐蚀性液体也时有存在，采用这种形式管架很 实用。对本工程（１０万吨／年甲醇生产装置），虽然 甲醇生产装置的腐蚀性不是太强，但装置界区还是 于Ｌ２上，即Ｉ ２上受均布荷载为（９００×９－？－３）×２／ｓ ÷２－－５４０ｋｇ／ｍ。如此计算出来，基本上使管架各构 件受力均衡，变形协调，符合各构件实际受力情况， 有一定的腐蚀性，采用这种形式的外管架很实用，我 们在设计本工程的外管架时就采用了混凝土柱和钢 梁、钢桁架相结合的外管架，施工和使用情况都很 好。 使结构构件发挥了各自最大的功能。并在工程实际 中得到了验证，是一个既方便又实用的设计方法，希 望对大家在以后的管架设计中能得到帮助。当然在 一些纵向跨度过大的特殊管架中，应按不同的情况 ４外管架竖向荷载的分配原则及计算 外管架竖向荷载由管道的分布产生，管道沿其 走向将荷载分布于管架上，在以往的计算中，很多人 往往将管道荷载沿其走向均匀分布于管架上，如图 ２，即将管道竖向荷载９００ｋｇ／ｍ沿东西向（Ｂ１一Ｂ８ 轴）均匀分布于梁Ｌ１、Ｌ２上，这样的分配原则是不 将荷载的分配作适当调整。 ５ 管架水平推力作用下的设计 在管架设计中，根据工艺、管道专业的计算，一 般热力管道在一定长度范围内都应设固定支座，通 过固定支座及适量的膨胀节以抵消管道热胀冷缩的 变形，而固定支座处的管架将承受较大的水平推力， 对的，在工程设计中按这样计算设计的管架出现了 一管架在水平力作用下，管架柱将承受水平荷载传来 的弯矩和剪力，尤其是水平推力较大时，柱的变形是 较大的，变形过大将破坏管道连接及使用功能，影响 装置的正常生产，作好在水平推力作用下的管架设 计是很重要的。以本工程为例，介绍如何处理固定 支架处的管架设计，本工程中Ｂ７轴管架承受的水 平推力为８吨（南北向）。管架高６．０米，管架柱截 些问题，主要表现在Ｉ ｌ变形过大，甚至会破坏， 而Ｉ ２受力则很小，造成这种情况的原因在于Ｉ １与 柱相连，由于柱的约束，其刚度大，变形小，而Ｌ２是 与跨度大的纵梁相连的次梁，其刚度要小得多，除本 身变形要大于Ｉ １外，纵梁同时还有自身的变形。 如此一来，就不能将管道竖向荷载沿（Ｂ１一Ｂ８轴）均 面为３５０ｍｍＸ ３５０ｍｍ，经过计算，柱顶位移远远超 过了规范规定的要求，若加大柱截面，整个管架显得 不是很协调，不美观，基础底面也较大，我们采用了 以下的设计方法，如图３。 图２ 匀分布于梁Ｉ １、Ｉ ２上。而应将荷载按梁ｕ、Ｉ ２的 整体变形、刚度大小进行分配，当然这样进行分配是 比较复杂的，目前也没有专门的程序，在这里，根据 我们对典型管架的分析计算，综合判断，并结合多个 工程实例，给大家介绍一种较简便的荷载分配方法。 将３／５的荷载分布于Ｉ １上，即Ｌ１上受均布荷载为 （９００Ｘ ９÷３）Ｎ３／５—１６２０ｋｇ／ｍ；将２／ｓ的荷载分布 将Ｂ７轴上的两根柱变为四根柱，通过竖向和 水平支撑，使其成为一个小型竖向桁架，桁架的特点 图３ 是受力性能好，整体刚度大，外观美，这样原来由柱 ４０ 四川化工 第１４卷２０１１年第２期 承担的８吨水平推力现在由Ｌ３、Ｌ４、柱、支撑组成的 竖向桁架承担，通过计算，满足了规范规定的柱顶位 移要求，而且美观大方。更重要的是，因桁架整体刚 度大，受力性能好，以此作为固定支座，既能使管架 的纵向位移不会过大，又能对管架的横向变形起到 约束作用，对整个管架的位移、变形控制作用是明显 的，贡献突出。因此，在管架水平推力较大的情况 管架的选型应按各工程的生产环境，考虑到地上地 下的各种腐蚀情况，选择合适的外管架型式；尤其是 本文推荐的外管架竖向荷载取值方法，使管架各构 件受力均衡，变形协调，与构件实际受力情况基本相 符，这种设计方法在工程实际中有很好的实用性。 而水平推力较大情况下，应优先采用竖向桁架，不但 解决了水平推力处自身变形过大的问题，还对整个 管架的位移、变形起到控制作用。 下，建议优先采用本设计方法。 ６ 结束语 在化工、石化行业建设中，外管架几乎在各生产 装置中都有，是各装置中的重要设计环节，如何设计 好外管架是很重要的，本文针对化工生产装置的特 １９９８． 参考文献 －ｉ１１国振喜，曲昭嘉，编．管道支架设计手册．中国建筑工业出版社， ［２］ＳＨ／Ｔ３０５５—２００７．中国石化出版社，２００８． ［３］王晓鹏，仲崇梅，编．简明建筑结构设计实用手册．冶金工业出版 社，２０００． 点，从外管架的选型，外管架设计荷载的取值方法及 水平推力作用下的管架设计方法等方面对外管架的 设计进行了探讨论证，得到了实际工程的检验。外 Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｐｉｐｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｕｎｉｔ Ｙｉｎｇ Ｄｅｐｉｎｇ （Ｓｉｃｈｕａｎ Ｔｉａｎｙｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＣＯ．，ＬＴＤ．Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０２２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｕｔｓｉｄｅ ｐｉｐｅ ｓｕｐｐｏｒｔ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｉｐｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｂｅａｒｉｎｇ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌｏａｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｐｅ ｓｕｐｐｏｒｔ；ｌｏａｄ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｏｒｃｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ 云南三环年产１ ６０万吨硫酸装置二期工程动工 云南三环中化化肥有限公司为年产１２０万吨磷 铵项目配套的年产１６０万吨硫酸装置分两期工程进 ＳＯ２，回收热量降温后的ＳＯ２进入转化器通过４段 触媒催化反应为ＳＯ３，经干燥、吸收，得到９８ 的浓 行，建设硫酸装置以生产满足磷酸装置原料要求的 硫酸产品，一期工程现已建成投产，二期工程年产 ８Ｏ万吨硫酸装置由云南化工设计院有限公司总承 硫酸产品，供磷酸装置和磷铵装置使用。目前项目 开工建设的各项准备工作已全面完成，该装置于 ２０１０年１２月１３日动工兴建，计划于２０１１年１１月 包，装置采用快速熔硫、过滤、液体硫磺燃烧、余热回 收和先进的“３＋１”两转两吸工艺技术，以固体硫磺 为原料，熔化后喷人焚烧炉，和空气燃烧反应生成 投产，将建设成为具有国际先进水平、国内一流的大 型硫酸生产装置。 （汪家铭）
