600 MW機組主再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)管道支吊架調(diào)整與優(yōu)化

楊曉偉，李國明，謝澄，馬超

（1.同濟大學機械工程學院，上海200092；

2.國電浙江北侖第一發(fā)電有限責任公司，浙江寧波315800；3.浙江浙能北侖發(fā)電有限公司，浙江寧波315800）

600 MW機組主再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)管道支吊架調(diào)整與優(yōu)化

楊曉偉1，2，李國明2，謝澄2，馬超3

（1.同濟大學機械工程學院，上海200092；

2.國電浙江北侖第一發(fā)電有限責任公司，浙江寧波315800；3.浙江浙能北侖發(fā)電有限公司，浙江寧波315800）

介紹了某600 MW汽輪機組主、再熱蒸汽系統(tǒng)及旁路系統(tǒng)管道支吊架的運行情況和存在問題，對運行時管道支吊架安全性影響進行了分析。由于機組運行時間較長，支吊架彈簧支撐不足、液壓阻尼器漏油等情況，導致機組的主、再熱蒸汽主管道及旁路系統(tǒng)主管道逐年下沉。通過對相應的主管道進行應力計算，對支吊架重新進行校核，綜合分析后，提出了管道支吊架的調(diào)整優(yōu)化方案。經(jīng)過調(diào)整后，各主管道運行狀態(tài)良好，管系一次應力、二次應力均合格，管道下沉得到了有效控制。

管道；支吊架；應力；調(diào)整

0 引言

支吊架裝置是發(fā)電廠管道系統(tǒng)的重要組成部分，支撐著管道及管道內(nèi)介質(zhì)的全部荷載，同時控制管道位移。支吊架的性能狀況，如荷載、類型、安裝位置等，直接影響管系的應力分布和應力大小，其性能的好壞、承載合理性將直接影響管道的使用壽命及機組的安全運行。

機組由于長時間運行，管線的形態(tài)、位置等發(fā)生變化，支吊架彈簧等部件的性能劣化，導致支吊架損壞、過載、欠載及位移受阻、阻尼器漏油等缺陷比較嚴重，出現(xiàn)管道局部區(qū)域應力升高、對端點設備推力增大等現(xiàn)象，將影響機組的安全運行。尤其是隨著機組容量的增大，管道的口徑及壁厚也隨之加大，出現(xiàn)問題的概率和問題的嚴重性也隨之增加。

根據(jù)支吊架檢驗結(jié)果和管道計算報告，綜合分析評估后提出支吊架調(diào)整方案，對管道及支吊架進行調(diào)整，使支吊架處于正常的設計工作狀態(tài)，管道應力分布合理，從而確保管系的冷、熱荷載分布和熱膨脹滿足設計計算的要求，達到管系長期、安全和經(jīng)濟運行的目的。

1 機組管系運行情況

某600 MW機組投產(chǎn)至今，管道支吊架的受力狀態(tài)發(fā)生了較大變化，存在較多影響管道壽命和安全運行的隱患。通過對該機組主、再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)管道的158組支吊架進行檢驗，發(fā)現(xiàn)77組存在不同程度的缺陷，占支吊架總數(shù)的近50%。管道支吊架存在的主要問題：

（1）管道支吊架承載性能差，承載能力嚴重不足，管道一次應力超標，發(fā)生整體或局部下沉。

（2）恒力支吊架卡死于極限位置，導致管道的二次應力超標。

（3）阻尼器油缸漏油、油缸密封件損壞等，導致管道受到異常沖擊時無法有效進行保護。

（4）阻尼器壓縮或拉伸至極限位置，一方面導致阻尼器損壞，另一方面導致管道熱位移受阻。

2 機組管道應力分析

2.1 管道應力分析

對主、再熱系統(tǒng)和旁路系統(tǒng)管道進行受力分析，確定管道在外載荷（溫度、自重等）作用下，管道的變形、應力分布及支撐結(jié)構的約束反力等，并以此為基礎確定管道的薄弱環(huán)節(jié)和關鍵部位，計算并評估管道的安全使用性能。

本次管道支吊架的計算采用專業(yè)的應力計算軟件CAESAR II進行，同時對四大汽水管道進行應力校核計算，得出了管道應力相應的結(jié)論。

為了簡化分析和方便計算，根據(jù)力的獨立性原理對每個支吊架進行受力分析，將管道應力分為一次應力和二次應力，并分別進行計算。

（1）管道在正常工作狀態(tài)下，由內(nèi)部介質(zhì)重量、自重和其他持續(xù)外部載荷產(chǎn)生一次應力，該應力不得大于鋼材在計算溫度下的基本許用應力：

式中：P為設計壓力；Do為管道外徑；Di為管道內(nèi)徑；M為自重和其他持續(xù)外載作用在管道橫截面上的合成力矩；W為管道截面抗彎矩；[σ]t為鋼材在設計溫度下的許用應力；μ為應力增加系數(shù)；бL為由于內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載所產(chǎn)生的軸向應力之和。

（2）管道由熱脹、冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生的熱脹應力范圍必須滿足以下計算式：

式中：[σ]20為管道鋼材在20℃時的許用應力；MC為按全補償值和鋼材在20℃時的彈性模量計算的，熱膨脹引起的合成力矩范圍；σE為熱膨脹應力；f為應力減小系數(shù)。在設計運行年限內(nèi)，系數(shù)f與管道全溫度周期性的交變次數(shù)N有關。

2.2 管系應力計算

計算對象為主蒸汽、再熱蒸汽熱段、再熱蒸汽冷段、高壓旁路和低壓旁路的主管道。計算中對管道冷緊力、閥門、彎頭及三通等剛性管件均作了簡化處理，同時對相應的疏水管道等進行了綜合考慮。在管道應力計算中，還需要以下基本參數(shù)：

（1）管件材料的物理性能，包括管材的彈性模量、材料許用應力及管材的線膨脹系數(shù)等。

（2）管道的運行工況，如運行溫度、壓力及其波動范圍等。

（3）各種管閥的幾何尺寸、形狀及彎頭尺寸、三通類型等。

（4）管閥、彎頭、三通的保溫狀況及保溫外表溫度。

各管道的主要計算參數(shù)見表1。

3 計算結(jié)果

3.1 主蒸汽管道、再熱蒸汽冷段管道及高壓旁路管道

主蒸汽管道和再熱蒸汽冷段管道通過高壓旁路管道連接在一起，進行管道應力計算，并對全部支吊架進行校核，表2列出了典型支吊架的校核值。

主蒸汽管道、再熱蒸汽冷段管道及高壓旁路管道支吊架經(jīng)調(diào)整后，管系中各支吊架處于正常狀態(tài)，其各次應力均能滿足管道安全運行的要求，各主要管種最大應力計算結(jié)果見表3所示，表中同時給出了一次、二次應力的許用值。

3.2 再熱蒸汽熱段管道與低壓旁路管道

再熱蒸汽熱段管道和低壓旁路管道連接在一起，進行管道應力計算，表4列出了典型支吊架的校核結(jié)果。

再熱蒸汽熱段管道及低壓旁路管道支吊架經(jīng)調(diào)整后，管系中各支吊架處于正常狀態(tài)，其各次應力均能滿足管道安全運行的要求，各主要管種最大應力計算結(jié)果見表5。

表1 管道主要管種計算參數(shù)

表2 主蒸汽管道、再熱蒸汽冷段管道及高壓旁路管道典型支吊架校核計算

表3 主蒸汽管道主要管種最大應力計算

4 支吊架調(diào)整及檢驗

4.1 主蒸汽主管道支吊架調(diào)整與冷態(tài)檢驗

主蒸汽管道19組支吊架狀態(tài)異常，特別是848-3吊架附近管道下沉最為嚴重，造成熱態(tài)情況下輔助蒸汽管道與13.7 m平臺頂死。根據(jù)應力計算結(jié)果，原設計支吊架載荷配置偏小及支吊架性能較差是管道下沉的直接原因。

在主蒸汽管道上增設1組彈簧支吊架及3組恒力支吊架，對848-3恒力支吊架附件管道向下熱位移由整改前的330 mm降低為235 mm（原設計位移向下為231 mm），管道下沉趨勢得到了有效控制，管道熱位移正常。

表4 再熱蒸汽熱段與低壓旁路管道典型支吊架校核計算

表5 再熱熱段與低旁管道主要管種最大應力計算

4.2 再熱熱段、冷段等主管道支吊架調(diào)整與冷態(tài)檢驗

再熱熱段管道共30組支吊架狀態(tài)異常，再熱冷段管道共有9組支吊架狀態(tài)異常，根據(jù)應力計算結(jié)果，原設計支吊架載荷配置偏小，支吊架性能較差是管道下沉的直接原因。

在鍋爐側(cè)再熱蒸汽熱段管道增設3組恒力支吊架，在汽機側(cè)管道增設4組恒力支吊架，并對23組支吊架進行了調(diào)整或維修。支吊架經(jīng)整改后，843-1恒力支吊架處管道向上允許熱位移由整改前的20 mm改為145 mm（原設計位移向上為170 mm），管道向上熱位移嚴重不足的狀況得到了有效改善，管道二次應力由整改前的107%降低為44.82%，二次應力合格。

高壓旁路管道共有6組支吊架狀態(tài)異常，占其支吊架總數(shù)的85.7%。低壓旁路管道共有13組支吊架狀態(tài)異常，占其支吊架總數(shù)的48.1%。經(jīng)過調(diào)整后，一、二次應力均合格。

4.3 熱態(tài)復查

管道及支吊架調(diào)整與優(yōu)化完成后，對主蒸汽主管道、再熱蒸汽主管道、高低壓旁路主管道及支吊架進行了全面熱態(tài)復查。

熱態(tài)復查結(jié)果表明：主蒸汽管道下沉最嚴重的管段（機側(cè)848-3吊架處），熱位移由整改前的-330 mm改善為-240 mm(設計值為-231 mm)；再熱蒸汽熱段管道下沉最嚴重的部位，熱位移由整改前的+20 mm改善為+145 mm（設計值為+170 mm）。通過調(diào)整，消除了支吊架存在的嚴重受力問題，支吊架運行狀態(tài)得到了明顯改善，承載基本正常，能夠滿足機組正常、安全運行要求。

5 結(jié)論

（1）由于該機組運行時間較長，支吊架狀態(tài)異常，嚴重影響設備的安全穩(wěn)定運行。較為突出的問題是：支吊架因多方面原因?qū)е鲁休d能力不足，主蒸汽及再熱熱段蒸汽管道逐年持續(xù)下沉，恒力吊架位移指針卡死于極限位置、阻尼器油缸漏油、阻尼器活塞被拉伸或壓縮至極限位置。

（2）通過對支吊架運行狀況綜合分析，提出了主再熱及高低壓旁路管道支吊架調(diào)整方案，并依此方案對77組支吊架進行了整改。針對管道的下沉問題，綜合分析支吊架運行狀態(tài)及管道應力計算結(jié)果，在主蒸汽管道上增設了4組支吊架、在再熱蒸汽管道上增設了7組支吊架。對漏油的11組阻尼器進行了更換或檢修，對漏裝的1組支吊架重新進行選型及安裝調(diào)整，對32組位移指針指針卡死于極限位置的恒力支吊架進行了調(diào)整。

（3）綜合分析結(jié)果表明，主蒸汽及再熱熱段蒸汽管道下沉的直接原因為原設計支吊架載荷偏小及恒力支吊架性能較差，對此進行了針對性的調(diào)整。

（4）應力校核計算結(jié)果表明，支吊架調(diào)整前主蒸汽管道最大一次應力超標，再熱蒸汽熱段管道最大二次應力超標，對管道安全運行構成嚴重威脅。支吊架調(diào)整后，管道應力大幅降低，管道一次、二次應力均在允許范圍內(nèi)，應力校核合格。

（5）整改后熱態(tài)檢查結(jié)果表明，支吊架承載及熱位移基本達到或接近設計值，根部偏裝符合相關要求，運行狀態(tài)得到了明顯改善，能夠滿足機組安全運行需要。

[1]沈松泉.壓力管道安全技術[M].南京：東南大學出版社, 2000.

[2]DL/T 616－2006火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修與調(diào)整導則[S].北京：中國電力出版社，2006.

[3]火力發(fā)電廠金屬技術監(jiān)督規(guī)程[M].北京：中國電力出版社，2009.

（本文編輯：徐晗）

Adjustment and Optimization of Pipe Supports and Hangers for Main and Reheat Steam and Bypass System of a 600 MW Unit

YANG Xiaowei1，2，LI Guoming2，XIE Cheng2，MA Chao3
（1.School of Mechanical Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；2.Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315800，China；3.Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315800，China）

The paper expounds the operation status and existing problems of pipe supports and hangers for main and reheat steam and bypass system of a 600 MW unit；besides，it analyzes safety influence of pipe supports and hangers in unit operation at present.Due to long operation of the unit，underbraced springs of supports and hangers，oil leakage of hydraulic damper and so on，main pipes of reheat steam and bypass system sink year by year.By stress calculation on the relevant main pipes and recheck of supports and hangers，the paper，after comprehensive analysis，presents an adjustment and optimization scheme of pipe supports and hangers.After the adjustment，the main pipes are in good operation；both the primary and secondary stress of the pipes are up to the standard；sink of the pipes are effectively controlled.

pipe；support and hanger；stress；adjustment

TK226

：B

：1007-1881（2016）04-0054-05

2015-12-17

楊曉偉（1978），男，工程師，長期從事汽輪發(fā)電機組的檢修、管理與技術監(jiān)督工作。