某F級(jí)燃?xì)鈾C(jī)組主蒸汽管道支吊架故障分析及治理

陳 銳，解 鑫

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310030)

0 引 言

管道支吊架是管道的承載部件，主要起承擔(dān)管道及其介質(zhì)重力、限制管道不合理位移、承受偶然工況下管道排汽反力以及控制管道振動(dòng)等作用，對(duì)發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行具有重要的意義[1]。對(duì)于高溫高壓管道而言，在管道材料、焊口、施工質(zhì)量均已確定的情況下，管系支吊架的工作狀態(tài)直接影響管系的安全運(yùn)行。管系支吊架狀態(tài)異常時(shí)，會(huì)引起管道載荷的重新分配，大量支吊架狀態(tài)異常時(shí)，甚至?xí)鸸芟狄淮螒?yīng)力、二次應(yīng)力超標(biāo)，縮短管系壽命，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

上海某電廠9F級(jí)燃?xì)鈾C(jī)組于2015年8月投產(chǎn)，自投運(yùn)來主蒸汽管道支吊架未進(jìn)行系統(tǒng)檢驗(yàn)及調(diào)整，管系支吊架存在大量故障。文章總結(jié)了燃?xì)鈾C(jī)組管系支吊架存在的普遍問題，并給出具體處理方案，對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組管系支吊架檢驗(yàn)調(diào)整具有參考意義。

1 主蒸汽管道支吊架主要失效形式

1.1 彈簧支吊架荷載異常

彈簧支吊架是一種比較常見的管道支吊架，通過彈簧壓縮量的變化，為管道提供可變荷載。彈簧吊架荷載量在支吊架設(shè)計(jì)時(shí)已確定，設(shè)計(jì)的彈簧荷載能為管道提供最佳應(yīng)力水平和最優(yōu)的荷載分布[2]?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)主蒸汽管道有部分彈簧吊架實(shí)際工作載荷偏離了設(shè)計(jì)載荷，如圖1所示。因此，需要調(diào)整彈簧壓縮量，恢復(fù)管道載荷分配并將應(yīng)力狀態(tài)調(diào)至最佳狀態(tài)。

圖1 彈簧支吊架狀態(tài)

1.2 恒力吊架位移指示卡死或處于極限位置

恒力吊架指示在其行程范圍內(nèi)時(shí)，其荷載恒定不變。當(dāng)恒力吊架回轉(zhuǎn)至下位移拉死狀態(tài)時(shí)，恒力吊架將變成剛性吊架，該點(diǎn)的荷載將大于吊架設(shè)計(jì)載荷，具體大小不可控，直接威脅到管道和吊架的安全。當(dāng)恒力吊架回轉(zhuǎn)至上位移卡死狀態(tài)時(shí)，恒力吊架將失載，該點(diǎn)的荷載將小于吊架設(shè)計(jì)載荷，具體大小也不可控(可能會(huì)完全失載)，直接威脅到管道和吊架的安全[3]。當(dāng)恒力吊架回轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，存在隱患。如圖2 所示，主蒸汽管道有5組恒力吊架(具體見處理方案)位移指示卡死，對(duì)管系載荷分配影響大，須冷態(tài)調(diào)整吊架指示至正常工作位置。

圖2 恒力吊架位移指示卡死狀態(tài)

1.3 支吊架偏斜角度超標(biāo)

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》規(guī)定[4]，吊架拉桿在各種工況下，剛性吊架擺角不得超過3°，彈性吊架擺角不得超過4°[1]。當(dāng)支吊架根部未按設(shè)計(jì)圖紙偏裝，吊桿偏斜超過導(dǎo)則規(guī)定的角度時(shí)，會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生附加載荷，也會(huì)對(duì)設(shè)備接口及管道端點(diǎn)產(chǎn)生附加力和力矩[5]，嚴(yán)重影響設(shè)備安全運(yùn)行。而且，吊桿偏斜角度超標(biāo)還有可能導(dǎo)致支吊架功能件異常，起不到應(yīng)有的作用[6]。如圖3所示，主蒸汽管道10號(hào)Z向限位偏斜超標(biāo)，須按照設(shè)計(jì)位移進(jìn)行偏裝，消除隱患。

圖3 10號(hào)Z向限位吊桿偏斜超標(biāo)狀態(tài)

1.4 阻尼器滲油

阻尼器主要靠油路的阻塞或開通起到控制管道快速振動(dòng)的目的，當(dāng)阻尼器油缸漏油至一定程度時(shí)，管道受到偶然沖擊時(shí)，阻尼器無法有效保護(hù)管道，也容易引起管道振動(dòng)。當(dāng)阻尼器拉升或壓縮至極限位置時(shí)，會(huì)變成剛性吊架，阻礙管道正常膨脹。如圖4 所示，主蒸汽管道7號(hào)阻尼器漏油，須更換阻尼器。

圖4 阻尼器漏油

2 管系應(yīng)力分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)主蒸汽管道連續(xù)4組(見圖5)恒力吊架載荷異常，采用MP10-A型載荷/撓度測(cè)量儀對(duì)4組吊架載荷進(jìn)行測(cè)量。

圖5 主蒸汽管道應(yīng)力計(jì)算模型

CAESARⅡ軟件是一款對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力分析的專業(yè)軟件，應(yīng)用CAESARⅡ軟件可以對(duì)管系應(yīng)力進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，對(duì)支吊架三向熱位移、其與設(shè)備連接端點(diǎn)處的推力和管系最大應(yīng)力值進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，校驗(yàn)支吊架配置、承載及熱位移的正確性[7-8]。將4組吊架載荷值給定至軟件中，對(duì)管系進(jìn)行應(yīng)力復(fù)核。

現(xiàn)場(chǎng)也對(duì)管系一次應(yīng)力、二次應(yīng)力最大點(diǎn)處進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)量(見圖6)，將管系應(yīng)力測(cè)量值與軟件計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證管系應(yīng)力狀態(tài)。表1為管系最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，由表1可知，一次應(yīng)力、二次應(yīng)力最大點(diǎn)處實(shí)際計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值均未超過設(shè)計(jì)允許值，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)量值與軟件計(jì)算值基本吻合(見圖7、圖8)，但實(shí)際計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值均大于理論計(jì)算值。現(xiàn)場(chǎng)大量吊架狀態(tài)異常，增大了管系的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力，增加了管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[9]。因此，需要調(diào)整管系支吊架狀態(tài)，降低管系應(yīng)力。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試

表1 管系最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

圖7 一次應(yīng)力實(shí)際計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值對(duì)比

圖8 二次應(yīng)力實(shí)際計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值對(duì)比

3 故障處理措施

在停爐前后，按設(shè)計(jì)值對(duì)管系支吊架進(jìn)行熱態(tài)、冷態(tài)檢查，對(duì)照管系布置圖(見圖9)，對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行記錄。

圖9 主蒸汽管系布置圖

在認(rèn)真分析管系支吊架故障與缺陷產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，制定切實(shí)可行的調(diào)整處理方案及解決措施。對(duì)故障缺陷支吊架功能件及連接件進(jìn)行調(diào)整處理，以消除存在的隱患，確保管道安全運(yùn)行，具體處理方案見表2。

按照處理方案對(duì)管系支吊架進(jìn)行調(diào)整處理，調(diào)整后對(duì)主蒸汽管道支吊架狀態(tài)進(jìn)行復(fù)查，調(diào)整后管系所有支吊架狀態(tài)已恢復(fù)正常。重新對(duì)管系應(yīng)力進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)后的管系一次應(yīng)力、二次應(yīng)力最大值如圖10和圖11所示。管系應(yīng)力顯著降低，表明調(diào)整方案科學(xué)、有效、切實(shí)可行。

圖10 主汽管道最大一次應(yīng)力調(diào)整前后應(yīng)力曲線對(duì)比

圖11 主汽管道最大二次應(yīng)力調(diào)整前后應(yīng)力曲線對(duì)比

4 結(jié) 語

1)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)吊架的載荷測(cè)量及管系應(yīng)力的重新計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)管系吊架大量存在異常時(shí)，管系的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力會(huì)增大，管系安全風(fēng)險(xiǎn)增加。

2)對(duì)吊架進(jìn)行狀態(tài)檢查，制定科學(xué)合理的調(diào)整方案。調(diào)整處理后，所有支吊架狀態(tài)恢復(fù)正常，管系的載荷分配更加合理，消除了支吊架存在的重大隱患，有效降低了管系應(yīng)力。

3)對(duì)于高溫高壓管道，應(yīng)定期對(duì)管系支吊架進(jìn)行檢查，并記錄好支吊架的工作狀態(tài)。并應(yīng)按相應(yīng)規(guī)程的規(guī)定，定期對(duì)高溫高壓管道支吊架進(jìn)行全面檢驗(yàn)調(diào)整。