Vibration, dynamics and noise
formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants
知识中心
管道支架刚度, GMRC研究项目
提高管道系统可靠性
1 行业挑战
管道支架用于固定工艺管线，防止有害振动。对防振应用来说，管夹的作用在于减小振动。这主要取决于支撑的刚度和位置。
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| 图表1 套管式卡箍和柱型支架 |
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图表2 具有单楔块和混凝土闸墩的管夹 |
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图表3 具有双楔块和梁式支架的管夹 |
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| 图表4 欠佳的支架设计 |
管道支架系统的刚度取决于以下两点：
- 管夹自身的刚度，以及
- 管道下方（用于钳夹管道的）结构的刚度
图表1到图表3展示了典型的管道支撑系统。管夹系统的精确刚度对于判断管道固有频率非常重要，而管道固有频率会决定高幅振动是否发生。管道固有频率会随着支架之间空隙的大小、以及支架自身刚度的变化而变化。
管道支架还会影响管道应力分析（也称为管道柔性研究或热学分析）的结果。同样的刚度值，可以用于判断管道固有频率，也可以用于柔性研究，来判断管道应力和变形、约束力的反作用力和设备管口载荷。
业内普遍存在的问题 是由管道支架刚度的不正确假设引起的。当前许多工程公司的做法是，假设管道支架是刚性的（比如，1E12 lb/in）。实际上，管夹和支架系统有一些柔性（比如1E5 - 1E6 lb/in）。这意味着，管道工程师的假设的刚度，比实际安装的刚度高100万倍。
不正确的刚度假设会造成（昂贵的）代价，比如：
- 计算的管道固有频率比现场测量出的管道固有频率更高，导致高幅管道振动。
- 也许不会需要热循环管
- 移除管夹（以解决热学问题），会导致高幅管道振动。
- 由于管道挠度和喷嘴载荷高于预期，导致管夹和设备损坏。
这些问题通常由于以下两个问题引起：
- 对问题缺乏认识和信息；以及
- 当事的工程公司，不具备判断实际刚度值的经验/能力。比如，这项工作需要专业的有限元分析（FEA）软件（ANSYS），以及正确进行刚度建模的知识。
为设计良好的支架，第五版的API618标准，对支架刚度给出了尝试性的行业指导标准，建议了最小刚度值。然而，该标准并没有针对不同类型的管夹设计和不同的支架结构设计，公布各自的刚度值（比如混凝土闸墩、梁支架，或高架柱）。
该项目需要调研不同类型的管夹和支架设计的刚度。将对刚度计算对安装变化的敏感度、以及管道固有频率对管道刚度的敏感度，进行简要的调研。
2 项目成果
项目具有两个成果：
- 针对新设备，提供管道支架刚度评估和应用的最佳实践，包括案例研究，比如标准分析要求、“宜做和忌做”，来让管道工程师明白如何设计和更新系统——以避免类似于图表4中的不佳设计。
- 提供NPS2”-40”范围内20种管道支架尺寸的刚度值表单，该表单包含管夹/支架的轴向、横向、纵向和扭转刚度，可用于工程顾问（EC）参与管道设计布局、管道应力分析以及机械分析。
3 行业利益
许多天然气厂和压缩机站饱受管道支架设计欠佳之苦。不正确的管道刚度假设每每被使用，并造成昂贵的振动和应力问题。获取精确的刚度值，将极大提高管道系统的可靠性。
4 相关服务
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