CN105757350B - 一种高温管道组合固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温管道组合固定装置，其结构是在管道需要固定处安装在套在管道外部的浮动结构，在浮动结构的承力侧设置有固定在管道外壁的挡板，所述浮动结构的一侧通过拉杆组件与设置在管道两侧的支撑框架相连，通过拉杆组合结构实现沿管道在轴线方向的线位移约束，承受管道的轴向力。此外还在管道的底部安装了导向支架，用通过导向支架下方的导向支座上的防转挡板来限制管道的径向转动。本发明在达到固定管道的目的的同时，使高温管道的热膨胀不受约束，大大降低连接部位的应力水平，有效的避免了连接焊缝及工艺管道在高温长期运行下产生裂纹的可能，完全能满足高温、大口径的石油化工装置工艺管道满载荷长周期安全运行的要求。

Description

一种高温管道组合固定装置

技术领域

本发明涉及一种大口径高温管道的固定结构。

背景技术

随着国民经济的发展，石油化工装置向大型化发展，工艺管道的工艺和设计条件不仅苛刻，设计温度较高，达600～750℃，而且口径也随着装置的大型化不断加大。为保证工艺管道系统的正常运行，管道需要设置支撑及适当位置的固定来保证系统的稳定性和安全性。由于管径大、介质温度高，常规的焊接式固定支架会导致非常大的热应力，过大的应力极易导致焊缝开裂，支架失效，对系统的安全运行造成很大的威胁。

目前石油化工装置工艺管道常规的焊接式固定支架，在高温下经过一段时间运行后，极易在应力水平高的焊缝部位及工艺管道母材部位产生裂纹，该裂纹不仅会导致固定支架失效而且会导致工艺管道开裂，引起工艺介质泄漏产生严重的后果。

现有技术中尚未有满足高温、大口径管道的能够承受较大推力和力矩的满足长周期运行的固定支架。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术中的不足，提供了一种适用于高温、大口径管道的，能够承受较大推力和力矩，满足长周期运行的高温管道组合固定装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种高温管道组合固定装置，其特征是它包括有管道，在所述管道上套有呈环形且内部为空腔的浮动结构，所述浮动结构内部填塞有隔温材料，浮动结构的内径与管道的外径之间留有大于管道径向膨胀量的间隙；在浮动结构的一侧或两侧设有固定在所述管道外壁上的挡板，档板与浮动结构的侧面贴合，在浮动结构还设有定位连接板，定位连接板与拉杆组件的一端铰连，拉杆组件的另一端与支撑连接板铰连，所述支撑连接板固定在支撑框架上，支撑框架设置在管道的旁边；所述浮动结构的下方设有弹性支撑，管道的底部设有导向支架，所述导向支架安装在导向支座上，在导向支座上设有处于导向支架两侧的防转挡板。

所述浮动结构由两个截面为矩形的箱式半环通过螺栓、螺母连接组成整体环。

所述浮动结构内部填塞的隔温材料由钢丝包裹住。

所述挡板设有多块，它们沿管道的圆周方向上均匀设置，挡板的平面与管道的外壁垂直，且与管道的轴心线处于同一平面。

所述支撑框架设有两个，它们分别处于管道的两侧，每个支撑框架设有两组支撑连接板，分别与两根拉杆组件铰连，对应地，处于浮动结构上的定位连接板设有四组。

所述导向支架的内部带有隔温结构，导向支架的底板为矩形板。

所述导向支架底板与导向支座的接触面之间设置有减少摩擦的摩擦副。

所述的导向支架及对应的导向支座设有两组，它们分别处于浮动结构的两侧。

根据需要，所述管道的顶部增设有内部带隔温结构的导向支架，此处导向支架上的顶板与其上方的钢结构支座的接触面之间留有大于管道径向膨胀量的间隙，在钢结构支座上设有处于此处导向支架顶板两侧防转挡板。

所述管道顶部的导向支架和底部的其中一组导向支架上下对称布置。所述弹性支撑为弹簧支撑，弹簧支撑与底部支座固定连接。

本发明的有益效果有：

本发明通过特殊的组合结构，在达到固定管道的目的的同时，使高温管道的热膨胀不受约束，大大降低连接部位的应力水平，有效的避免了连接焊缝及工艺管道在高温长期运行下产生裂纹的可能，提高了固定支架和工艺管道的可靠性和安全性，完全能满足高温、大口径的石油化工装置工艺管道满载荷长周期安全运行的要求。

本发明通过一端与管道上挡块及浮动结构组合的连接，另一端与承力框架基础连接的拉杆组合结构实现管道在轴线方向的线位移约束，同时管道自身的膨胀不受约束；浮动结构内部带隔温材料，拉杆结构在较低温度下工作，具有足够的强度，可承受较大的轴向力。

本发明通过两组组合导向实现管道在其它方向的线位移约束及转动约束，组合导向通过内部隔温结构，使受力部位和滑动部位的温度较低，可以有效提高承受力矩的能力，确保除轴线方向外的另外5个自由度得到约束，实现对管道固定的目的。

本发明针对大口径管道，为防止单侧导向支架限位时管道出现扭转变形，在其中一组导向支架的上方对称处增设导向支架，所述管道顶部的导向支架和底部的其中一组的导向支架上下对称布置。三组导向支架的共同作用，可以完全限制管道除轴向位移之外的所有位移，和拉杆组件共同作用达到固定的目的。

本发明通过在浮动结构下方设置弹簧支撑浮动结构的重量，减少管道上的荷载，保证管道的热胀变形不受浮动结构的约束。

附图说明

图1是本发明的浮动结构双侧承力时的结构示意图。

图2是图1的A－A结构示意图。

图3是图1的B－B结构示意图。

图4是本发明的浮动结构单侧承力的结构示意图。

图5为本发明的管道上侧设置导向支架时的结构示意图之一。

图6为本发明的管道上侧设置导向支架时的结构示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明：

如图1所示，本发明包括有管道1，在管道1需要固定处外部设置浮动结构2，浮动结构2由两个截面为矩形的箱式半环组成，这两个半环的矩形框内部沿圆周填塞由钢丝包裹的隔温材料，并由螺栓、螺母连接成整体环，浮动结构2套在管道1上，浮动结构2的内径与管道1 的外径之间留有大于管道1 径向膨胀量的间隙。沿管道1圆周焊接均布的挡板3，如果在系统运行过程中管道1仅存在单向受力，则挡板3仅布置在浮动结构2的承力侧（参见附图4、图6）；如果在系统运行过程中管道1有可能存在双向受力，则挡板3分别布置在浮动结构2的两侧（参见附图1、图5），挡板3与管道1焊接连接，挡板3与浮动结构2的侧面贴合。所述挡板3设有多块，它们沿管道1的圆周方向上均匀设置，挡板3的平面与管道1的外壁垂直，且与管道1的轴心线处于同一平面。

如图2所示，本发明中浮动结构2的外侧端部分4个部位分别焊接连接有定位连接板4，定位连接板4分别与4个拉杆组件5的一端通过销轴15连接，销轴15的两端通过放在连接板4外侧并与销轴15焊接连接的挡圈16锁定转动连接。如图3所示，本发明在管道1两侧设置支撑框架6，支撑框架6上焊接支撑连接板17，支撑连接板17分别与对应的与4个拉杆组件5的另一端通过销轴连接，连接及缩定方式与定位连接板4一端的连接方法相同。通过此拉杆组合结构，实现沿管道1在轴线方向的线位移约束，承受管道1的轴向力。

本发明在浮动结构组合的左侧的管道1的底部焊接内部带隔温结构的导向支架7，该隔温结构由钢丝包裹的隔温材料及空气层两部分组合而成。导向支架7的底板为方形或矩形板，该底板在与导向支座9的接触面之间可设置减少摩擦的摩擦副。导向支座9在导向支架7底板的两侧设置防转挡板8用来限制管道1的侧向位移，防转挡板8数量根据底板大小选用两侧各1块或多块。根据需要，导向支架7及导向支座9的结构可以设置两组，它们分别处于浮动结构2的两侧。如图1所示，在浮动结构组合的右侧的管道1的底部焊接内部带隔温结构的导向支架14，该隔温结构由钢丝包裹的隔温材料及空气层两部分组合而成，导向支架14的底板为方形或矩形板，该底板在与支座12的接触面之间可设置减少摩擦的摩擦副；支座12在导向支架14底板的两侧设置挡板13用来限制管道1的侧向位移，挡板数量根据底板大小选用两侧各1块或多块，通过导向支架7和导向支架14的组合实现对管道1固定点处转动约束。

如图5、6所示，对于一些直径较大的管道，为了对管道1的约束效果更好，在浮动结构组合的左侧的管道1的顶部焊接内部带隔温结构的导向支架20，该隔温结构由钢丝包裹的隔温材料及空气层两部分组合而成，导向支架20的顶板为方形或矩形板，该顶板与钢结构支座19的接触面之间留有大于管道1 径向膨胀量的间隙。钢结构支座19在导向支架20顶板的两侧设置防转挡板18用来限制管道1的侧向位移，防转挡板18数量根据底板大小选用两侧各1块或多块。导向支架7和导向支架20上下对称布置，组合后可以完全限制大口径管道1的侧向位移。同样，根据现场空间情况，顶部导向支架也可设置在浮动结构组合的右侧，与导向支架14对称布置。三组导向支架的共同作用，可以完全限制管道除轴向位移之外的所有位移，和拉杆组件5共同作用达到固定的目的。

为保证浮动结构2与管道1之间的间隙均匀一致，及防止浮动结构2的重量作用在管道1上，在浮动结构下方设置弹性支撑11来支撑浮动结构2的重量，减少管道1上的荷载并保证浮动结构2与管道1之间的间隙，避免浮动结构2约束管道1的热膨胀。弹性支撑11与底部支座10固定连接，本发明中的弹性支撑11可采用弹簧支撑，或是其它具有弹性的支撑方式，该支撑不仅减少了管道1的受力，还可以保证浮动结构2与管道1之间的间隙，使管道1能自由膨胀，最大限度的降低了管道1在固定处的应力水平。

本发明浮动结构2承受的轴向力传递到拉杆组件5，由与拉杆组件5连接的支撑框架6承受。拉杆组件5与浮动结构2之间采用转动连接可以保证拉杆组件5和浮动结构2只承受轴向力，无需承受其它侧向力，使浮动结构2和拉杆组件5的受力状态较简单，可以充分发挥拉杆组件5承受轴向力强的特点，避免拉杆组件5受到侧向力时产生失稳的风险。拉杆组件5与经过隔温的浮动结构外侧转动连接，处于较低工作温度范围内，具有较高的强度，能够承受较大的轴向力。拉杆组件5处于接近常温的工作状态，可以完全保证支撑框架6在常温下工作，确保支撑框架6的强度和刚度。

本发明用沿管道1圆周焊接的挡板3与浮动结构2贴合传递管道1的轴向力，浮动结构2的内径与管道1之间留有大于管道1 径向膨胀量的间隙，管道在高温下可以自由膨胀，避免了焊接式固定支架对管道膨胀的径向约束，大大减小了管道在焊缝处及焊缝本身的热应力。沿圆周均布的挡板3只需要承受沿轴向的剪切力，可以比较容易的把焊缝的应力水平控制在较低水平，而且焊缝只有沿管道的焊缝，焊缝本身无温度差，无复杂的应力状态，焊缝不易产生裂纹，可靠性大大增加。

本发明设置两组内部带隔温结构的导向支架，在限制管道1的侧向位移的同时，两组导向支架组合限制管道1的转动，达到管道1固定的目的。内部带隔温结构的导向支架7和导向支架14由于内部组合隔温的效果，使其底板在与支座接触的部位温度较低，可以比较容易的设置常用低摩擦副来减小摩擦力。内部带隔温结构的导向支架采用圆筒形结构与管道1焊接连接，结合外部的保温，使焊接连接焊缝本身无温度差，无复杂的应力状态，焊缝不易产生裂纹，可靠性大大增加。

对于大口径管道，为防止单侧导向支架限位时管道出现扭转变形，在其中一组导向支架7（或导向支架14）的上方对称处增设导向支架20，导向支架20的底板与钢结构框架19之间预留大于管道1热膨胀量的间隙，确保允许管道1的自由膨胀；三组导向支架的共同作用，可以完全限制管道除轴向位移之外的所有位移，达到固定的目的。

本发明涉及的其它未说明部分与现有技术相同。

Claims (8)

1.一种高温管道组合固定装置，其特征是它包括有管道（1），在所述管道（1）上套有呈环形且内部为空腔的浮动结构（2），所述浮动结构（2）内部填塞有隔温材料，浮动结构（2）的内径与管道（1）的外径之间留有大于管道（1）径向膨胀量的间隙；在浮动结构（2）的一侧或两侧设有固定在所述管道（1）外壁上的挡板（3），挡板（3）与浮动结构（2）的侧面贴合，在浮动结构（2）上还设有定位连接板（4），定位连接板（4）与拉杆组件（5）的一端铰连，拉杆组件（5）的另一端与支撑连接板（17）铰连，所述支撑连接板（17）固定在支撑框架（6）上，支撑框架（6）设置在管道（1）的旁边；所述浮动结构（2）的下方设有弹性支撑（11），管道（1）的底部设有两组导向支架（7），分别处于浮动结构（2）的两侧；所述导向支架（7）安装在导向支座（9）上，在导向支座（9）上设有处于导向支架（7）两侧的防转挡板（8）；管道（1）的顶部设有一组内部带隔温结构的导向支架；所述管道（1）顶部和底部的其中一组导向支架上下对称布置，所述弹性支撑（11）为弹簧支撑，弹簧支撑与底部支座（10）固定连接。

2.根据权利要求1所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述浮动结构（2）由两个截面为矩形的箱式半环通过螺栓、螺母连接组成整体环。

3.根据权利要求1所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述浮动结构（2）内部填塞的隔温材料由钢丝包裹住。

4.根据权利要求1所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述挡板（3）设有多块，它们沿管道（1）的圆周方向上均匀设置，挡板（3）的平面与管道（1）的外壁垂直，且与管道（1）的轴心线处于同一平面。

5.根据权利要求1所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述支撑框架（6）设有两个，它们分别处于管道（1）的两侧，每个支撑框架（6）设有两组支撑连接板（17），分别与两根拉杆组件（5）铰连，对应地，处于浮动结构（2）上的定位连接板（4）设有四组。

6.根据权利要求1所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述导向支架（7）的内部带有隔温结构，导向支架（7）的底板为矩形板。

7.根据权利要求6所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述导向支架（7）底板与导向支座（9）的接触面之间设置有减少摩擦的摩擦副。

8.根据权利要求1所述的高温管道组合固定装置，其特征是：所述管道（1）顶部处导向支架的顶板与其上方的钢结构支座（19）的接触面之间留有大于管道（1）径向膨胀量的间隙，在钢结构支座（19）上设有处于此处导向支架顶板两侧的防转挡板。