胡家郡，付雪锋，熊峰
（四川能投建工集团设计研究院有限公司，四川 成都 610000）
［摘 要］支吊架是管道系统的重要组成部分，对于大直径管道来说，设计时须考虑摩擦力的影响，设计之初可通过改变支吊架形式、位置来调节管系中的应力。以某化工项目离心式压缩机出口沿框架爬升至结晶器进口管道（DN1200）为例，针对此管道管口及支架处应力过大的问题，采用PDMS建模，运用CAESARⅡ软件（2019版），通过对支吊架底部增设PTFE滑板与否两种情况下管口荷载及管道支架受力情况进行对比分析，探究摩擦力对管系产生的影响。应力分析与计算结果表明，增设PTFE滑板，用极小的成本来优化管口荷载、降低支架对结构的推力，在其他条件不变的情况下，此举可改善管系受力情况，增加管系柔性，使管口荷载满足工艺要求，可确保管系长期稳定运行。
［关键词］管道系统；支吊架；PDMS建模；管架设计原则；应力分析；增设PTFE滑板；对比分析
［中图分类号］TQ055.8+9 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）06-0054-04
0 引 言
支吊架是管道系统的重要组成部分，其设计是管道设计中的重要环节，如果支吊架设计选择不当，不能承受管道重量等荷载，可能导致管道一次应力超标。另外，通过支吊架的设置还可以对管系的变形加以控制，从而减小管道的二次应力和管道对设备的推力，保证管道和设备的正常运行［1］。管道支吊架设置不合理，会导致如下后果：① 管道支吊架跨度过大，会导致管道垮塌；② 由于受介质温度的影响，管道热胀冷缩会产生位移，如果支吊架没有考虑足够的位移量，会导致支架脱落，引起其他支架超载、设备管口超载等问题。
设计之初，可通过改变支吊架形式、位置来调节管系中的应力。常见的支吊架大体可分为承重架、限制性支架、减震架三大类：① 承重架——用来承受管道的重力及其他垂直向下荷载的支吊架，包括滑动架、弹簧支吊架、刚性吊架、可调支架等；② 限制性支架——用来阻止、限制或控制管系位移的支架，包括导向架、止推限位架、固定支架等；③ 减振架——用来控制或减小除重力和热膨胀以外的其他力（如机械振动、风和地震等外部荷载）的作用所产生的管道振动的支架，包括防震管卡、阻尼器等。
现以某化工项目离心式压缩机出口沿框架爬升至结晶器进口管道（DN1200）为例，针对此管道管口及支架处应力过大的问题，采用PDMS建模，运用CAESARⅡ软件（2019版），通过对支吊架底部增设PTFE滑板与否两种情况下管口荷载及管道支架受力情况进行分析与比较，探究摩擦力对管系产生的影响。
1 PDMS建模
1.1 初始条件
（1）本项目离心式压缩机出口管道沿框架（框架上设有支撑）爬升至结晶器进口，选取此段管道进行分析，管道参数：管道内介质为气氨、CO2，管道规格为DN1200、壁厚10 mm，材质为00Cr17Ni14Mo2，设计压力0.90 MPa、工作压力0.75 MPa，设计温度175 ℃、工作温度155 ℃。
（2）工况参数：① 操作工况（OPE1），温度155 ℃、压力0.75 MPa；② 设计工况（OPE2），温度175 ℃、压力0.90 MPa；③ 持续荷载工况Ⅰ（SUS1），此工况下只有重力和压力，即冷态，此时压力同OPE1；④ 持续荷载工况Ⅱ（SUS2），此工况下只有重力和压力，即冷态（与SUS1相比只是压力不同），此时压力同OPE2。
1.2 计算模型
据梁、柱所在位置，设置此段管道支架；依据结晶器设备图，模拟边界条件；在CAESARⅡ软件中建立模型，如图1（注：节点10——压缩机出口；节点20——承重支架并设置导向支架；节点80——弹簧支架；节点110——承重支架并设置Z向限位支架；节点110～节点140——设置大拉杆膨胀节；节点140、160、169——承重支架；节点220——结晶器进口）。
1. 3 管架设计原则［2］
更多内容详见《中氮肥》2023年第6期