火力发电厂汽水管道支吊架的检查和调整

康朝阳， 李立人

(1. 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华中分公司， 郑州 450001；2. 上海发电设备成套设计研究院， 上海 200240)



火力发电厂汽水管道支吊架的检查和调整

康朝阳1， 李立人2

(1. 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华中分公司， 郑州 450001；2. 上海发电设备成套设计研究院， 上海 200240)

对某发电厂主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道、高压给水管道的支吊架进行了热态冷态的检查及调整，采用专业的管道应力分析软件CAESARⅡ对四大管道的应力和位移进行了验算，保障了热力管道的安全运行，延长了机组的运行寿命。

发电厂； 支吊架； 检查； 应力； 调整

支吊架是电厂汽水管道系统中不可或缺的组成部分，具有承受管道的合理约束位移、承受管道自重、限制管道接口对所连设备的推力以及力矩、维持管道系统稳定等功能。

由于机组汽水管道等的长期高温运行，会出现材料蠕变松弛、支吊架表面变形和腐蚀、大幅度冲击载荷或剧烈振动、弹簧弹性下降、支吊架安装偏离原设计等，以致改变管道系统受力及支吊架承载分配、增强管道系统局部应力，加大管道系统变形，严重时损坏临近正常支吊架的工作状态，最终引起连锁失效反应，严重影响管道系统的安全运行、机组的运行寿命。根据电力行业标准[1]的规定，对运行达到一定时间或存在问题的管道支吊架应进行全面的检查、计算和调整，以改善管道与支吊架的运行状况，使其达到或接近设计要求。

某电厂4号机组由于长期运行，需对该机组的主蒸汽管道(含高压旁路管道)、高温再热蒸汽管道(含低压旁路管道)、低温再热蒸汽管道、高压给水管道和锅炉侧炉外一、二次汽连通管道支吊架的状态进行检验，并对四大管道应力和位移进行校核，为大修期间的支吊架调整提供依据。

1　资料搜集

管道支吊架检验、调整和校核计算主要依据原设计资料和电厂现场情况，搜集和参考的主要资料包括：机组设计运行参数、机组实际运行参数、管系应力计算资料、管系安装资料、管系改造资料、支吊架安装资料、支吊架历次检验报告以及更改记录等。

同时，为了进行管系的应力校核，需要如下基本参数材料：管道材料性能，包括弹性模量、泊松系数、管材密度、材料许用应力、线膨胀系数；运行工况参数，如运行温度、运行压力；设计工况参数，如设计温度、设计压力；汽水管道系统的各种口径的几何尺寸，弯管形状及尺寸、三通类型及尺寸等；管道的保温状况、保温材料性能等。

2　支吊架的热冷态检查

在火电机组停运前后，分别需要进行热态和冷态的支吊架现场检查和测量，标记冷热态下支吊架的位置，并对存在问题的支吊架进行拍照记录，从而得到完整的支吊架状况报告。

根据规定[1]，对所属管道中的所有固定支架、限位装置、滑动支架、刚性吊架、变力弹簧支吊架、恒力弹簧吊架等的实际承载情况，位移情况，连接件可能存在的缺陷与损伤情况等进行了宏观检查。具体内容包括：

(1) 根据四道管道设计施工图，与现场的实际情况进行对比，如支吊架的位置、间距等。

(2) 检查现场安装的支吊架的型号、类型与原设计是否一致。

(3) 检查所有弹簧吊架冷热态是否都处于正常的弹性范围内工作，冷热态弹簧是否被压死，冷热态弹簧形变是否超过最大弹性极限。

(4) 检查所有恒力弹簧吊架冷热态是否都处于正常的位移范围内工作，冷热态是否被压死。

(5) 检查所有刚性吊架是否正常承载，是否安装无误，连接件是否损坏。

(6) 检查所有的滑动支架是否能滑动自如，固定支架是否能真正固定不产生位移，限位支架限位方向是否正确，限位组件是否损坏。

(7) 现场测量时采用如皮尺等测量工具测量支吊架吊杆倾斜度。

(8) 检查支吊架焊缝情况，如漏焊、欠焊、裂纹等；支吊架的横担损坏情况，有无大幅倾斜情况，管夹是否失载等。

(9) 检查吊杆螺母是否锁紧。

(10) 检查支吊架是否有损伤迹象。

(11) 记录冷、热态工况下支吊架指针的位置。

(12) 记录热态运行下是否有障碍物阻碍支吊架、管道正常位移。

(13) 冷、热态检查完毕后，对所有的支吊架的冷热态位移进行测量，并计算热位移。对比计算热位移与实际热位移的差距。对于差距大的，需要进行冷态支吊架调整。

3　管系的应力计算

电厂管道在正常的承载下受到的应力分为一次应力和二次应力：一次应力是指管道在内压、自重和其他持续外载作用下所产生的应力；二次应力是指管道在热胀冷缩或其他位移受约束时产生的应力。管道内压、管道以及保温层等自重，以及支吊架配置决定了管系一次应力水平；支吊架配置、管道运行温度等决定了管系的二次应力水平。由于运行压力和运行温度通常都是按照设计要求，在役机组的汽水管道空间布置及特性也是根据设计已经确定的。因此，从宏观角度分析，支吊架的位置、类型以及运行状态等决定了管道系统的应力水平与安全性。

在对四大管道应力情况进行计算中，采用的软件为CAESAR Ⅱ，此软件符合管道设计技术规定和管道应力计算技术规定等相关规范和标准的要求。根据火力管道应力计算规程[2]，管道在工作状态下，由持续载荷，即内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和(一次应力)必须满足式(1)的要求；管系热胀应力范围(二次应力)必须满足式(2)的要求。

(1)

(2)

式中：p为设计压力，MPa；Di为管子内径，mm；Do为管子外径，mm；MA为自重和其他持续外载作用在管子横截面上的合成力矩，N·mm；MC为按全补偿值和钢材在20 ℃时的弹性模数计算的，热胀引起的合成力矩范围，N·mm；W为管子抗弯截面系数，mm3；i为应力增加系数；σ20为钢材在20 ℃时的许用应力，MPa；σt为钢材在t时的许用应力，MPa；f为应力范围的减小系数，系数f与管道全温度周期性的交变次数N有关，本次计算f=1；σL为管道在工作状态下由内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和，MPa；σE为热胀应力范围，MPa。

各管道的支吊点间距、支吊架型号、吊点热态荷重，吊点冷态荷重和位置及管端的约束按原设计资料。对于高温再热蒸汽管道上个别支吊点实际安装位置与设计图纸不一致的，以实际安装位置为准。上述各管系分成四个独立部分建模，分别称为主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道和高压给水管道模型。计算模型中的坐标轴x、y、z方向分别为:x轴平行于汽轮机中心线；y轴垂直于水平面，向上为正方向；z轴垂直于oxy平面，锅炉指向汽轮机为正方向。

通过应力计算，可以确定支吊架三向热位移、设备连接端点推力、管系最大应力位置及应力是否超标评定，分析管道已发生改变、部分支吊架已损坏或失效、材料性能已下降等实际运行条件下管道的应力状态，评估管道运行的安全性，为支吊架的调整和改造提供基础数据。

四大管道的应力计算结果见表1～表4。

表1　主蒸汽管道最大应力计算结果　MPa

表2　再热段管道最大应力计算结果　MPa

表3　再热冷段管道最大应力计算结果　MPa

表4　主给水管道最大应力计算结果　MPa

根据四大管道应力核算结果可知，本次机组四大管道的一次应力、二次应力满足标准要求。

4　支吊架调整及热态复查

根据现场宏观视察、位移测量以及管系应力计算结果，整理出需要更换的支吊架或部件清单，提供支吊架整改施工图，确定合理正确的支吊架调整方案。

根据制定的支吊架调整方案，对需要调整的支吊架进行调整。通过调整支吊架，消除支吊架卡死、载荷偏离设计值、脱载、热态位移受限等现象，对损坏或脱落的部件进行修复或更换，保证支吊架承载和冷热位移的合理，反复核算管系热位移以及应力分布情况，确保应力分布合理以及支吊架正确承载，使支吊架恢复到正常的运行状态。

支吊架调整结束后，当机组再次运行时，需对支吊架进行一次全面的热态复查，对有问题的支吊架必需进行调整，以达到要求。编写详细的技术报告，例如包括支吊架调整前后冷热态状态参数、支吊架的调整方案措施以及调整前后管系的应力水平，并给出管道今后的跟踪计划并提出相关的建议。

5　结语

通过对汽水管道支吊架运行现状的综合分析，提出了合理、切实可行的整改方案。通过对支吊架的调整，达到了整改的预期目的。由此可见，汽水管道支吊架在运行过程中常常会受到各种外界因素的影响，应该定期进行检查和记录，以保障机组的安全运行，延长机组的使用寿命。

[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则: DL/T 616—2006[S]. 北京: 中国电力出版社, 2006.

[2] 国家能源局. 发电厂汽水管道应力计算技术规程: DL/T 5366—2014[S]. 北京: 中国电力出版社, 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

康朝阳(1988—)，男，助理工程师，主要从事金属监督、电站寿命、管道支吊架调整等工作。

E-mail: chaoyangkang@126.com

TK225

A

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