再熱蒸汽熱段管道下沉原因分析及治理

劉明，何桂寬，高揚(yáng)

（華電電力科學(xué)研究院，杭州 310000）

1 再熱蒸汽熱段管道概況

某電廠2×300MW亞臨界機(jī)組自投產(chǎn)以來，通過支吊架狀態(tài)的檢查記錄發(fā)現(xiàn)，再熱蒸汽熱段管道部分管段存在不斷下沉的現(xiàn)象。該熱段管道設(shè)計(jì)溫度為545℃，設(shè)計(jì)壓力為4.2MPa，主管規(guī)格為ID 635mm×31.0mm，支管規(guī)格為ID 508mm×24.8mm，管道材質(zhì)為A335P22，管道及支吊架立體布置如圖1所示。

發(fā)生下沉的管段主要為汽輪機(jī)側(cè)兩支管及所連主管的水平管段，最大下沉量達(dá)到30.0mm，位于＃26吊架附近。

2 管道質(zhì)量核算

為準(zhǔn)確獲得管道實(shí)際質(zhì)量，機(jī)組檢修期間對(duì)熱段管道各管段的實(shí)際壁厚進(jìn)行了測(cè)量，主要測(cè)量結(jié)果見表1。測(cè)量結(jié)果顯示，管道實(shí)際壁厚明顯大于設(shè)計(jì)壁厚，且超出了GB／T 17395—2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》中管道壁厚最大正偏差應(yīng)小于12.5%的規(guī)定［1］。由對(duì)比數(shù)據(jù)可知，熱段管道實(shí)際質(zhì)量較原始設(shè)計(jì)值增加了17%左右，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料可知，管道支吊架是按照理論設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行計(jì)算選型的，從而導(dǎo)致現(xiàn)有支吊架載荷與管道質(zhì)量不匹配，支吊架載荷小于管道重力。

圖1 再熱蒸汽熱段管道（含低壓旁路）立體布置圖

表1 管道壁厚及質(zhì)量

管道質(zhì)量增加導(dǎo)致承重支吊架理論設(shè)計(jì)載荷不足以承受管道重力。該熱段管道上的承重支吊架有剛性吊架、變力彈簧吊架和恒力吊架。剛性吊架主要用于完全約束管系在吊點(diǎn)處垂直向下位移，變力彈簧吊架承載力隨管道支、吊點(diǎn)處管道垂直位移的增加而增大，這兩種類型的吊架都具有一定的自調(diào)性，能夠在一定范圍內(nèi)承載管道增加的重力。而恒力吊架承載力不隨吊點(diǎn)處管道垂直位移的變化而變化，即載荷基本保持恒定，因而恒力吊架不能額外增加載荷用以承擔(dān)增加的管道重力，對(duì)管道向下位移沒有任何約束作用，所以在連續(xù)恒力吊架的管段，管道質(zhì)量增加后將會(huì)導(dǎo)致較為明顯的管道下沉。

3 管道支吊架檢查

支吊架起到承擔(dān)管道載荷、限制管道位移以及控制管道振動(dòng)的作用，對(duì)管道的正常運(yùn)行至關(guān)重要，支吊架性能變化也會(huì)導(dǎo)致管道受力狀態(tài)以及管道位移異常。文獻(xiàn)［2］介紹了某電廠主蒸汽管道因彈簧老化、剛度下降造成吊架過度壓縮、疲勞失效從而導(dǎo)致管道不斷下沉的事例。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該熱段管道的支吊架進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)：該管系上各支吊架型號(hào)、規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)安裝得當(dāng)；剛性吊架工作狀態(tài)正常；但大部分變力彈簧吊架冷、熱態(tài)彈簧壓縮量均大于設(shè)計(jì)值；主要下沉管段的恒力吊架冷、熱態(tài)均處于向下卡死狀態(tài)，恒力吊架功能喪失，退化為剛性吊架?，F(xiàn)場(chǎng)安裝的恒力吊架均為恒力碟簧吊架，采用碟形彈簧替代傳統(tǒng)的圓柱螺旋壓縮彈簧作為吊架的儲(chǔ)能組件，碟簧的固有特性造成其載荷離差難以控制，因此恒力碟簧吊架使用一段時(shí)間后往往恒定度、載荷離差超標(biāo)。恒力吊架載荷離差增大將導(dǎo)致管系豎直向上熱位移量減小，即管系熱態(tài)發(fā)生相對(duì)向下“沉降”的現(xiàn)象［3］。

4 處理方案及結(jié)果

根據(jù)上述分析基本可以判斷：由于管道實(shí)際質(zhì)量超過理論設(shè)計(jì)質(zhì)量，吊架總載荷不足以承受管道重力，最終導(dǎo)致該熱段管道下沉；同時(shí)，恒力碟簧吊架的性能異常也加劇了管道下沉。針對(duì)以上分析，本著經(jīng)濟(jì)、有效且操作施工便捷的原則，同時(shí)考慮各承重吊架的工作特點(diǎn)，確定如下處理原則。

（1）將現(xiàn)場(chǎng)碟簧形式的恒力吊架全部更換為彈簧形式的恒力吊架。

（2）盡可能避免增設(shè)吊點(diǎn)、加裝吊架。

（3）考慮到變力彈簧吊架的實(shí)際輸出載荷在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的，所以盡可能增加原有變力彈簧吊架輸出載荷，使之滿足實(shí)際需求，只有在原有吊架無法滿足調(diào)節(jié)要求時(shí)才更換新的吊架。

采用專業(yè)管道應(yīng)力分析軟件，以實(shí)際管道規(guī)格為輸入數(shù)據(jù)，對(duì)該熱段管道重新進(jìn)行應(yīng)力分析及支吊架選型，依據(jù)計(jì)算分析結(jié)果給出支吊架調(diào)整處理方案。

（1）根據(jù)計(jì)算所得各吊點(diǎn)載荷進(jìn)行＃7—＃9，＃13—＃14，＃21，＃23—＃27恒力吊架的選型并進(jìn)行更換。

（2）依據(jù)計(jì)算所得吊點(diǎn)載荷、位移，將原＃6，＃16變力彈簧吊架更換為恒力吊架，＃12恒力吊架更換為變力彈簧吊架。

（3）因超過吊架載荷調(diào)整范圍，更換＃18變力彈簧吊架。

（4）根據(jù)計(jì)算所得載荷，重新調(diào)整剩余變力彈簧吊架的實(shí)際輸出載荷。

依照上述處理方案對(duì)該熱段管道支吊架進(jìn)行了調(diào)整、更換和改造，機(jī)組重啟穩(wěn)定后，對(duì)該管道的膨脹、位移情況進(jìn)行了持續(xù)檢查和記錄，檢查結(jié)果顯示，處理后的熱段管道工作狀態(tài)正常，各支吊架熱、冷態(tài)均處于正常指示位置。該處理方案消除了該熱段管道的下沉故障，滿足了管道安全運(yùn)行要求。

5 結(jié)論

通過更換恒力吊架、增加變力彈簧吊架輸出載荷等方法有效解決了某2×300MW機(jī)組再熱蒸汽熱管道下沉問題，消除了機(jī)組安全運(yùn)行的重大隱患，同時(shí)也得到了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可為其他同類型故障的解決提供參考。

（1）在進(jìn)行管道支吊架選型時(shí)應(yīng)盡量根據(jù)管道實(shí)際直徑、壁厚進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)不能忽略管夾及其他支吊架附件的質(zhì)量［4］，確保管系支吊架載荷與管道總質(zhì)量相匹配。

（2）加強(qiáng)管道支吊架的日常檢查和記錄，有效掌握管道位移狀況，盡早發(fā)現(xiàn)管道沉降類故障。

（3）考慮到運(yùn)行時(shí)間的增加以及彈簧／碟簧性能的退化，管道支吊架性能不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定變化，因而在有條件的情況下應(yīng)定期對(duì)支吊架進(jìn)行性能測(cè)試，確保各類型的支吊架性能滿足規(guī)范要求。

（4）加強(qiáng)安裝質(zhì)量控制，確保支吊架材料、規(guī)格、型號(hào)符合設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支吊架的監(jiān)督檢查與維護(hù)調(diào)整［5］。

［1］GB／T 17395—2008無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差［S］.

［2］余成長(zhǎng)，唐璐，仇云林，等.主蒸汽管道下沉原因分析及治理［J］.廣東發(fā)電，2010，23（7）：69-71.

［3］康豫軍，姚軍武，王必寧，等.恒力吊架荷載離差對(duì)管系熱位移影響的研究［J］.熱力發(fā)電，2009，38（5）：72-76.

［4］馬東方，黎榮銳，劉永成.支吊架附重對(duì)管系應(yīng)力的影響分析［J］.鍋爐制造，2010（5）：35-37.

［5］郭延軍.火力發(fā)電廠在役管道支吊架失效分析［J］.熱力發(fā)電，2008，37（2）：84-86.