关于支吊架设计手册的修改建议

杨 梅， 郑世才

(1.重庆大学动力工程学院，重庆 400044；2.四川省电力设计院，四川 成都 610072)

目前国内使用的《火力发电厂烟风煤粉管道支吊架设计手册》是1977年由华东院主编的，简称六道支吊架手册；使用的《汽水管道支吊架设计手册》是1983年由西北电力设计院主编的，简称汽水管道支吊架手册。由于编写年代较久远，手册中普通碳钢部件的选用材质牌号，允许使用温度，部件最大允许荷载等都存在一些问题，应该进行修改。

本文将使用到以下设计规范GB17116.1～3－1997 (《管道支吊架》)，GB700－2006(《碳素结构钢》)，GB150－1998(《钢制压力容器》)，DL/T5121－2000(《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法，简称六道设规)，GB50017－2003(《钢结构设计规范》)，GB1591－2008(《低合金高强度结构钢》)，DL/T5059－1996(《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，简称管规)。

1 规范的相关说明

本文规范中提及的支吊架承受荷载是指其动荷载。

根据GB/T17116.1－1997(《管道支吊架》)，GB50017－2003(《钢结构设计规范》)和DL/T5121－2000(《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法)中规定，支吊架零部件不应采用沸腾钢(如Q235－A.F)，钢材应进行冷弯试验，常温下不带冲击韧性。

GB700－2006(《碳素结构钢》)和GB1591－2008(《低合金高强度结构钢》)中规定Q235－A和Q345－A均不做冲击韧性。

DL/T5121－2000(《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法)中附录表C1所列钢材许用应力与GB150－1998(《钢制压力容器》)中相同。

根据DL/T5121－2000(《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法)中的规定，钢材许用剪切力应等于抗拉许用力的0.6倍，角焊缝的有效高度是0.7倍的焊缝高度，焊缝的有效长度为焊缝长度减去10 mm。

2 六道和汽水管道支吊架材料许用应力及修改

2.1 火力发电厂烟风煤粉管道支吊架设计手册(1977年)

2.1.1 材料选用

规范规定支吊架根部和连接件全部选用Q235－A.F或Q235－A(弹簧、球面和锥面垫圈等除外)，对于支吊架根部，当冬季空气调节室外计算温度t≤－30℃时，选用Q235－A，当温度t＞－30℃时选用Q235－A.F。对于支吊架管部，当介质温度t≤250℃时选用Q235－A.F，当介质温度250℃＜t≤400℃时，选用Q235－A。

上述规定与DL/T5121－2000(《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法)的有关规定不相符合。根据DL/T5121－2000规定，应采用Q235－B作为连接件和根部。当介质温度t＜350℃时，管部采用Q235－B；当介质温度350℃≤t≤400℃时，管部选用Q235－B/Q345－C/钢20(该温度只有当煤粉炉燃用高水份褐煤或无烟煤才会出现)；紧固件按DL/T5121－2000中表5.2.6选用。当冬季空气调节室外计算温度t≤－20℃，除在保温层之内支吊架部分，其余全部选用Q235－D。

2.1.2 钢材许用应力

六道支吊架选用钢材(Q235－A.F、Q235－A)许用应力(未乘以0.9)与六道设规应选用钢材(Q235－B、C)的许用应力(已乘以0.9)有一定差距，见表1。

通过表1中许用应力的对比可见，六道支吊架的许用应力大于六道设规的许用应力，六道设规的应力取值更加保守安全，应该使用六道设规的许用应力值。

表1 烟风道支吊架钢材许用应力 单位：MPa

2.2 汽水管道支吊架设计手册(1983年)

2.1.1 钢材选用

本规范中支吊架根部和连接件(弹簧、球面和锥面垫圈、垫圈等除外)全部选用Q235－A。当介质温度t≤300℃时管部选用Q235－A(固定支架选用20钢或st45.8)；当介质温度300℃＜t≤450℃时选用20号钢；当介质温度t＞450℃时选用12Gr1MoV(紧固件除外)。

根据GB/T17116.1－1997(《管道支吊架》)中规定，管道支吊架中原选用Q235－A的全部改用Q235－B；低温情况下，选用Q235－D。由于次高温次高压机组的出现，主蒸汽管道可选15CrMo(GB6479或GB9948)低合金钢，支吊架管部材质选用与主管同材质的低合金钢。

2.1.2 钢材许用应力

表2中分别给出了汽水管道支吊架手册，GB17116.1－1997《管道支吊架第1部份》，GB150－1998《钢制压力容器》中的钢材基本许用应力，三者取值上存在差异，其对比见表2。

表2 汽水管道支吊架钢材许用应力 单位：MPa

由表2可见，支吊架设计手册中的许用应力大于GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的许用应力。GB150－1998(钢制压力容器)的许用应力大于GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)，而小于支吊架设计手册中的许用应力。根据GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的标准选用许用应力，更加保守安全。

2.3 支吊架连接件，管部，根部的比较修改

2.3.1 拉杆允许荷载与许用应力比较

六道设规(DL/T5121－2000)和管规(DL/T5059－1996)规定拉杆许用应力为所选用钢材许用应力的0.56倍。

在六道设规(DL/T5121－2000)，管道支吊架第3部份(GB17116.3－1997)，六道支吊架手册(1977)，汽水管道支吊架手册(1983)中，分别对拉杆的最大允许荷载做出了规定，表3中分别列出了它们的最大允许荷载，并进行了对比。

经过对比可看出：六道支吊架手册(1977)中拉杆的允许荷载比按现行规范计算出的允许荷载大许多，比六道设规(DL/T5012－2000)大19%～48%，比汽水管道支吊架(1983)拉杆大27%～43%。因此，六道支吊架手册(1977)中的拉杆允许荷载应进行修改，其可按六道设规(DL/T5012－2000)计算的允许荷载修改。同时六道支吊架手册(1977)材质规定为Q235－A.F；六道设规(DL/T5121－2000)中材质规定为Q235－B(低温时用Q235－D)；管道支吊架第3部份(GB17116.3－1997)材质规定为Q235－B、C、D级钢，或20优质钢；汽水管道支吊架手册(1983)材质规定为Q235－A。

2.3.2 六道支吊架管部、根部用材、允许荷载、许用应力比较

本文对六道支吊架管部、根部用材、允许荷载、许用应力进行了比较，由于文章篇幅限制，无法一一列出，部分管部、根部用材、允许荷载、许用应力的计算比较见表4。由表4可以看出：采用了槽钢的支吊架管部和根部，按六道设规(DL/T5121－2000)计算出的允许荷载比按六道支吊架手册(1977年版)计算出的允许荷载大得多。

表3 螺纹拉杆/光拉杆 最大允许荷载对比

有槽钢的管部，其允许荷载受槽钢制约，按六道设规(DL/T5121－2000)计算出的允许荷载比按六道支吊架手册(1977年版)计算的允许荷载大17%～42%。六道支吊架手册(1977年版)钢材的许用应力与六道设规(DL/T5121－2000)钢材许用应力的比值为：1.1～1.25。

有槽钢的根部，其允许荷载也受槽钢强度制约，按六道设规(DL/T5121－2000)计算的允许荷载比按六道支吊架手册(1977年版)计算的允许荷载大19%～41%，其中最为突出的达到76%。六道支吊架手册(1977年版)钢材的许用应力与六道设规(DL/T5121－2000)钢材许用应力的比值为：156.8/113=1.39。

2.3.3 汽水管道支吊架管部、根部选材、允许荷载、许用应力比较

本节对汽水管道支吊架管部、根部用材、允许荷载、许用应力进行了计算，由于文章篇幅限制，无法一一列出，部分管部、根部允许荷载比较计算见表5，同时按照六道设规规定，其钢材材质为Q235－B，按照汽水管道支吊架手册规定，其钢材材质为Q235－A。六道设规规定的材料许用应力和汽水管道支吊架手册规定的材料许用应力之比为1.1～2.8。

由表5可看出汽水管道支吊架设计手册管部、根部的允许荷载能满足六道设规(DL/T5121－2000)要求。

3 关于汽水管道及六道支吊架设计手册修改的探讨

3.1 钢材选用修改

3.1.1 六道支吊架设计手册(1977年)

六道支吊架设计手册中存在着一些问题，六道支吊架管部LS，LT，介质温度为400℃时，横担(件1)与道体间有槽钢(件3或件4)，由于横担与道体间间距仅为48，因此横担有一部分可能在保温中，横担的温度就不是20℃，但也不是400℃。原设计件1为Q235－A.F，它的使用(最高)温度为250℃，原设计(件1)的设计温度无法知道，且也无法在设计手册中查到钢材在设计温度下的屈服极限最小值。

表4 六道支吊架允许荷载及材料许用应力比

3.2 支吊架允许荷载的修改

3.2.1 六道支吊手册允许荷载

由表3和表4可见，六道支吊架手册的连接件拉杆及采用槽钢的根部、管部，计算出的允许荷载均大于设计的允许荷载。根据这一情况，应重新核算全部有槽钢的管部和根部的允许荷载来确定支吊架的允许荷载，对吊架还应采用经核算修改的拉杆。这一修改的工作量十分大，投入人力多，难于完成。

由于六道支吊架弹簧选用汽水管道支吊架手册中的整定弹簧，则可尽量选用汽水管道支吊架手册中的管部，连接件和根部(修改后的)，但因六道有矩形管道、烟风道尺寸大、风道又为薄壁，故有的管部和根部可能难以选出。此时就只有按六道支吊架手册选用，若选用有槽钢的管部和根部，必须核算它的允许荷载。为减少工作量，可根据具体情况，选择承受荷载大，最不利的槽钢进行强度计算。如：根部为三角架的Li型，只需核件2(槽钢斜撑)的允许荷载即可(式T6.2－8b)。为提高支架根部的允许荷载，建议增加聚四氟乙烯板(阻力系数由0.3降为0.1)。

表5 汽水管道支吊架允许荷载 单位：kN

3.2.2 汽水管道支吊架手册中允许荷载

由表3，表5，可知：汽水管道支吊架根部和管部的允许荷载均能满足现行有关规定要求计算出的允许荷载，但连接件螺杆的允许荷载不能满足要求，要解决这一问题有两种方法。

按照表3中原拉杆的允许荷载来确定吊架的允许荷载。它的优点是选型简单，修改支吊架手册中拉杆的允许荷载即可。它的缺点：吊架材料浪费大，支吊架间距小，可能难以处理一些支吊架的生根结构。或者按原吊架的允许荷载配置合格的螺杆(增大螺杆直径)，修改支吊架安装图上或支吊架一览表上标注即可。

也可用西北电力设计院于2007年编制的汽水管道支吊架设计手册(1983年)，直接选用更为简单。

4 结语

本文通过对《火力发电厂烟风煤粉管道支吊架设计手册》(1977年)，《汽水管道支吊架设计手册》(1983年)与 DL/T5121－2000(《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法)，DL/T5059－1996(《火力发电厂汽水管道设计技术规定》)等在普通碳钢部件的选用材质牌号、允许使用温度、部件最大允许荷载等方面进行对比，得出以下结论：

(1)六道支吊架的许用应力大于六道设规的许用应力，六道设规的应力取值更加保守安全，应该采用六道设规的许用应力值。

(2)通过比较支吊架设计手册，GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)，GB150－1998(钢制压力容器)的许用应力可得，根据GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的标准选用许用应力，更加保守安全。

(3)六道支吊架手册(1977)中拉杆的允许荷载比六道设规(DL/T5012－2000)大19%～48%，比汽水管道支吊架(1983)大27%～43%，可将其按六道设规(DL/T5012－2000)计算的允许荷载修改。

(4)根据比较可知，采用槽钢的支吊架管部和根部，按六道设规(DL/T5121－2000)计算出的允许荷载超出按六道支吊架手册(1977年版)计算出的允许荷载幅度较大。

(5)根据比较可知，汽水管道支吊架设计手册中规定的管部、根部允许荷载能满足六道设规(DL/T5121－2000)要求。

[1]GB/T 17116.1～3－1997,管道支吊架[S].

[2]GB700－2006，碳素结构钢[S].

[3]GB150－1998，钢制压力容器[S].

[4]DL/T5121－2000，火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法[S].

[5]GB50017－2003，钢结构设计规范[S].

[6]GB1591－2008，低合金高强度结构钢[S].

[7]DL/T5059－1996，火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].