低温再热蒸汽管道下沉原因分析及处理措施

王光林 马强 于涛

摘要：某电厂低温再热蒸汽管道在吹管后出现异常下沉，恒力弹簧吊架普遍处于下极限位置。文章通过分析找出导致管道下沉的主要原因，并针对此提出了替换3组恒力弹簧吊架为刚性吊架，更换4组恒力弹簧吊架的处理方案以及高温蒸汽管道下沉的预防建议，方案实施后管道下沉问题得到有效解决。

关键词：低温再热蒸汽管道；管道下沉；恒力弹簧吊架；吹管；刚性吊架 文献标识码：A

中图分类号：TK284 文章编号：1009-2374（2016）18-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.014

火电机组的主蒸汽管道、再热蒸汽管道及高压给水管道均为高温高压管道，其运行状况影响机组的安全运行。管道支吊架的作用是支承管道重量，平衡介质反力，限制位移及防止震动，保证管道应力及设备接口力和力矩在许用范围内。

某电厂2×350MW超临界机组低温再热蒸汽管道在吹管及机组带负荷运行后出现异常下沉、支吊架运行异常的情况，部分恒力弹簧卡死于下极限位置，无法回复到原冷态位置。本文通过分析该工程管道下沉及支吊架运行异常的原因，提出处理方案。经现场处理后，管道和支吊架均运行正常，没有出现管道下沉和支吊架运行异常的情况，能够满足机组安全稳定运行的要求。

1 低温再热蒸汽管道吹管及机组带负荷运行后支吊架异常状况描述

低温再热蒸汽管道的主要参数见表1：

本工程低温再热蒸汽管道从高排出口单管接出，到炉前分为两路，接入锅炉低温再热器进口集箱。管道及支吊架布置示意图如图1所示：

G1至G18为锅炉厂设计范围内支吊架；1至16为设计院设计范围内支吊架；+X：固定端至扩建端，+Y：汽机至锅炉，+Z：竖直向上

图1 低温再热蒸汽管道支吊架布置示意图

机组吹管过程中，低温再热蒸汽管道就出现明显下沉，1、9、G8、G9、G16、G17#吊架处于下极限位置，其中9#吊架造成指针弯曲，锅炉接口处G1～G3，G10～G15#吊架指针在70%左右位置，G4、G7、G18、2～7#吊架指针均在80%以上。吹管结束后，发现低温再热蒸汽管道并未回到冷态位置，反而继续下沉，大部分恒力弹簧吊架均处于下极限位置。

带负荷运行后，管道从冷态到热态本应向上膨胀，但下沉部分管道并未运行到应有的热态位置，大部分恒力弹簧吊架还处于下极限位置，通过实际热态工况与计算工况对比，炉前母管处热位移相差200mm以上。

2 低温再热蒸汽管道下沉原因分析

2.1 低温再热蒸汽管道刚度不够，缺少垂直限位装置

本工程低温再热蒸汽管道从汽机房B列11.18m处的13#刚性支架处至锅炉侧标高48.76m低温再热器进口集箱之间，无任何垂直限位装置或刚性吊架，且除G5～G7、G13、G14因热位移稍小采用变力弹簧外，从11号吊架至锅炉接口的所有吊架为了满足热膨胀要求，均为恒力弹簧吊架，恒力弹簧吊架对管道的热位移没有任何约束作用，如果管道总重量大于支吊架设计重量，在恒力吊架占大多数的情况下不能抵消所增加重量，恒力弹簧只能下拉至下极限位置以承担增加的部分重量。

整个低温再热蒸汽管道刚度小，在垂直落差近40m、水平跨度超过50m的范围内缺少垂直限位装置，未设置刚性吊架，管道刚度不够，稳定性变差。

2.2 锅炉厂范围内支吊架选型未考虑支吊架零部件重量

随着机组向大容量、高参数方向的不断发展，管道尺寸越来越大，支吊架零部件重量也不断增加。如果在支吊架设计过程中不考虑零部件的重量，就会造成管道各支吊点选型载荷与实际荷载不符，导致管道下沉。

经过核查本工程设计院范围内支吊架设计时考虑了支吊架零部件的重量，但锅炉厂供货范围内弹簧选型未考虑，根据统计，锅炉厂供货范围内管道系统未考虑的零部件质量约1.8t，且锅炉厂供货范围内吊架大部分为恒力弹簧吊架，会出现前文所述的恒力弹簧吊架的荷载小于各个吊点的实际重量，出现“提不动”的情况，从而发生管道下沉。

2.3 吹管参数超过低温再热蒸汽管道设计参数

本工程低温再热蒸汽管道设计压力为5.072MPa，设计温度为338.54℃；管道材质分别为A672 B72 CL32和SA-106C（锅炉厂供货）。中国电力工程顾问集团公司《关于印发火力发电厂超（超）临界机组四大管道设计专题研讨会议纪要的通知》中说明：A672 B72 CL32材料仅限于设计温度≤415℃时使用。《ASME B31.1-2010》中第124.2章节关于材料的限制中有如下描述：普通碳钢、普通镍合金鋼、碳锰合金钢、锰钒合金钢和碳硅钢的碳化物金相组织，在高于800°F（427℃）温度下长期使用时可能会石墨化。

根据现场的吹管记录，不同时间段的低温再热蒸汽的吹管温度均高于设计温度，吹管最高温度超过495℃，超过427℃的吹管时间超过30小时。

低温再热蒸汽管道吹管后各支吊点位移值与设计冷态位移差距较大，表明管道吹管冷却后未恢复到设计状态，管道可能发生塑性变形，后续需委托有相应资质单位对管道进行金相组织检测，并对管道寿命进行评估。

2.4 对恒力弹簧支吊架性能进行测试

低温再热蒸汽管道中配备了大量的恒力弹簧支吊架，在理想状态下，恒力弹簧在行程范围内荷载是一致的。但如果恒力弹簧质量不好，荷载就会出现偏差，就会对管系的冷、热位移产生较大的影响。根据《恒力弹簧支吊》（JB/T）的要求，恒力弹簧的恒定度要控制在6%以内，建议对本工程采用的恒力弹簧支吊进行恒定度测试，如恒定度不满足要求则需更换恒力弹簧支吊架。

3 处理方案及结果

3.1 处理方案

（1）将9、G8、G16#恒力弹簧改为刚性吊架并重新进行应力计算，根据计算结果需更换2、6、7、11#支吊架弹簧；（2）对13#刚性吊架进行现场加固，防止荷载转移到此处；（3）重新应力计算后锅炉再热器接口推力及力矩增加，重新发锅炉厂确认强度。

3.2 结果

施工过程中无法让管道提升至原始安装位置，但机组重新运行后，因增设了刚性吊架，未出现管道下沉的情况，恒力弹簧吊架处于正常指示位置。

4 预防高温蒸汽管道下沉的建议及措施

结合本文低温再热蒸汽管道出现异常下沉的情况，为了保证高温蒸汽管道安全稳定运行，提出高温蒸汽管道设计、支吊架选型和安装时的五点建议：（1）高温蒸汽管道要有一定刚度，要根据管道布置情况合理设置垂直限位装置或者刚性吊架，提高管系的稳定性，起到控制垂直位移的作用，避免设置大量连续恒力弹簧吊架，刚性吊架要适当增大结构荷载，以应对可能出现的荷载转移情况；（2）管道支吊架设计时应充分考虑选型载荷和实际载荷的偏差。本文分析的低温再热蒸汽管道采用外径管，壁厚偏差很小，但对某些大口径内径管，壁厚偏差较大，建议进行应力计算时根据到货的实际管道规格进行输入，同时也要注意模拟三通弯头等管件的实际重量。设计院在弹簧选型时，要考虑支吊架零部件的重量；（3）严格控制现场吹管参数，在满足吹管要求的前提下，吹管参数尽量低于管道的设计参数，并避免长时间超温吹管；（4）选择质量优良的恒力弹簧，并对恒力弹簧的恒定度进行检查；（5）施工单位严格按照相关标准及要求对高温蒸汽管道及支吊架进行安装，弹簧的承载力与其整定荷载应相平衡，直至锁定装置能自由地取出，弹簧锁定装置应有序批量解除，不得零星解除。在做任何调整前，施工单位应将管系中所有弹簧支吊架荷载/位移指示的原始位置都记录下来，做到安装调整数据可以追溯，便于情况分析。

5 结语

本文通过分析找出了管道下沉的主要原因：管道刚度不够，缺少垂直限位装置；锅炉厂供货范围内恒力弹簧吊架选型未考虑零部件，导致支吊架承载能力偏小，提不动整个低温再热蒸汽管道；吹管参数过高，吹管时间过长，管道可能产生塑性变形；建议对所选恒力弹簧的恒定度进行测试。

将3组恒力弹簧吊架改为刚性吊架，更换4组恒力弹簧吊架，有效地解决了管道下沉和恒力弹簧吊架工作异常的问题。

通过原因分析和实际问题的解决，提出预防高温蒸汽管道下沉的几点建议，为高温蒸汽管道设计及支吊架选型及安装提供参考经验。

参考文献

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作者簡介：王光林（1983-），男，山东济南人，山东电力工程咨询院有限公司中级工程师，硕士，研究方向：热机

设计。

（责任编辑：黄银芳）