火电厂在役管道支吊架性能的测试研究

刘 明，陈 锐，何桂宽

（华电电力科学研究院，杭州 310000）

火电厂在役管道支吊架性能的测试研究

刘 明，陈 锐，何桂宽

（华电电力科学研究院，杭州 310000）

支吊架性能对火电厂管道安全运行有重要影响，结合相关规范对支吊架性能的要求，对比2种支吊架性能测试方法的优缺点，针对在役支吊架的工作特点，建立了采用粘贴应变片间接获得吊架性能参数的测试系统，并成功应用于某600 MW超超临界机组相关支吊架的性能测试，为同类型支吊架的性能测试提供了可供参考的经验。

管道；支吊架；性能测试；应变片

0 引言

火电厂管道支吊架是管道的承载部件，起着承担管道载荷、限制管道位移以及控制管道振动的作用[1]，对管道的安全运行具有重要的作用。如支吊架性能异常将导致管道受力状态改变，提高管系一、二次应力水平，使得管道运行达不到原设计要求。性能异常的支吊架还会导致管道载荷重新分配，严重时会影响邻近支吊架的正常工作，引起连锁反应，随着时间的推移，管道高应力蠕变损伤加快，必然缩短其寿命，并严重影响机组的安全运行。

管道支吊架从功能和用途方面可分为承重支吊架、限位支架和防振支架。其中承重支吊架又可以进一步划分为刚性吊架、变力支吊架和恒力支吊架3种形式[1]。刚性支吊架不允许管道存在垂直方向的位移，适用于支吊点没有垂直位移或垂直位移很小且允许约束的场合；变力支吊架承载力随吊点处管道垂直位移的变化而变化，通常用于管道垂直位移不大的地方，在减小设备承受的推力或力矩方面有着重要作用；恒力支吊架承载力不随吊点处管道垂直位移的变化而变化，即荷载保持基本恒定，通常用于需要限制荷载转移或管道垂直位移较大的地方[2]。

1 支吊架性能要求

为严格保证支吊架的性能满足使用要求，规范[3-5]对各型支吊架载荷性能都有明确的规定。DL/T 1113-2009《火力发电厂管道支吊架验收规程》对恒力支吊架、变力支吊架荷载性能的主要规定如下[5]。

1.1 恒力支吊架性能要求

（1）恒力支吊架的荷载偏差度λ应不大于2%，其计算公式为：

式中：ωg为支吊架工作荷载；ωs为支吊架整定荷载。

（2）恒力支吊架的恒定度Δ应不大于6%，其计算公式为：

式中：ωmax为回转全过程中的最大荷载值；ωmin为回转全过程中的最小荷载值。

（3）恒力支吊架的荷载离差应不大于6%，即恒力支吊架在上下位移整个行程范围内的最大荷载应不大于工作荷载的106%，最小荷载应不小于工作荷载的94%。

韩俊强调，生产、技术、资金服务都要跟上，市场营销服务也要跟上。《指导意见》提出要拓宽农产品销售渠道，加强产销衔接。从各地实践来看，加强产销衔接关键是要发挥市场主体的作用，比如说组织农业龙头企业和农民合作组织这些新型农业经营主体与贫困户建立合同购销关系，形成市场带动的关系，确保贫困户产出来的东西有人收，能够卖得出。大力发展农村电商、农超对接，加快快递下乡工程，供销、邮政、电商企业服务网点要加快向贫困地区覆盖，为贫困地区农产品出村进城创造条件。

1.2 变力弹簧支吊架性能要求

变力弹簧支吊架整定荷载的实测值与设计要求的整定荷载值（理论值）的偏差不应超过5%。

1.3 吊架弹簧性能要求

不论是恒力吊架还是变力吊架，基本都是以弹簧作为主要蓄能部件，相关标准[3-4]对吊架用弹簧的刚度也有一定规定，要求在工作范围内的实际刚度与理论刚度偏差不大于10%，其计算公式为：

式中：k为弹簧实际刚度；k′为弹簧理论刚度；ωmax为弹簧吊架位移指示牌所示最大位移处的荷载值；ωmin为弹簧吊架位移指示牌所示最小位移处的荷载值；t为弹簧吊架位移指示牌所示的位移量（理论工作行程）。

2 支吊架性能测试方法

规范[5]要求支吊架出厂时必须进行性能测试，确保其性能满足规范要求。随着运行时间的增加，支吊架性能会不可避免地出现退化，因而对在役支吊架进行性能测试就显得十分必要。目前对于恒力/变力支吊架的性能测试主要有直接测试法和间接测试法，直接测试法是采用力传感器直接获得支吊架的载荷数据，间接测试法一般是通过测量吊杆应变推算支吊架的载荷数据。

传统的支吊架性能直接测试方法一般是选用合适的连接工装，将恒力/变力支吊架安装在试验台上，通过合适的连接件与力传感器相连，保证支吊架与传感器间的连接拉杆在试验全过程中与垂线夹角不超过4°。然后操作试验台，使支吊架在总位移行程内上下移动，移动行程不应小于规定的全行程值，同时确保各运动部件动作灵活，不出现卡阻现象，不与非运动部件发生碰撞或干涉[5]。以此得到测试吊架的荷载-位移曲线、最小及最大荷载值，并计算荷载偏差度或恒定度。传统测试方法的优点是直接明了，但需要固定的试验台架或固定力传感器的工装，适合制造厂家的出厂性能测试，对于在役支吊架的性能测试则较为不便。

间接测试法通过在吊杆上粘贴应变片获得整个位移行程内吊杆轴向应变的数据，该方法无需完全拆卸吊架，只要在现场将吊架松弛，粘贴应变片后即可测试吊架在位移行程内的载荷数据，也无需笨重固定的试验工装，操作较为简单便捷。不过测试数据受粘贴应变片的质量及测试精度影响较大，同时也无法获得平滑连续的数据曲线，只能分段获得各测试点数据，进而拟合成一条完整的曲线以进行吊架性能数据计算。

通过间接测试法获得吊架的荷载数据的计算公式如下：

式中：F为吊架荷载；σ为应力；S为吊架横截面积；E为吊杆材料弹性模量；ε为吊杆轴向应变；r为吊杆截面半径。

考虑到在役管道支吊架的工作情况，完全拆下吊架费时费力，直接测试法的试验工装也不容易运到现场，所以间接测试法较为适用于在役支吊架的现场性能测试。依据间接测试法原理建立测试系统，如图1所示，其中数据采集仪型号为：东华DH5908无线动态数据采集仪；电阻式应变片型号为：中航电测BE120-3BA-P1K。

图1 测试系统

为减小吊杆侧向应变以及其他因素导致的误差，采用如图2所示的1/4桥路连接方式[6]，其中应变片1为工作片，应变片2为补偿片。粘贴的应变片可以选用1片双向应变片或2片呈90°夹角粘贴的单向应变片。

图2 应变片粘贴方式以及桥路连接方式

3 工程实例

某600 MW超超临界机组投产运行7年，共累计运行约5万h，各主要管系支吊架宏观检查状态良好。在停机检修期间选取主汽-高旁-冷段管系、热段-低旁管系中各一组吊架进行性能测试，结合管系应力分布情况以及现场吊架检查情况，选取了高旁管道5号双拉杆恒力吊架以及热段4号单拉杆弹簧吊架进行测试。2组吊架的设计参数见表1，吊杆材料、尺寸参数见表2。

表1 吊架设计参数

表2 吊杆材料、尺寸参数

3.1 高旁5号双拉杆恒力吊架

选取高旁5号双拉杆恒力吊架中的后侧吊架为测试对象，首先将吊架完全松弛，连接仪器并进行平衡、清零。按照吊架指示刻度顺序（10→0→10）进行全行程范围内的性能测试，所测得的吊杆应变数据，以及由此计算出的吊架载荷数据详见表3，载荷-位移曲线详见图3。

图3 高旁5号吊架（后侧）载荷-位移曲线

由测试结果计算可得：该恒吊的恒定度为4.7%（小于6%），最大荷载离差为5.3%（小于6%），均符合规程要求，吊架性能正常。

3.2 热段4号单拉杆弹簧吊架

测试前先测得该弹簧吊架在冷态拔销位置处时对应的弹簧高度为279 mm，相应的理论热态位置对应的弹簧高度为273 mm。将吊架松弛至弹簧高度为285 mm处锁死吊架、松弛吊杆，连接仪器并进行平衡、清零。按顺序（弹簧高度285 mm→273 mm→279 mm）进行全行程范围内的性能测试，所测得的吊杆应变数据，以及由此计算出的吊架载荷数据详见表4，载荷-位移曲线详见图4。

表4 弹簧吊架应变、载荷测试值

图4 热段4号吊架载荷-位移曲线

由测试结果计算可得：该弹簧吊架冷态载荷最大偏差为2.9%（小于5%）、热态载荷最大偏差为1.9%（小于5%），符合规程要求；弹簧在工作

Research on Performance Test of In-service Pipe Hangers and Supports in Thermal Power Plant

LIU Ming，CHEN Rui，HE Guikuan
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310000，China）

The performance of hangers and supports is key to pipe operation safety in thermal power plant.In accordance with requirements of relevant specifications on the performance of hangers and supports，advantages and disadvantages of two hangers and supports performance test methods are compared.Based on operation characteristics of in-service hangers and supports，a test system that indirectly obtains performance parameters of hangers and supports by strain gauge pasting is developed and successfully used for performance test of hangers and supports of 600 MW ultra-supercritical units，providing experience for performance test of supports and hangers with the same type.

pipe；support and hanger；performance test；strain gauge

TK226

B

1007-1881（2016）06-0038-04