某150MW机组过热器连接管位移异常分析及治理

窦　帅，刘　明，赵元元，郭雅峰

（1.内蒙古华电乌达热电有限公司，内蒙古乌海016000；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

某150MW机组过热器连接管位移异常分析及治理

窦帅1，刘明2，赵元元1，郭雅峰1

（1.内蒙古华电乌达热电有限公司，内蒙古乌海016000；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

针对某150MW循环流化床机组过热器系统中间连接管热胀位移受阻的故障，通过管道应力分析与吊点载荷计算获知原有吊架设计工作载荷过大，并导致管道二次应力局部超标，严重危及管道的安全稳定运行，最终依据管道吊点载荷计算结果进行了支吊架重新选型、更换，保证了管道的正常热胀位移，也为其他同类故障的解决提供了参考。

过热器连接管；热位移；支吊架；应力分析

0　引言

循环流化床（CFB）锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和良好综合利用的燃煤技术，由于它在煤种适应性和变负荷能力以及降低污染物排放上具有的独特优势，使其得到迅速发展。某火电厂锅炉系UG-480/13.7-M型480t/h超高压再热循环流化床锅炉，与150MW等级汽轮发电机组匹配使用。锅炉炉室为膜式水冷壁全悬吊结构；水循环采用单汽包、自然循环、单段循环系统；炉膛内设有水冷屏、过热屏与再热屏；炉膛出口有旋风分离器；尾部竖井依次布置高、低温过热器，低温再热器，省煤器和卧式空气预热器。其中过热器系统由包墙过热器、Ⅰ级（低温过热器）、Ⅱ级（屏式过热器）、Ⅲ级（高温过热器）过热器组成。

1　过热器连接管热胀位移异常介绍

其过热器各系统间通过中间连接管连通，分别对应为：包墙集箱至低过连接管、低过至屏过连接管、屏过至高过连接管，各连接管均由上一道集箱出口的两端引出，呈左右对称布置进入下一道集箱的左右对称入口，各连接管的设计参数见表1。

表1　过热器系统连接管设计参数

现场检查发现低过至屏过连接管、屏过至高过连接管上布置的均是恒力弹簧吊架，各吊架热、冷态指示均处于向上卡死状态，如图1所示。通过吊架指示可知上述连接管道的竖直向热位移为零，与设计思想严重不符。

2　管道应力计算分析

通过现场检查与设计资料核对显示该管道上各支吊架型号规格与设计文件一致，现场安装得当，因而可以基本排除制造、安装方面的原因导致该管道位移异常。参考以往管道异常位移处理的经验[1]，初步判断可能是由于吊架设计过大造成的，为准确判断管道位移异常的原因，并为故障缺陷的处理提供详细的理论依据，在此采用CAESAR II软件对低过至屏过、屏过至高过连接管进行应力分析与吊点载荷计算[2]，考虑到管道的对称布置，在此都选取炉右侧的低过至屏过、屏过至高过连接管为计算对象，计算模型图如图2、图3所示。

吊点载荷计算显示低过至屏过、屏过至高过连接管各个吊点的吊架实际工作载荷较计算载荷明显偏大，详见表2、表3，因而可以基本确认现有吊架设计载荷过大造成管道无法“拉动”吊架，从而阻碍了管道的竖直向热膨胀位移。

表2　低过至屏过连接管吊架型号参数与吊点计算载荷对比

表3　屏过至高过连接管吊架型号参数与吊点计算载荷对比

管道热膨胀受阻后必然导致二次应力[3]增大，为准确获知该过热器连接管位移异常的原因，在此以实际安装状态（按照吊架实际规格给定所有恒力吊架载荷）为工况一，理论计算状态（软件自动选配恒力吊架载荷）为工况二，对比两种工况在设计运行状态下的一、二次应力值，计算结果对比情况见表4。

表4　管道应力计算结果对比MPa

计算结果显示工况一较工况二的一次应力不变、二次应力显著提高，其中低过至屏过连接管的二次应力甚至略微超过了许用值，将产生巨大的安全隐患。与此同时管道热膨胀受阻还会导致端口推力/推力矩增大，也不利于内部集箱的安全稳定运行[4]。

3　处理方案及结果

通过上述计算分析结果可知，膨胀受阻将严重危害管道的正常安全运行，因此必须进行彻底有效地处理。考虑经济性以及方便施工的因素，在此不改变原有吊点位置、不更换管夹部件，依据管道应力分析所得的吊点载荷值，同时考虑吊架管部附件重量[5]，进行恒力吊架的重新选型，更换后吊架型号[6]见表5、表6。

在机组重启稳定后，对上述低过至屏过、屏过至高过连接管的热位移情况进行了持续检查记录，其中机组负荷在140MW左右时各吊点的竖直向热位移见表7。检查结果显示更换吊架后各连接管道恢复了正常热位移状态，管道热胀受阻问题得到有效解决。

表5　低过至屏过连接管更换吊架型号

表6　屏过至高过连接管更换吊架型号

表7　更换吊架后各吊点竖直向热位移与理论计算热位移对比

4　结语

管道支吊架是管道的承载部件，支吊架的总工作载荷应与管道重量（包含内部介质、保温层、管夹部件重量）相匹配，支吊架总载荷过大或过小都将影响管道的正常位移，不利于管道的安全稳定运行。

与此同时支吊架的位移指示也是记录管道位移状况的一种重要手段，在日常运行中应加强管道支吊架的检查记录，及早发现管道异常位移情况，及时消除安全隐患。

[1]刘明，张毓琳.某300MW机组高压给水管道热位移异常原因分析及处理[J].发电与空调，2016，37(1)：55-57．

[2]苍璠，王慧文，于欣.利用CEASERⅡ对锅炉过热器连接管进行应力分析[J].锅炉制造，2005，(4)：47-48．

[3]唐永进.压力管道应力分析[M].北京：中国石化出版社，2012．

[4]郭延军，陈跃光.支吊架失效与电厂蒸汽管道安全分析[J].电力设备，2007，8(4)：62-64．

[5]马东方，黎荣锐，刘永成.支吊架附重对管系应力的影响分析[J].锅炉制造.2010，(5)：35-37．

[6]NB/T 47038-2013.恒力弹簧支吊架[S].北京：新华出版社，2014．

Analysis and Treatment of Abnormal Displacement of Superheater Connecting Pipe for a 150MW Unit

DOU Shuai1，LIU Ming2，ZHAO Yuan-yuan1，GUO Ya-feng1
（1．Inner Mongolia Huadian Wuda thermoelectric Co.，Ltd，Wuhai 016000，China；2．Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

For a 150MW CFB power plantsuperheater system connecting pipe at the center of the blocked thermal expansion displacement of fault,through the pipeline stress analysis and lifting point load calculation informed the original hanger design work load is too large,and lead to secondary stress ofpipeline localstandard,a serious threat to the safe and stable operation ofthe pipeline,finally according to the pipe lifting point load calculation results of the supportand hanger re selection,replacement,ensure the normalpipeline thermalexpansion displacement,butalso provides a reference forsolving other similar faults.

superheater connecting pipe；thermal displacement；supports；stress analysis

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.015

TK223.3+2

B

2095-3429（2016）05-0060-03

窦帅（1985-），男，内蒙古巴彦淖尔人，学士，助理工程师，主要从事电厂锅炉的检修管理工作；刘明（1985-），男，安徽宣城人，工学硕士，工程师，主要从事管道应力计算分析、管道振动分析与治理及支吊架优化调整工作。

2016-06-27

2016-08-09