某電廠儲水箱溢流管支吊架工作異常原因分析

吳曉俊，宋春毅，康豫軍，衛(wèi)大為，王軍民，王必寧

(1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安7100542.華能巢湖發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 巢湖 238000)

0 前言

支吊裝置是管道系統(tǒng)的重要組成部分，起著承受管道重量、控制管道位移量和控制管道振動的重要作用。支吊架配置(狀態(tài)、類型、位置)直接影響管系的應(yīng)力分布和大小，其性能的好壞、承載是否合理都直接影響管道的使用壽命及安全運行。國內(nèi)發(fā)生過多起因為支吊架問題導(dǎo)致各種安全事故的發(fā)生［1－6］，值得電廠重視。

某電廠新建600 MW 機組鍋爐為HG－1900/25.4－YM7 型鍋爐，是一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行的本生(Benson)直流鍋爐。其鍋爐儲水箱溢流管共設(shè)計23組支吊架，10#剛性吊架(以下簡稱剛吊)之上管道由鍋爐廠設(shè)計，之下管道為設(shè)計院設(shè)計，具體吊架布置見圖1 所示。管道材質(zhì)為12Cr1MoV(設(shè)計院部分)與SA－335P12(鍋爐廠部分)，規(guī)格分別為φ325 ×40，φ324 ×50。管道設(shè)計溫度為380 ℃，調(diào)節(jié)閥前管道設(shè)計壓力29.9 MPa，調(diào)節(jié)閥后設(shè)計壓力10 MPa。

1 支吊架出現(xiàn)的問題

該機組自2008 年投運以來，管道有四組恒力彈簧吊架(以下簡稱恒吊)工作不正常。這些吊架位移指針冷、熱態(tài)均頂死至上極限位置，吊架承載不足，管道膨脹嚴(yán)重受阻，如圖2、3 所示，1、2 號機組問題相似。

圖1 管道與支吊架系統(tǒng)布置圖Fig.1 The pipe-line and pipe support and hangers

圖2 5#恒吊位移指針熱態(tài)頂死在上極限位置Fig.2 5# constant forced hanging bracket did not work well in operation

圖3 7#恒吊位移指針熱態(tài)頂死在上極限位置Fig.3 7# constant forced hanging bracket did not work well in operation

為了分析吊架工作不正常的原因，首先對恒吊外形及吊桿直徑尺寸進(jìn)行現(xiàn)場測量，將結(jié)果與恒吊選型手冊［7］數(shù)據(jù)對比，結(jié)果顯示吊架型號安裝正確。4組恒吊調(diào)整措施及調(diào)整后熱態(tài)工作情況見表1。從表中可以看出熱態(tài)運行之后，7#恒吊位移指針依然頂死至上極限位置。鍋爐再次停爐之后，11#彈簧吊架(以下簡稱彈吊)變形嚴(yán)重，如圖4 所示。10#剛吊吊桿彎曲嚴(yán)重，且4組恒吊位移指針指示情況與之前相比變化不大。通過以上調(diào)整及分析，可初步判斷出管道支吊架設(shè)計應(yīng)該存在問題。

表1 溢流管部分支吊架狀態(tài)檢查結(jié)果Tab.1 the checking results of some pipe support and hangers

圖4 11#彈吊變形嚴(yán)重Fig.4 11# hanger damaged seriously

2 應(yīng)力校核計算分析

為了查明支吊架工作異常原因，采用CAESARII 5.0 軟件對該管道進(jìn)行了應(yīng)力校核計算分析。取儲水箱溢流管正常運行時設(shè)計參數(shù)進(jìn)行應(yīng)力校核計算，計算標(biāo)準(zhǔn)為ASME B31.1 Power Piping 2007 Edition。計算所得到的支吊架荷重分配見表2。

將校核計算載荷與吊架原設(shè)計載荷進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其中7#、8#兩組立管恒吊的實際載荷超過原設(shè)計載荷一倍，吊架“重”而管道“輕”，當(dāng)管道熱態(tài)膨脹后，冷態(tài)因此不能正常“回縮”，這樣機組吊架位移指針自然就會冷熱態(tài)均在上極限位置。

表2 溢流管部分支吊架載荷校核計算結(jié)果Tab.2 The calculation results of the load of some pipe support and hangers

第一次調(diào)整是按照原設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，使吊架冷態(tài)工作狀態(tài)均處于設(shè)計狀態(tài)，對這種情況進(jìn)行模擬計算，管道熱態(tài)載荷及位移見表3。

表3 溢流管部分支吊架校核計算結(jié)果Tab.3 The calculation results of the displacement of some pipe support and hangers

從表3 中可以看出，當(dāng)所有吊架均調(diào)整至冷態(tài)安裝位置時，10#立管剛吊在熱態(tài)時將承載向上的載荷，而此剛吊的設(shè)計結(jié)構(gòu)形式無法抗拒143416N 的壓力，所以造成吊桿彎曲變形，這樣9#限位支架實際熱位移將會變大，超過計算表中的92.271 mm 位移。拆開未調(diào)整過的1 號機組9#限位支架保溫進(jìn)行檢查，從圖5 可以看出該限位框架只能保證管道熱位移在130 mm 之下支架可以正常工作。此外，由于檢修期間管道里面是沒有介質(zhì)的，管道重量變輕，當(dāng)冷態(tài)簡單地按設(shè)計調(diào)整后，由于吊架載荷嚴(yán)重加大，這樣調(diào)整會使管道冷位移顯著增大，管道冷態(tài)即被“上提”，加上實際熱膨脹量，熱態(tài)時該吊點卡塊將會全部處在生根框架之外，限位實際失效。停爐時由于管線水平方向沒有約束而發(fā)生偏離，管道不能順利地通過限位框架“回縮”，造成管道在此受到阻礙，所以恒力吊架位移指針冷態(tài)指示與熱態(tài)相比并變化不大。同時，9#之下的管道也需要“回縮”，這樣就會使11#彈吊吊桿造成擠壓，進(jìn)而變形嚴(yán)重。

圖5 9#限位支架卡塊與框架接觸高度不足Fig.5 the height of 9# restraint Contact with the frame is insufficient

3 解決措施

從以上分析可以得知，該管道吊架工作異常主要是由于支吊架載荷設(shè)計失誤引起，7#、8#兩組連續(xù)的恒吊設(shè)計載荷比實際需要大了一倍，需要重新選型更換。此外，同高壓給水管道類似，儲水箱溢流管本身也存在兩種工況，即為“有水”狀態(tài)和“無水”狀態(tài)。由于設(shè)計院在設(shè)計選型時通常只考慮正常工作狀態(tài)，即“有水”狀態(tài)，所以管道在冷態(tài)時會有一定的額外的冷位移，容易脫離限位支架的約束。

由于機組停機時間較短，考慮到7#、8#兩組恒吊設(shè)計載荷相差不大，為了節(jié)約時間與更換成本，現(xiàn)場考慮使8#吊架實際不承載，讓7#吊架正常承載。為了驗證這種方案是否可行，特進(jìn)行了應(yīng)力校核計算，并與理想狀態(tài)下的應(yīng)力計算結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果見表4。

表4 應(yīng)力計算結(jié)果對比Tab.4 the contrast result of the stress calculation

應(yīng)力校核計算結(jié)果顯示，經(jīng)過這種更改后管道應(yīng)力水平與原設(shè)計相差不大，能滿足管道安全運行的需要，該方案可行。按照該方案，使8#吊架實際不承載，恢復(fù)11#彈吊，適當(dāng)調(diào)整10#剛吊載荷，將管道恢復(fù)到設(shè)計位置。此外，由于9#限位支架處管道卡塊大部分在框架之外，為確保限位支架能在管道受沖擊或者其他偶然載荷的情況下仍能有效工作，現(xiàn)場提高框架高度，改造框架結(jié)構(gòu)，保證管道在任何狀態(tài)下都能在框架之中。經(jīng)過此次整改，機組啟動后，管道運行良好，支吊架冷熱態(tài)均工作正常，保證了機組安全生產(chǎn)的需要。

4 結(jié)論建議

(1)儲水箱溢流管吊架工作異常問題實際為支吊架設(shè)計載荷過大問題，7#、8#兩個立管恒吊設(shè)計載荷比實際需要大一倍，導(dǎo)致管道熱態(tài)膨脹與設(shè)計不符。

(2)新建機組投運后必須按照DL/T616—2006《火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則》的要求進(jìn)行監(jiān)察與維護(hù)。重要管道的支吊架出現(xiàn)異常情況時，由專業(yè)人員對管道系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力分析，結(jié)合計算結(jié)果進(jìn)行整改。

(3)儲水箱溢流管道閥門設(shè)置在零米處，與儲水箱高度落差較大，且運行過程中實際閥門前管道中均為高溫高壓蒸汽，建議設(shè)計單位將閥門挪至儲水箱附近平臺易于操作處，這樣可以節(jié)省大量高規(guī)格鋼材，亦能增強管道安全性。

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