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论文精选｜蒸汽管道滑动支架脱空成因与解决方法
发布：2026-06-05 07:17:27
· 事件：2026-06-05 07:17:27
摘自 《煤气与热力》2025年6月刊 蒸汽管道滑动支架脱空成因与解决方法 王子涵 1 ，高明旭 1 ，侯宇 1 ，韩志 1 ，闻静 2 （1.北京市煤气热力工程设计院有限公司， 北京 100032；2.北京北燃实业集团有限公司， 北京 100023） 摘要：分析蒸汽管道滑动支架脱空成因，提出解决方法。结合工程实例，对蒸汽管道滑动支架脱空改造方案进行综合比较，分析改造效果。改造后，经过2 a的运行，蒸汽管道未出现滑动支架脱空情况。
材料施工燃气输配供热设计
摘自
《煤气与热力》2025年6月刊>>>
蒸汽管道滑动支架脱空成因与解决方法
王子涵
1
，高明旭
1
，侯宇
1
，韩志
1
，闻静
2
（1.北京市煤气热力工程设计院有限公司， 北京 100032；2.北京北燃实业集团有限公司， 北京 100023）
摘要：分析蒸汽管道滑动支架脱空成因，提出解决方法。结合工程实例，对蒸汽管道滑动支架脱空改造方案进行综合比较，分析改造效果。改造后，经过2 a的运行，蒸汽管道未出现滑动支架脱空情况。
关键词：蒸汽管道；滑动支架；脱空
参考文献示例：
王子涵，高明旭，侯宇，等. 蒸汽管道滑动支架脱空成因与解决方法［J］. 煤气与热力，2025，45（6）：A05-A08.
1
概述
蒸汽管道在工业及供热领域中应用广泛，
2022
年末，全国城市蒸汽总供热量为
67 113×10
4
GJ
。蒸汽管道自重轻、温度高，管道的热膨胀易造成
Z
形管段的上弯头附近的滑动支架的管托脱出滑动底板（简称滑动支架脱空，本文的脱空滑动支架指这个位置的滑动支架），给蒸汽管道的运行带来安全隐患。
近年来，蒸汽管道安全性被业内高度关注，蔺敬贤
[1]
在管道应力计算时，对热态脱空滑动支架进行研究，强调可通过寻找合适设置位置实现滑动支架不脱空。于兰
[2]
对长输蒸汽管道补偿及支架设计中应注意的问题进行了详细阐述，明确指出支架合理布置至关重要。刘霄
[3]
对某垃圾焚烧发电厂主蒸汽管道的支吊架设计进行优化，满足了汽轮机接口推力和力矩的校核要求，实现了主蒸汽管道的合理布置，保障了管道和设备长期安全运行。浦哲等人
[4]
以某工厂蒸汽管道为例，利用
CAESARⅡ
软件建立蒸汽管道模型，计算各节点受力及位移，依据计算结果制定有针对性的检验方案，对工业管道的定期检验提供有效的数据支撑。
本文分析蒸汽管道滑动支架脱空成因，提出解决方法。结合工程实例，对蒸汽管道滑动支架脱空改造方案进行综合比较，分析改造效果。
2
脱空成因与解决方法
2.1
脱空成因
热膨胀前后
Z
形管段的形态见图
1
。图
1
中虚线为热膨胀前
Z
形管段的形态，实线为热膨胀后
Z
形管段的形态。由图
1
可知，由于
Z
形管段竖直段及水平直管受热膨胀，使上弯头附近的水平直管滑动支架脱空。
图
1
热膨胀前后
Z
形管段的形态
2.2
解决方法
解决滑动支架脱空可以采用设置弹簧支吊架代替滑动支架、调整滑动支架位置、增设滑动支架竖向限位装置等方式，另外还可以根据管系布置增设补偿装置。具体采用何种解决方法应综合考虑设计参数、现场条件以及经济性等因素。
①
设置弹簧支吊架替代
弹簧支架、吊架工作原理分别见图
2
、
3
。弹簧支吊架的工作原理类似，均通过弹簧的弹性变形吸收一定范围的竖向位移，保证管道运行的安全性和稳定性。弹簧支吊架的成本较高，施工和维护也需要一定专业技术，而且尺寸大，安装位置易受限。
图
2
弹簧支架工作原理
图
3
弹簧吊架工作原理
②
调整滑动支架位置
适当调整滑动支架位置，将其远离弯头，见图
1
。在某些情况下，调整滑动支架位置可有效解决滑动支架脱空问题，前提是需要确保
2
个滑动支架间管段长度不超过最大允许跨度，确保管道的稳定安全。
③
增设滑动支架竖向限位装置
当管道的滑动支架无法通过调整位置远离
Z
形管段上弯头来解决脱空问题时，一种常见的解决方法是在易发生脱空的滑动支架上增设竖向限位装置（见图
4
、
5
）。由图
4
、
5
可知，竖向限位装置分为类型
1
、
2
，类型
1
是在滑动支架的滑动底板两侧增设竖向限位块来限制管子竖向位移。类型
2
是在管子上增设限位管托，限位管托固定在结构横梁上，通过该结构限制管子竖向位移。
图
4
竖向限位装置（类型
1
）
图
5
竖向限位装置（类型
2
）
以上两种方法均限制了管子的竖向位移，但
Z
形管段下弯头附近的滑动支架受力将增大。因此，当采用这种解决方案时，必须对管道重新进行应力计算，确保符合安全要求。
④
增设补偿装置
当
Z
形管段热膨胀量过大，上弯头附近的滑动支架脱空问题无法通过调整滑动支架位置、增设滑动支架竖向限位装置等方法解决时，则需要在竖直段增设补偿装置予以解决。补偿装置可采用旋转补偿器（见图
6
）、弯管补偿器、铰链波纹管补偿器等。弯管补偿器由在
Z
形管段竖直段上设置的多个波纹管膨胀节组成。增设补偿装置的方式造价高，补偿装置需要定期维护管理。
图
6
旋转补偿器原理
3
工程实例
3.1
工程概况
某项目蒸汽管道全部采用架空敷设，总长为
1 080 m
，公称直径为
80
、
100
、
200
、
250 mm
。设计温度为
200 ℃
，设计压力为
1.2 MPa
，管道材料为
Q235B
，环境温度为
10 ℃
。考虑管道自重、内压、温度进行应力分析。采用应力计算软件
CaesarⅡ
进行整体管道模拟分析，固定支架简化为
ANC
约束（即
6
个方向均施加约束）。滑动支架向下限位简化为
+
y
约束，向上限位简化为
-
y
约束。导向支架简化为
GUIDE
约束（对于水平管，导向支架同时施加
-
y
、
+
y
约束）。在
CaesarⅡ
软件中，在需要设置弹簧吊架的位置选择
“弹簧架”选项，在“弹簧表”选单中选择“
China Power
弹簧表
”，然后定义弹簧与管道的相对位置和弹簧数量，软件自动选择出弹簧型号。
经初步计算，有
37
处滑动支架存在脱空风险，需要进行改造。方案
1
：将存在脱空风险的滑动支架更换成弹簧吊架。方案
2
：调整滑动支架位置，增设滑动支架竖向限位装置。以管道典型计算单元进行分析。
2
个典型计算单元见图
7
。模型参数见表
1
，其他尺寸见图
7
。
图
7
典型计算单元（软件截图）
表
1
模型参数
3.2
模拟结果与分析
①
方案
1
计算单元
Ⅰ
，节点
1~4
设置
4
个弹簧吊架。计算单元
Ⅱ
，节点
5
、
6
设置
2
个弹簧吊架。采用方案
1
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀前后的模拟结果分别见图
8
、
9
。采用方案
1
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀后
y
方向位移、
y
方向力受力及最大二次应力模拟结果见表
2
。
图
8
采用方案
1
改造的计算单元
Ⅰ
热膨胀前后的模拟结果（软件截图）
图
9
采用方案
1
改造的计算单元
Ⅱ
热膨胀前后的模拟结果（软件截图）
表
2
采用方案
1
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀后
y
方向位移、
y
方向力受力及最大二次应力模拟结果
②
方案
2
计算单元
Ⅰ
，调整滑动支架位置并增设滑动支架竖向限位装置，为避免管道对竖向限位装置反力过大，将滑动支架位置调整为距离弯头
3.5 m
，中间位置设置
-
y
方向限位。计算单元
Ⅱ
，仅增设滑动支架竖向限位装置。
采用方案
2
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀前后的模拟结果分别见图
10
、
11
。采用方案
2
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀后
y
方向位移、
y
方向力受力及最大二次应力模拟结果见表
3
。
图
10
采用方案
2
改造的计算单元
Ⅰ
热膨胀前后的模拟结果（软件截图）
图
11
采用方案
2
改造的计算单元
Ⅱ
热膨胀前后的模拟结果（软件截图）
表
3
采用方案
2
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀后
y
方向位移、
y
方向受力及最大二次应力模拟结果
③
结果分析
根据
DL/T 5366
—
2014
《发电厂汽水管道应力计算技术规程》第
7.3.5
条，得到管道二次应力许用值为
293 MPa
。由模拟结果可知，采用方案
1
、
2
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀后二次应力均符合标准要求。采用方案
1
、
2
改造的计算单元
Ⅰ
、
Ⅱ
热膨胀后的
y
方向位移、
y
方向受力也均在合理范围内。因此，两种方案均可解决滑动支架脱空问题。
方案
1
共设置
37
个弹簧吊架，工程费（含材料费、安装费）约
8×10
4
元，弹簧吊架需定期进行维护。方案
2
需调整滑动支架位置及增加竖向限位装置，工程费约
1×10
4
元，限位装置不需要维护管理。由以上分析可知，方案
2
的经济性更佳。
3.3
改造效果
采用改造方案
2
，经过
2 a
的运行，蒸汽管道未出现滑动支架脱空情况。
参考文献：
[1]
蔺敬贤
.
浅析利用
CAESARII
进行管道应力分析时热态支架脱空的处理
[J].
化工管理，
2018(30)
：
146-147.
[2]
于兰
.
长输蒸汽管道补偿及支架设计
[J].
化工管理，
2016(24)
：
190-191.
[3]
刘霄
.
垃圾焚烧发电厂汽水管道应力分析和支吊架设计的优化
[J].
环境卫生工程，
2018(3)
：
59-62.
[4]
浦哲，任彬，石生芳，等
.
架空蒸汽管道系统应力分析研究
[J].
上海化工，
2020(1)
：
23-26.
（本文责任编辑：贺明健）
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