浅谈工业管道变力弹簧支吊架的选型安装技术
作者：陈超，李向明，孙洪兵，杨峰
来源：《科技创新与生产力》 2014年第1期
陈 超，李向明，孙洪兵，杨 峰
（中冶天工集团有限公司，山西 太原 030003）
摘 要：通过对山西大土河20万t/a甲醇厂精脱硫转化工段的变力弹簧类型的选择及设计使用原理的深入分析，对管材的各项技术参数的测算，将变力弹簧安装位置及载荷受力进行复测，与设计图纸进行比较优化，选择最符合实际施工要求的变力弹簧及安装方法，深化了对变力弹簧理论及实际安装的认识，对改进变力弹簧施工、验收及同类弹簧安装具有参考意义。
关键词：变力弹簧；选型；安装
中图分类号：TQ055.81 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.01.092
大土河20万t/a甲醇厂精脱硫转化工段因工段内工艺管道均为中温中压管道，为防止管道热膨胀变形引发管道位移或撕裂而发生事故，本工段在设计过程中包含58台变力弹簧及3台恒力弹簧。以上弹簧分别安装在平均温度为400 ℃，压力为3 MPa的工艺管道上。
1 变力弹簧的类型和结构特征
变力弹簧使用环境温度为-19~200 ℃。变力
弹簧位移范围分别为30 mm，60 mm，90 mm，
120 mm，150 mm，180 mm 6档。变力弹簧载荷范围为154~217 381 N。变力弹簧安装类型：A型为上螺纹悬吊型（TDA，TH1-C），见图1-a；B型为单耳悬吊型（TDB，TH1-A，T1），见图1-b；C型为双耳悬吊型（TDC，TH1-B，T2），见图1-c；D型为上调节搁置型（TDD，TH2，
T3），见图1-d；E型为下调节搁置型（TDE），见图1-e；F型为支撑搁置型（TDF，TH3，T4），见图1-f；G型为并联悬吊型（TDG，T5），见图1-g[1]。
2 弹簧支吊架基本运用原理
2.1 弹簧支吊工作载荷和安装载荷的确定
在选择弹簧支吊架时，不论管道运行时位移向上或向下，均要使工作载荷和安装载荷处于第93页表1（HG/T 204—1998 变力弹簧支吊架）内的上下两粗线之间。对于位移量较小的管道，有可能使工作载荷和安装载荷均处在中线和某一粗线之间。上述两种情况只要弹簧载荷变化率不超过25%，所选择的支吊架即为合格。载荷变化率可按下式计算决定
载荷变化率=（工作载荷-安装载荷）工作载荷×
100%≤25% .（1）
式中：管道位移向上时，安装载荷=工作载荷+位移量×弹簧刚度；管道位移向下时，安装载荷=工作载荷-位移量×弹簧刚度；若弹簧载荷变化大于25%，则可选用大一档的工作位移范围，查得安装载荷，再验算载荷变化率；当无法满足载荷变化率小于等于25%时，可改用恒力弹簧支吊架。
2.2 安装前需对可变弹簧进行复核运算
因弹簧在安装前需进行复核计算，管道支吊架是将管道的荷重和承受力传递到厂房梁、柱结构或其它基础上的一种装置。利用这种装置能正确合理地对管道支承、悬吊、限位或固定，控制管系应力水平和管系对接口设备的推力和力矩，以保证管道和接口设备长期安全运行。
根据ΔL = a（t1 - t2）L，（2）
式中：ΔL为管道热膨胀伸长量，m；α为管材的线膨胀系数；t1为管道运行时的介质温度，℃；t2为管道安装时的温度，℃；L为计算管段的长度，m。
根据上述公式，可复核所用弹簧是否达到管道要求。如在甲醇精脱硫转化工段中工艺管道中某根碳钢管道管道工作载荷为6 011 N，运行位移向上；管道运行时介质温度120 ℃，安装温度为20 ℃，管段长度为16.7 m，安装采用A型弹簧支吊架，可以根据以上公式推导出弹簧支吊架型号。由膨胀量公式ΔL = a（t1 - t2）L可将以上数据带入ΔL = 12×10-6（120 - 20）×16.7，得出管段上移20 mm。
根据表1，暂定弹簧支吊架类型为VS60。在表1中找出12号弹簧工作载荷为6 011 N，以6 011 N对应的VS60刻度值向下20 mm查出安装载荷为
7 190 N，根据
载荷变化率=
工作载荷-安装载荷工作载荷×100%，（3）
6 011-7 190/6 011×100%=19.6%＜25%.
因此选用弹簧支吊架型号为VS60A12，与图纸所选用弹簧型号相符。
3 弹簧支吊架的安装
安装前先将调整管（或称荷重柱）调整到安装高度，再将弹簧支吊架搁置在被支撑管道下方的梁或楼板上，用螺栓或焊接固定，并将调整管调整到顶部承载板或滚子与管部紧密接触。调整花兰螺丝，直至弹簧支吊架的弹簧压板下平面对准刻度板上的箭头，此时壳体上的定位销基本处于水平位置，定位销也较容易拔出；若定位销头部上翘，表示实际载荷超过整定载荷，只要松花兰螺丝直至定位销水平；反之，定位销头部向下，表示实际载荷小于整定载荷，此时紧花兰螺丝直至定位销水平。
视下定位块与弹簧压板之间的间隙进行调整，若下定位块与弹簧压板之间无间隙，表示实际载荷超过整定载荷，只要松花兰螺丝直至下定位块有间隙，反之，紧花兰螺丝。
变力弹簧支吊架和恒力支吊架卸去锁定装置后对支吊架状态作一检查；首次试运行达额定参数后8 ｈ，目视检查变力弹簧支吊架、恒力支吊架、限位装置、导向装置、减振器和阻尼器的工作位置。
4 结束语
做好变力弹簧的应力计算及选择工作，复核图纸上弹簧应力，防止出现问题导致管道损坏，从而保证设备的正常运行。在弹簧支吊架安装前，悬吊式弹簧支吊架（尤其安装在半空和补强板上）最好能在安装管道时同时进行，减少重复施工次数。定位块必须待清洗管道和水压试验结束后才能拔出，根据HG/T 204—1998 变力弹簧支吊架合理选择变力弹簧型号，根据HG 21629—1999 管架标准图选择合适的附件进行弹簧支吊架组装。
参考文献：
[1]上海化工设计院.变力弹簧支吊架[M].北京:中国计划出
版社,1998:3-9.
（责任编辑 邸开宇）
