浅析电厂热力管道支吊架问题

李 凯,周元超,刘征远

(1.国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心,郑州 450001;2.华润电力控股有限公司东南分公司,福州 350001;3.国家电投集团河南电力有限公司开封发电分公司,河南 开封 475001)

目前我国火力发电机组单机容量已经发展到1000MW或者更大容量，机组的汽水参数已经发展到超(超)临界参数，必然对安全提出更高的要求，除了应重视热力管道耐温耐压等特性外，对热力管道起到支吊和固定作用的支吊系统也应该得到足够的重视。管道支吊架包括用以承受管道荷载、限制管道位移和控制管道振动，并将荷载传递至承载结构上的各类组件或装置。支吊架包括：从下面支承管道的“支架”，其构件主要受压；从上方悬吊管道的“吊架”，其构件主要受拉。在许多情况下，支架或吊架的构件同时承受拉伸和压缩荷载。

1 概述

火力发电企业支吊架的设计、制造主要参照国家标准GB/T 17116.1-1997《管道支吊架》，该规范中规定的材料许用应力主要是参照美国标准MSS SP-58 (1993)《管道支吊架——材料、设计和制造》 (已于 2002 年对许用应力进行了修订)制定的，而GB/T 17116.1-1997《管道支吊架》尚未升版。为此，由中国电力顾问集团华东电力设计院主编的《发电厂汽水管道支吊架设计手册D-ZD2010》也是支吊架设计、制造需要遵守的重要依据。支吊架的安装、调整、维护主要参照国家电力行业标准DL/T 616-2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》[1]、DL/T 1113-2009 《火力发电厂管道支吊架验收规程》[2]等，其他一些例如DLT 5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》[3]等国家和行业规范对支吊架做出的规定也应该遵守。管道支吊架按其主要功能分为：承受管道载荷(恒力支吊架、变力弹簧支吊架、滑动支架、滚动支吊架)；限制管道位移(导向装置、限位装置、固定支架)；控制管道振动(减振装置、阻尼装置)。

支吊架部件通常分为管道连接部件(简称管部)、功能件、中间连接部件(简称连接件)和承载结构生根部件(简称根部)四类：管部是与管道或其绝热层直接相连的部件，其典型结构的型式、尺寸和荷载系列应符合国标GB/T 17116.2的规定；功能件是实现各种类型支吊架功能的部件，主要包括变力弹簧组件、恒力弹簧能件、液压阻尼器、弹簧减振器等；连接件是用以连接管部与功能件、管部与根部、功能件与根部以及自身相互连接的部件；根部是与承载结构直接相连的部件。

支吊架作为保证热力管道安全长周期运行的重要设备必须严格按照规范进行设计、制造、安装、调整和维护，但是目前部分单位的人员在该方面的理论水平不高，对该问题重视程度不够，造成电力基建施工和电力生产中支吊架存在很多问题，急需解决。

2 一般要求和规定

(1)应遵守国家、行业规范对支吊架的相关规定。本文仅就易出现问题的一部分内容进行介绍。

(2)支吊架结构设计应根据使用过程中各种工况下在结构上可能出现的满载分别进行荷载效应组合，并取其中最不利组合进行设计。

(3)用于管道支吊架制作的材料应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术要求的规定。材料应附有生产厂的材料质量证书，支吊架零部件的材料应按管道设计温度选用，钢材应根据规范要求进行正火、回火和淬火。

(4)支吊架不应用在设计以外的用途，也不应用作吊物或者安装使用。

(5)直接与管道接触的支吊架零部件，其设计温度应取管内的流体温度；管道有绝缘层的支吊架应装有鞍座或者护板，核对吊杆、吊架等部件材质的耐温特性；管部结构尺寸应保证其与支吊架其他连接部件相连接的部位裸露在管道绝热层外。

(6)支吊架应能承受管道和相关设备在可能出现的各种工况下所施加的静荷载和规定的动力荷载。支吊架零部件应按对其结构最不利的组合荷载进行选择和设计。

(7)新机组投运之前，应取得完整的管道设计和安装记录。首次升温，应及时检查管道各处位移与设计计算值的吻合程度，并做好记录。除限位装置、刚性支吊架和限位支吊架外，应保证管道系统自由膨胀。

(8)严禁利用管道作为其他重物起吊的支撑点，不得在管道和支吊架上增加设计时没有考虑的永久性和临时性载荷。

(9)在原设计管道系统上敷设新的管道，除新管道的管子横断面主型心惯性矩与原管道横断面主型心惯性矩之比小于1/20的管系外，应将新管道与原管道连在一起，重新进行应力分析，应力分析完全合格后， 方可实施改造工作。

(10)当更换安全阀、泄放阀或者动力控制阀等管道上设备时，宜采用与原设计相同型号的产品，如改变型号或排汽管道尺寸，应重新计算载荷，确定支吊架有足够的安全裕量。

3 现场典型问题

(1)现场恒力弹簧吊架花篮吊内两根吊杆的间隙太小，无法再进行吊杆长度的调节，不符合国家电力行业标准 DL/T 1113-2009 《火力发电厂管道支吊架验收规程》(以下简称《规程》)中“吊架与花篮螺母连接时应留有调节余量”的规定。如图1所示。

(2)支吊架恒力弹簧与钢梁等周边设备相碰，造成生根螺栓无法安装，不符合《规程》中“恒力支吊架安装后其周围应留有足够的空间，便于支吊架的维护和调整”的规定。例如图2中箭头1所指部位恒力弹簧与H型钢碰撞，造成箭头2所指的螺栓无法安装。

(3)管道吊杆和橫担歪斜，不符合《规程》中“恒力支吊架的吊杆在冷、 热态条件下与垂线之间夹角不应超过4°”的规定。例如图3中吊杆偏离竖直方向有10°以上，且横担偏离水平角度大于10°以上。

(4)固定吊架弧面板与管道不接触、不受力，负荷转移到其他吊架上，可能造成旁边吊架损坏，不符合《规程》中“使用聚四氟乙烯、青铜或钢对钢滑动底板的支架，其偏装值和间隙应符合设计规定”，例如图4中箭头所指方向弧面板与管道间隙太大。

(5)现场个别大型支吊架生根在H型钢梁上，但是未在型钢上焊接立筋板，存在造成型钢受力后变形、下垂的风险，不符合《规程》中“支吊架根部应有足够的刚度”的规定。例如图5中型钢已经变形，存在隐患。

(6)现场部分吊架距离管道焊缝太近，不符合国家电力行业标准 DL 5190.2-2012 《电力建设施工技术规范 第2部分》[4]的规定：受热面管子的对接焊口，不得布置在管子弯曲部位，焊口距离管子弯曲起点不小于管子直径，且不小于100mm(焊接、锻制、铸造成型管件除外)，距支吊架边缘50mm。例如图6中箭头处吊架抱箍正好在焊口上，应稍微将吊架向右侧移动。

(7)吊架的横担变形、下垂，一般由以下原因造成：横担强度不够，存在设计缺陷；未按照设计要求选用材料；长期受到管道窜动的作用造成横担疲劳变形；附近支吊架受力下降后造成此处横担受力超负荷变形等。例如图7中箭头所指位置。

(8)吊架自身存在加工偏差，造成无法按照规范进行装配。此种情况应退货，不允许自行通过加热改变尺寸，强行装配。例如图8中箭头所指位置吊夹尺寸小，现场通过加热扩大，金属经加热后可能会改变性能参数，存在断裂隐患。

(9)恒力弹簧吊架有销钉固定装置，在安装初期水压试验前一般不拔出销钉，但是在热态启动前必须拔出固定装置，使弹簧自由跟随热力膨胀。图9中箭头所指位置销钉未拔出，此时恒力弹簧吊架失去作用，相当于刚性支吊架了。

(10)变力及恒力弹簧吊架的设置是为了吸收管道热位移的，在冷态和热态对弹簧的压缩量都有一定的要求，以保证各支吊架承担规定的载荷，不允许有支吊架“压死”和“脱空”的现象。图10中恒力弹簧指针在满量程位置，出现“压死”情况。

(11)由于设计、选材或者运行中支吊架负荷转移等因素造成支吊架损坏，例如图11所示。

(12)现场存在的其他支吊架问题主要有以下几方面：

①恒力弹簧吊架主要问题：欠载；产品质量差，结构件损坏；没有载荷调整装置；设计缺陷。

②弹簧支吊架主要问题：横担偏斜；吊杆卡塞、变形。

③刚性装置主要问题：刚性吊架脱空；刚性吊杆偏斜过大、吊杆变形；限位装置变形；导向装置方向错误；固定支架固定插板未焊接或固定支架与生根基础未焊接；滑动支架脱空；限位导向装置与管道或生根基础焊口开裂等。

④阻尼器常见问题：拉撑杆变形；阻尼器漏油；阻尼器拉撑杆断裂；行程不足。

⑤管部、根部及连接件的常见问题：管部结构件开裂、管夹断裂、变形、材质不合格(高温管道)横担变形等；连接件螺帽缺失，备帽未备紧，螺纹连接量不足，吊杆偏斜、变形、断裂等；根部变形、焊接件开裂等。

4 原因分析

长期运行机组支吊架产生问题的原因主要包括：(1)长期运行后支吊架材质劣化；(2)机组运行工况变化(冲击、振动)；(3)支吊架质量本身存在缺陷；(4)恒力吊架及弹簧吊架的弹簧失效；(5)长期运行后管道支吊架连接件松动；(6)电厂检修(断管、换阀、大面积更换保温、支吊架损伤、水压试验等)；(7)发电公司管道改造；(8)人为的误操作；(9)长期运行后管道组织膨胀发生变化；(10)未按照规范要求定期检查、校验，未及时发现问题造成缺陷范围扩大。

5 结论与建议

支吊架作为设备和管道固定装置，直接关系到其安全运行，曾经有因为支吊架出现问题造成管道泄漏甚至焊口断裂的事故，必须引起重视。加强支吊架的管理应采取以下措施：(1)在基建期按照规范设计、安装支吊架，并经验收合格后投入使用；(2)支吊架的安装应按照完整的管系进行综合考虑，复测尺寸，保证一根管道上各个部位的支吊架均正常发挥作用，在首次热态启动时应详细记录支吊架位移量，与冷态尺寸进行比对，并在以后的工作中定期复测，做好记录台账；(3)发现异常的支吊架应及时联系专业人员进行调整并定期重新计算、校验支吊架；(4)在进行管道和附件改造时应按照规范要求重新核算支吊架受力情况；(5)不允许在支吊架上私自增加载荷。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.国家电力行业标准：DL/T616-2006[S].北京：中国电力出版社，2006：1-22.

[2]中华人民共和国国家能源局. 国家电力行业标准：DL/T 1113-2009[S].北京：中国电力出版社，2009：11-15.

[3]中华人民共和国国家能源局. 国家电力行业标准：DL/T 5054-2016[S].北京：中国电力出版社，2016.

[4]中华人民共和国国家能源局. 国家电力行业标准：DL 5190.2-2012[S].北京：中国电力出版社，2012：19.