一种高温高压大直径管道盲端固定支架及其固定方法.pdf

一种高温高压大直径管道盲端固定支架及其固定方法，至少包括一个支架单元，支架单元包括：环形反力加劲板，其板面垂直于管道中轴线，焊接在管道外表面上；纵向传力加劲板，板面垂直于环形反力加劲板并抵在环形加劲板背向管道盲端力作用的一侧，沿环形反力加劲板绕管道均匀排列一周，与环形加劲板及管道均焊接连接；箱型转换环梁，设置在环形反力加劲板受管道盲端力作用的一侧，与环形反力加劲板的间隙填充绝热保温材料；传力牛腿，垂直均匀焊接在箱型转换环梁的外表面上；传力框架。本发明一方面隔绝高温管道向管道系统传递热量给主固定支架，另一方面可有效抵抗管道盲端力，使用框架传力，稳定可靠，可以用在大直径的管道主固定支架上。

权利要求书
1.  一种高温高压大直径管道盲端固定支架，支设在管道盲端，其特征在于，至少包括一个支架单元，所述支架单元包括以下部分：
环形反力加劲板（3），所述环形反力加劲板（3）为套在管道（1）上的一个圆环形金属板，其板面垂直于管道中轴线，且焊接固定在管道（1）的外表面上；
纵向传力加劲板（2），所述纵向传力加劲板（2）的板面垂直于环形反力加劲板（3）并抵在环形加劲板背向管道盲端力作用的一侧，若干个纵向传力加劲板（2）沿环形反力加劲板（3）绕管道（1）均匀排列一周，所述纵向传力加劲板（2）与环形加劲板（3）及管道（1）外表面的接触面均焊接连接；
箱型转换环梁（4），所述箱型转换环梁（4）设置在环形反力加劲板受管道盲端力作用的一侧，所述箱型转换环梁（4）的内环直径大于管道（1）的外径，其与管道外表面之间的间隙不小于管道外表面径向温度膨胀距离；所述箱型转换环梁（4）与环形反力加劲板（3）之间均设有间隙，所述间隙内填充能抗压的绝热保温材料（7）；
传力牛腿（5），所述传力牛腿（5）垂直焊接在箱型转换环梁（4）的外表面上，且绕传力限位环梁（5）一圈均匀分布；
传力框架（6），所述传力框架（6）为矩形框，管道（1）从其中间穿过，底部有支腿支设在基础上，整个传力框架（6）位于箱型转换环梁（4）受管道盲端力作用的一侧，传力框架（6）的两侧柱上有用于支承箱型转换环梁的传力牛腿（5）的支承小牛腿（10）。

2.  根据权利要求1所述的一种高温高压大直径管道盲端固定支架，其特征在于：所述箱型转换环梁（4）与管道（1）之间的间隙内也填充能抗压的绝热保温材料（7）。

3.  根据权利要求1所述的一种高温高压大直径管道盲端固定支架，其特征在于：所述相邻支架单元沿管道中轴线方向的距离根据场地条件及受力需要确定，以综合造价经济性为目标条件；相邻支架单元的传力框架（6）之间由平行于管道轴线的横梁（8）刚接连接成整体。

4.  根据权利要求1～3任意一项所述的一种高温高压大直径管道盲端固定支架，其特征在于：还包括起加强作用的框架斜撑（9），其支撑在传力框架（6）上。

5.  根据权利要求4所述的一种高温高压大直径管道盲端固定支架，其特征在于：所述传力框架（6）、横梁（8）和框架斜撑（9）三者一体成型。

6.  根据权利要求4所述的一种高温高压大直径管道盲端固定支架，其特征在于：所述传力牛腿（5）至少有两个。

7.  利用权利要求5或6所述的高温高压大直径管道盲端固定支架进行的管道盲端的固定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定支架安装位置：根据工艺条件需求及场地条件选定支架位置，同时确定支架单元的安装个数及安装距离；
步骤二、设置环形反力加劲板（3）：确定支架安装位置后，在管道（1）外设置垂直于管道表面及管道中轴线的环形反力加劲板（3），并将其与管道焊接连接在一起；
步骤三、设置纵向传力加劲板（2）：在环形加劲板背向管道盲端力作用的一侧增加同时垂直于管道表面及环形加劲板（3）的纵向传力加劲板（2），纵向传力加劲板（2）在管道圆周上均匀分布；纵向传力加劲板与管道上的环形加劲板及管道焊接连接；
步骤四、设置箱型转换环梁（4）：在管道（1）上环形反力加劲板（3）受管道盲端力作用的一侧设置一道箱型转换环梁（4），箱型转换环梁（4）的环形内表面与管道外表面之间留有一定间隙，此间隙需大于管道外表面径向温度膨胀值；
步骤五、传力牛腿（5）的设置：在箱型转换环梁（4）的外侧圆环表面上设置数个传力牛腿（5），传力牛腿（5）沿箱型转换环梁（4）圆周均匀分布；
步骤六、在基础上设置传力框架（6）：传力框架（6）设置在箱型转换环梁（4）受管道盲端力作用的一侧，底部有支腿支设在基础上，管道（1）从传力框架（6）中间穿过，传力框架（6）的两侧柱上设用于支承箱型转换环梁的传力牛腿（5）的支承小牛腿（10）；
步骤七、填充绝热保温材料（7）：在环形反力加劲板（3）与箱型转换环梁（4）之间的间隙内填充能抗压的绝热保温材料（7），阻断热量从管道向箱型转换环梁传递；
步骤八：整体质检，至此，管道固定支架的安装工作完成。

8.  根据权利要求7所述的高温高压大直径管道盲端的固定方法，其特征在于：整个固定支架包括至少一个支架单元，多个支架单元时，相邻支架单元沿管道中轴线方向的距离根据场地条件及受力条件综合考虑确定，以综合造价经济性为目标条件，重复步骤一至步骤七，在需要安装固定支架的其他位置安装支架单元，相邻支架单元的传力框架（6）之间由平行于管道轴线的横梁（8）刚接连接成整体，直至管道固定完成。

9.  根据权利要求7所述的高温高压大直径管道盲端的固定方法，其特征在于：所述步骤六中，在传力框架（6）的周围设置框架斜撑（9）。

10.  根据权利要求8或9所述的高温高压大直径管道盲端的固定方法，其特征在于：所述纵向传力加劲板（2）的数量及板厚、环形反力加劲板（3）的板厚、箱型转换环梁（4）的截面及板厚、传力牛腿（5）的数量及截面大小及传力框架（6）的截面尺寸，都根据管道工作工况下的有限元计算或理论计算得到的该构件应力满足其材料要求确定。

说明书一种高温高压大直径管道盲端固定支架及其固定方法
技术领域
本发明涉及管道固定支架技术领域，特别涉及一种高温高压大直径管道盲端固定支架及其固定方法。
背景技术
大直径管道广泛应用于各种工业生产及民用工程，部分管道不仅直径超大，而且管道内流体为高温高压，此类管道固定支架需要与管道基础紧密连接，而管道基础一般处于常温状态，因此管道固定支架节点的温度由管道位置的高温状态迅速降低到支架底部与基础连接部位的常温状态，温度梯度极大。在温度梯度的作用下，节点产生极大的温度自平衡应力，使节点诸多部位材料进入屈服阶段。
当此类支架作为承受管道盲端力的主固定支架时，管道盲端力迫使管道在温度应力作用下已进入屈服阶段的位置产生巨大的塑性应变，支架节点整体发生不可逆转的大变形并最终导致支架失效。
发明内容
本发明的目的在于设计出一种高温高压大直径管道盲端固定支架及其固定方法，主要解决以下技术问题：传统主固定支架节点的构造做法均将高温管道与其主固定支架直接焊接连接为一个整体，以达到传递高温管道外部机械荷载的目的，但由此造成高温管道的热量也传递到管系主固定支架上，造成主固定支架与高温管道连接部分处于与管道一致的高温工作状态，钢材在高温下发生软化，容许使用应力及强度均发生大幅度下滑，造成在同样的外荷载作用下需要更厚重的截面或更多的材料。应用本发明的构造做法，可减小管道系统的主固定支架在工作工况下的工作最高温度，可以在高温管系的主固定支架本身采用不需要求高温工作性能的常规钢材，并减小节点构件的材料截面厚度，降低支架的造价。
为实现上述技目的，本发明采取如下技术方案：
一种高温高压大直径管道盲端固定支架，支设在管道盲端，其特征在于，包括以下部分：
环形反力加劲板，所述环形反力加劲板为套在管道上的一个圆环形金属板，其板面垂直于管道中轴线，且焊接固定在管道的外表面上；
纵向传力加劲板，所述纵向传力加劲板的板面垂直于环形反力加劲板并抵在环形加劲板背向管道盲端力作用的一侧，若干个纵向传力加劲板沿环形反力加劲板绕管道均匀排列一周，所述纵向传力加劲板与环形加劲板及管道外表面的接触面均焊接连接；
箱型转换环梁，所述箱型转换环梁设置在环形反力加劲板受管道盲端力作用的一侧，所述箱型转换环梁的内环直径大于管道的外径，其与管道外表面之间的间隙不小于管道外保温层厚度和管道外表面径向温度膨胀值的和；所述箱型转换环梁与环形反力加劲板之间均设有间隙，所述间隙内填充能抗压的绝热保温材料；
传力牛腿，所述传力牛腿垂直焊接在箱型转换环梁的外表面上，且绕传力限位环梁一圈均匀分布；
传力框架，所述传力框架为矩形框，管道从其中间穿过，底部有支腿支设在基础上，整个传力框架位于箱型转换环梁受管道盲端力作用的一侧，传力框架的两侧柱上有用于支承箱型转换环梁的传力牛腿的支承小牛腿。
优选的，所述箱型转换环梁与管道之间的间隙内也填充能抗压的绝热保温材料。
多个支架单元时，相邻支架单元沿管道中轴线方向的距离根据场地条件及受力条件综合考虑确定，以综合造价经济性为目标条件；相邻支架单元的传力框架之间由平行于管道轴线的横梁刚接连接成整体。
优选的，还包括起加强作用的框架斜撑，其支撑在传力框架上。
优选的，所述传力框架、横梁和框架斜撑三者一体成型。
优选的，所述传力牛腿至少有两个。
本发明还提供利用上述的高温高压大直径管道盲端固定支架进行的管道盲端的固定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定支架安装位置：根据工艺条件需求及场地条件选定支架位置，确定支架单元的安装个数及安装距离；
步骤二、设置环形反力加劲板：确定支架安装位置后，在管道外设置垂直于管道表面及管道中轴线的环形反力加劲板，并将其与管道焊接连接在一起；
步骤三、设置纵向传力加劲板：在环形加劲板背向管道盲端力作用的一侧增加同时垂直于管道表面及环形加劲板的纵向传力加劲板，纵向传力加劲板在管道圆周上均匀分布；纵向传力加劲板与管道上的环形加劲板及管道焊接连接；
步骤四、设置箱型转换环梁：在管道上环形反力加劲板受管道盲端力作用的一侧设置一道箱型转换环梁，箱型转换环梁的环形内表面与管道外表面之间留有一定间隙，此间隙需大于等于管道外保温厚度及管道外表面径向温度膨胀值之和；
步骤五、传力牛腿的设置：在箱型转换环梁的外侧圆环表面上设置数个传力牛腿，传力牛腿沿箱型转换环梁圆周均匀分布；
步骤六、在基础上设置传力框架：传力框架设置在箱型转换环梁受管道盲端力作用的一侧，底部有支腿支设在基础上，管道从传力框架中间穿过，传力框架的两侧柱上有用于支承箱型转换环梁的传力牛腿的支承小牛腿；
步骤七、填充绝热保温材料：在环形反力加劲板与箱型转换环梁之间的间隙内填充能抗压的绝热保温材料，阻断热量从管道向箱型转换环梁传递；
步骤八：整体质检，至此，管道固定支架的安装工作完成。
同样，对应优选结构进行施工时，固定支架包括多个支架单元时，相邻支架单元沿管道中轴线方向的距离根据场地条件及受力需要确定，以综合造价经济性为目标条件；相邻支架单元的传力框架之间由平行于管道轴线的横梁刚接连接成整体。重复步骤一至步骤七，在需要安装固定支架的其他位置安装支架单元，相邻支架单元的传力框架之间由平行于管道轴线的横梁刚接连接成整体，直至管道固定完成。
优选的，所述步骤六中，在传力框架的周围架设置框架斜撑。
其中，所述纵向传力加劲板的数量及板厚、环形反力加劲板的板厚、箱型转换环梁的截面及板厚、传力牛腿的数量及截面大小及传力框架的截面尺寸，都根据管道工作工况下的有限元计算或理论计算得到的该构件应力满足其材料要求确定。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
1、高温管道的热量可有效被保温绝热措施隔断封闭在管道内，传递到箱型转换环梁及传力框架的热量很小，箱型转换环梁及传力框架基本工作在常温工况下，可避免在此两种构件上采用高温高性能钢材，节约造价；
2、使用框架传力，稳定可靠，具有可靠地工作安全裕量，且框架的综合刚度及综合强度较大，可以用在大直径的管道主固定支架上，用于承受很大的管道盲端推力。
附图说明
图1是本发明涉及的实施例的整体结构示意图；
图2是支架单元与管道1连接的剖面结构示意图。
附图标记：1-管道、2-纵向传力加劲板、3-环形反力加劲板、4-箱型转换环梁、5-传力牛腿、6-传力框架、7-绝热保温材料、8-横梁、9-框架斜撑、10-支承小牛腿。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2，本发明涉及一种高温高压大直径管道盲端固定支架，支设在管道盲端，其特征在于，包括以下部分：
环形反力加劲板3，所述环形反力加劲板3为套在管道1上的一个圆环形金属板，其板面垂直于管道中轴线，且焊接固定在管道1的外表面上；
纵向传力加劲板2，所述纵向传力加劲板2的板面垂直于环形反力加劲板3并抵在环形加劲板背向管道盲端力作用的一侧，若干个纵向传力加劲板2沿环形反力加劲板3绕管道1均匀排列一周，所述纵向传力加劲板2与环形加劲板3及管道1外表面的接触面均焊接连接；
箱型转换环梁4，所述箱型转换环梁4设置在环形反力加劲板受管道盲端力作用的一侧，所述箱型转换环梁4的内环直径大于管道1的外径，其与管道外表面之间的间隙不小于管道外保温层厚度和管道外表面径向温度膨胀值的和；所述箱型转换环梁4与环形反力加劲板3之间均设有间隙，所述间隙内填充能抗压的绝热保温材料7，所述箱型转换环梁（4）与管道（1）之间的间隙内也填充能抗压的绝热保温材料7；
传力牛腿5，所述传力牛腿5垂直焊接在箱型转换环梁4的外表面上，且绕传力限位环梁5一圈均匀分布；传力牛腿5至少有左右两个，如图1，本实施例中有四个，呈十字形排布；左右两个传力牛腿5分别支承在传力框架6的支承小牛腿10上；
传力框架6，所述传力框架6为矩形框，管道1从其中间穿过，底部有支腿支设在基础上，整个传力框架6位于箱型转换环梁4受管道盲端力作用的一侧，其上在相应位置设支承小牛腿10用于支承传力牛腿5；
此外，还包括起加强作用的框架斜撑9，其支撑在传力框架6上。所述传力框架6、横梁8和框架斜撑9三者一体成型。
其中，整个固定支架包括可以包括一个或多个支架单元，多个支架单元时，相邻支架单元沿管道中轴线方向的距离距离根据场地条件及受力条件综合考虑确定，以综合造价经济性为目标条件；相邻支架单元的传力框架6之间由平行于管道轴线的横梁8刚接连接成整体。本实施例中两个支架单元组成整个固定支架。
利用上述固定支架进行高温高压大直径管道的固定安装时，具体操作如下：
1）确定支架安装位置：根据工艺条件需求及场地条件选定支架位置，同时确定支架单元的安装个数及安装距离；
2）在管道1外设置垂直于管道1表面及管道1轴线的环形反力加劲板3，环形反力加劲板3与管道1焊接连接在一起。环形反力加劲板3可根据需要设置多道，环形反力加劲板3板厚根据管道1工作工况下的有限元计算或理论计算得到的形反力加劲板应力满足反力加劲板材料要求确定。本实施例中，在管道1外设置2道20mm厚且垂直于管道1表面的环形反力加劲板3，环形反力加劲板3与管道1焊接连接在一起。
3）在环形加劲板背向管道1盲端力作用方向一侧增加同时垂直于管道1表面及环形加劲板的纵向传力加劲板2，纵向传力加劲板2在管道1圆周上均匀分布。纵向传力加劲板2与管道1上的环形加劲板及管道1焊接连接。纵向传力加劲板2数量及板厚根据管道1工作工况下的有限元计算或理论计算得到的纵向传力加劲板2应力满足纵向传力加劲板2材料要求确定。本实施例中，在环形加劲板的厚度为20mm，同圈相邻板之间的间距为200～250mm以控制总数量。
4）在管道1上每道环形加劲板的管道1盲端力作用方向一侧设置箱型转换环梁4一道，箱型转换环梁4的环形内表面与管道1外表面之间留有一定间隙，此间隙需大于等于管道1外保温厚度及管道1外表面径向温度膨胀值之和。箱型转换环梁4的截面及板厚根据管道1工作工况下的有限元计算或理论计算得到的箱型转换环梁4应力满足箱型转换环梁4材料要求确定。本实施例中，箱型转换环梁4的内直径比管道1的外径大100mm。
5）箱型转换环梁4外侧圆环表面上设置数个传力牛腿5，传力牛腿5沿箱型转换环梁4圆周均布。传力牛腿5数量及截面大小根据管道1工作工况下的有限元计算或理论计算得到的传力牛腿5应力满足传力牛腿5材料要求确定，且不少于2个。本实施例中，箱型转换环梁4外侧圆环表面上设置四个十字型排布的传力牛腿5。
6）在基础上设置传力框架6，框架设置在箱型转换环梁4的管道1盲端力作用方向一侧，每道箱型转换环梁4相应设置一榀框架，各榀框架之间由平行于管道1轴线的横梁8刚接连接成整体。框架的截面尺寸根据管道1工作工况下的有限元计算或理论计算得到的传力框架6应力满足传力框架6材料要求确定。
7）在环形反力加劲板3与箱型转换环梁4接触面之间设置能抗压的绝热保温材料7，阻断热量从管道1向箱型转换环梁4传递。
8）整体质检，至此，管道1固定支架的安装工作完成。
并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。