火力發(fā)電廠汽水管道支吊架的檢查和調(diào)整

康朝陽， 李立人

(1. 中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華中分公司， 鄭州 450001；2. 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院， 上海 200240)

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火力發(fā)電廠汽水管道支吊架的檢查和調(diào)整

康朝陽1， 李立人2

(1. 中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華中分公司， 鄭州 450001；2. 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院， 上海 200240)

對(duì)某發(fā)電廠主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、低溫再熱蒸汽管道、高壓給水管道的支吊架進(jìn)行了熱態(tài)冷態(tài)的檢查及調(diào)整，采用專業(yè)的管道應(yīng)力分析軟件CAESARⅡ?qū)λ拇蠊艿赖膽?yīng)力和位移進(jìn)行了驗(yàn)算，保障了熱力管道的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)了機(jī)組的運(yùn)行壽命。

發(fā)電廠； 支吊架； 檢查； 應(yīng)力； 調(diào)整

支吊架是電廠汽水管道系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，具有承受管道的合理約束位移、承受管道自重、限制管道接口對(duì)所連設(shè)備的推力以及力矩、維持管道系統(tǒng)穩(wěn)定等功能。

由于機(jī)組汽水管道等的長(zhǎng)期高溫運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)材料蠕變松弛、支吊架表面變形和腐蝕、大幅度沖擊載荷或劇烈振動(dòng)、彈簧彈性下降、支吊架安裝偏離原設(shè)計(jì)等，以致改變管道系統(tǒng)受力及支吊架承載分配、增強(qiáng)管道系統(tǒng)局部應(yīng)力，加大管道系統(tǒng)變形，嚴(yán)重時(shí)損壞臨近正常支吊架的工作狀態(tài)，最終引起連鎖失效反應(yīng)，嚴(yán)重影響管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行、機(jī)組的運(yùn)行壽命。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]的規(guī)定，對(duì)運(yùn)行達(dá)到一定時(shí)間或存在問題的管道支吊架應(yīng)進(jìn)行全面的檢查、計(jì)算和調(diào)整，以改善管道與支吊架的運(yùn)行狀況，使其達(dá)到或接近設(shè)計(jì)要求。

某電廠4號(hào)機(jī)組由于長(zhǎng)期運(yùn)行，需對(duì)該機(jī)組的主蒸汽管道(含高壓旁路管道)、高溫再熱蒸汽管道(含低壓旁路管道)、低溫再熱蒸汽管道、高壓給水管道和鍋爐側(cè)爐外一、二次汽連通管道支吊架的狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)四大管道應(yīng)力和位移進(jìn)行校核，為大修期間的支吊架調(diào)整提供依據(jù)。

1　資料搜集

管道支吊架檢驗(yàn)、調(diào)整和校核計(jì)算主要依據(jù)原設(shè)計(jì)資料和電廠現(xiàn)場(chǎng)情況，搜集和參考的主要資料包括：機(jī)組設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)、管系應(yīng)力計(jì)算資料、管系安裝資料、管系改造資料、支吊架安裝資料、支吊架歷次檢驗(yàn)報(bào)告以及更改記錄等。

同時(shí)，為了進(jìn)行管系的應(yīng)力校核，需要如下基本參數(shù)材料：管道材料性能，包括彈性模量、泊松系數(shù)、管材密度、材料許用應(yīng)力、線膨脹系數(shù)；運(yùn)行工況參數(shù)，如運(yùn)行溫度、運(yùn)行壓力；設(shè)計(jì)工況參數(shù)，如設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力；汽水管道系統(tǒng)的各種口徑的幾何尺寸，彎管形狀及尺寸、三通類型及尺寸等；管道的保溫狀況、保溫材料性能等。

2　支吊架的熱冷態(tài)檢查

在火電機(jī)組停運(yùn)前后，分別需要進(jìn)行熱態(tài)和冷態(tài)的支吊架現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)量，標(biāo)記冷熱態(tài)下支吊架的位置，并對(duì)存在問題的支吊架進(jìn)行拍照記錄，從而得到完整的支吊架狀況報(bào)告。

根據(jù)規(guī)定[1]，對(duì)所屬管道中的所有固定支架、限位裝置、滑動(dòng)支架、剛性吊架、變力彈簧支吊架、恒力彈簧吊架等的實(shí)際承載情況，位移情況，連接件可能存在的缺陷與損傷情況等進(jìn)行了宏觀檢查。具體內(nèi)容包括：

(1) 根據(jù)四道管道設(shè)計(jì)施工圖，與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，如支吊架的位置、間距等。

(2) 檢查現(xiàn)場(chǎng)安裝的支吊架的型號(hào)、類型與原設(shè)計(jì)是否一致。

(3) 檢查所有彈簧吊架冷熱態(tài)是否都處于正常的彈性范圍內(nèi)工作，冷熱態(tài)彈簧是否被壓死，冷熱態(tài)彈簧形變是否超過最大彈性極限。

(4) 檢查所有恒力彈簧吊架冷熱態(tài)是否都處于正常的位移范圍內(nèi)工作，冷熱態(tài)是否被壓死。

(5) 檢查所有剛性吊架是否正常承載，是否安裝無誤，連接件是否損壞。

(6) 檢查所有的滑動(dòng)支架是否能滑動(dòng)自如，固定支架是否能真正固定不產(chǎn)生位移，限位支架限位方向是否正確，限位組件是否損壞。

(7) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)采用如皮尺等測(cè)量工具測(cè)量支吊架吊桿傾斜度。

(8) 檢查支吊架焊縫情況，如漏焊、欠焊、裂紋等；支吊架的橫擔(dān)損壞情況，有無大幅傾斜情況，管夾是否失載等。

(9) 檢查吊桿螺母是否鎖緊。

(10) 檢查支吊架是否有損傷跡象。

(11) 記錄冷、熱態(tài)工況下支吊架指針的位置。

(12) 記錄熱態(tài)運(yùn)行下是否有障礙物阻礙支吊架、管道正常位移。

(13) 冷、熱態(tài)檢查完畢后，對(duì)所有的支吊架的冷熱態(tài)位移進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算熱位移。對(duì)比計(jì)算熱位移與實(shí)際熱位移的差距。對(duì)于差距大的，需要進(jìn)行冷態(tài)支吊架調(diào)整。

3　管系的應(yīng)力計(jì)算

電廠管道在正常的承載下受到的應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力：一次應(yīng)力是指管道在內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力；二次應(yīng)力是指管道在熱脹冷縮或其他位移受約束時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。管道內(nèi)壓、管道以及保溫層等自重，以及支吊架配置決定了管系一次應(yīng)力水平；支吊架配置、管道運(yùn)行溫度等決定了管系的二次應(yīng)力水平。由于運(yùn)行壓力和運(yùn)行溫度通常都是按照設(shè)計(jì)要求，在役機(jī)組的汽水管道空間布置及特性也是根據(jù)設(shè)計(jì)已經(jīng)確定的。因此，從宏觀角度分析，支吊架的位置、類型以及運(yùn)行狀態(tài)等決定了管道系統(tǒng)的應(yīng)力水平與安全性。

在對(duì)四大管道應(yīng)力情況進(jìn)行計(jì)算中，采用的軟件為CAESAR Ⅱ，此軟件符合管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定和管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定等相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)火力管道應(yīng)力計(jì)算規(guī)程[2]，管道在工作狀態(tài)下，由持續(xù)載荷，即內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和(一次應(yīng)力)必須滿足式(1)的要求；管系熱脹應(yīng)力范圍(二次應(yīng)力)必須滿足式(2)的要求。

(1)

(2)

式中：p為設(shè)計(jì)壓力，MPa；Di為管子內(nèi)徑，mm；Do為管子外徑，mm；MA為自重和其他持續(xù)外載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm；MC為按全補(bǔ)償值和鋼材在20 ℃時(shí)的彈性模數(shù)計(jì)算的，熱脹引起的合成力矩范圍，N·mm；W為管子抗彎截面系數(shù)，mm3；i為應(yīng)力增加系數(shù)；σ20為鋼材在20 ℃時(shí)的許用應(yīng)力，MPa；σt為鋼材在t時(shí)的許用應(yīng)力，MPa；f為應(yīng)力范圍的減小系數(shù)，系數(shù)f與管道全溫度周期性的交變次數(shù)N有關(guān)，本次計(jì)算f=1；σL為管道在工作狀態(tài)下由內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和，MPa；σE為熱脹應(yīng)力范圍，MPa。

各管道的支吊點(diǎn)間距、支吊架型號(hào)、吊點(diǎn)熱態(tài)荷重，吊點(diǎn)冷態(tài)荷重和位置及管端的約束按原設(shè)計(jì)資料。對(duì)于高溫再熱蒸汽管道上個(gè)別支吊點(diǎn)實(shí)際安裝位置與設(shè)計(jì)圖紙不一致的，以實(shí)際安裝位置為準(zhǔn)。上述各管系分成四個(gè)獨(dú)立部分建模，分別稱為主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、低溫再熱蒸汽管道和高壓給水管道模型。計(jì)算模型中的坐標(biāo)軸x、y、z方向分別為:x軸平行于汽輪機(jī)中心線；y軸垂直于水平面，向上為正方向；z軸垂直于oxy平面，鍋爐指向汽輪機(jī)為正方向。

通過應(yīng)力計(jì)算，可以確定支吊架三向熱位移、設(shè)備連接端點(diǎn)推力、管系最大應(yīng)力位置及應(yīng)力是否超標(biāo)評(píng)定，分析管道已發(fā)生改變、部分支吊架已損壞或失效、材料性能已下降等實(shí)際運(yùn)行條件下管道的應(yīng)力狀態(tài)，評(píng)估管道運(yùn)行的安全性，為支吊架的調(diào)整和改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

四大管道的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表1～表4。

表1　主蒸汽管道最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果　MPa

表2　再熱段管道最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果　MPa

表3　再熱冷段管道最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果　MPa

表4　主給水管道最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果　MPa

根據(jù)四大管道應(yīng)力核算結(jié)果可知，本次機(jī)組四大管道的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4　支吊架調(diào)整及熱態(tài)復(fù)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)宏觀視察、位移測(cè)量以及管系應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，整理出需要更換的支吊架或部件清單，提供支吊架整改施工圖，確定合理正確的支吊架調(diào)整方案。

根據(jù)制定的支吊架調(diào)整方案，對(duì)需要調(diào)整的支吊架進(jìn)行調(diào)整。通過調(diào)整支吊架，消除支吊架卡死、載荷偏離設(shè)計(jì)值、脫載、熱態(tài)位移受限等現(xiàn)象，對(duì)損壞或脫落的部件進(jìn)行修復(fù)或更換，保證支吊架承載和冷熱位移的合理，反復(fù)核算管系熱位移以及應(yīng)力分布情況，確保應(yīng)力分布合理以及支吊架正確承載，使支吊架恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)。

支吊架調(diào)整結(jié)束后，當(dāng)機(jī)組再次運(yùn)行時(shí)，需對(duì)支吊架進(jìn)行一次全面的熱態(tài)復(fù)查，對(duì)有問題的支吊架必需進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到要求。編寫詳細(xì)的技術(shù)報(bào)告，例如包括支吊架調(diào)整前后冷熱態(tài)狀態(tài)參數(shù)、支吊架的調(diào)整方案措施以及調(diào)整前后管系的應(yīng)力水平，并給出管道今后的跟蹤計(jì)劃并提出相關(guān)的建議。

5　結(jié)語

通過對(duì)汽水管道支吊架運(yùn)行現(xiàn)狀的綜合分析，提出了合理、切實(shí)可行的整改方案。通過對(duì)支吊架的調(diào)整，達(dá)到了整改的預(yù)期目的。由此可見，汽水管道支吊架在運(yùn)行過程中常常會(huì)受到各種外界因素的影響，應(yīng)該定期進(jìn)行檢查和記錄，以保障機(jī)組的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì). 火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則: DL/T 616—2006[S]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2006.

[2] 國(guó)家能源局. 發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程: DL/T 5366—2014[S]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2014.

State Inspection and Adjustment of Steam &Water Piping Supports and Hangers in a Thermal Power Plant

Kang Chaoyang1, Li Liren2

(1. Central-China Branch, China Datang Corporation Science and Technology Research Institute, Zhengzhou 450001, China;2. Shanghai Power Equipment Research Institute,Shanghai 200240, China)

Hot-state and cold-state inspection and adjustment are carried out on the supports and hangers for the main steam pipeline, high-temperature reheat steam pipeline, low-temperature reheat steam pipeline and high-pressure water supply pipeline of a thermal power plant. The stress and displacement of the four pipelines are checked with professional piping stress analysis software CAESAR Ⅱ, based on which safety operation of above thermal pipelines is guaranteed, while service life of the unit is extended.

power plant; support and hanger; inspection; stress; adjustment

2015-09-08

康朝陽(1988—)，男，助理工程師，主要從事金屬監(jiān)督、電站壽命、管道支吊架調(diào)整等工作。

E-mail: chaoyangkang@126.com

TK225

A

1671-086X(2016)05-0357-03