电站锅炉蒸汽管道及支吊架安全状态检查方法

林庆宇，谭凯芬，黄庆华，张 琳，刘 彬，蓝 焱，谭雄健

（广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530200）

0 引言

发生于2016 年的当阳“8.11”重大高压蒸汽管道裂爆事故导致22 人死亡4 人重伤，直接经济损失达2000 多万元，其惨痛教训仍历历在目，电站锅炉蒸汽管道大多属于高温高压管道，其膨胀量大、安全性和可靠性要求高，一旦发生事故，造成的损失和社会影响极其严重。

管道系统安全性能主要取决于运行状态、管道材质以及受力状态，运行状态是由工作要求来决定的[1]，管道材质由制造、安装质量及运行状态决定[2，3]，而受力状态则主要取决于管道布置及沿程支吊装置的设置。支吊架失效会增加管道应力、降低管道寿命，影响管道及设备的安全运行，增加管道振动的危险性[4-6]。因此，管道及支吊架的安全状态正常与否将直接影响蒸汽管系应力水平的高低和长期安全运行，而这往往是安装单位在管道、支吊架安装过程以及使用单位在日常运行及维护管理中最易于忽视的。无论是新建机组还是运行若干年的老机组，当发现管道及支吊架存在问题时，都需要先对对整个蒸汽管道系统进行安全状态检查，然后根据检查结果对管系进行安全状态评估及应力分析，再进一步制定调整方案，使其达到或接近设计状态。

根据“锅规”要求，电站锅炉监督检验及定期检验均需要对管道及支吊架进行检验。但“锅规”并未对检验方法及要点进行详细要求，本文从资料收集与审查、现场检查及测量、各阶段检查重点等方面系统地介绍了电站锅炉检验过程中蒸汽管道及支吊架安全状态检查方法与重点，为检验人员开展电站锅炉蒸汽管道及支吊架检验提供入门指导，为进一步制定针对性检验方案提供参考，同时，还能为进一步对管系进行安全状态评估、应力计算分析及制定支吊架调整方案打下坚实基础，也能为同类压力管道设计、安装及使用单位的相关技术管理工作提供借鉴。

1 检查工作流程

根据相关标准[7-9]要求及文献[1，10]经验总结，电站锅炉蒸汽管道及支吊架安全状态检查主要工作流程包括管道资料收集与审查、现场检查及现场测量，具体如图1 所示。

图1 检查工作流程

2 管道资料的收集与审查

2.1 管道及支吊架资料收集

管道及支吊架资料主要包括：设计资料、安装资料、设备厂家资料、运行及检修资料等，具体如下：

2.1.1 设计资料

（1）管道和支吊架设计图纸（包含：系统流程图、安装图及设计修改通知单）。

（2）标记支吊架型式及位置、焊缝位置、管段尺寸、管道坡度的立体图（或者工厂配管图）。

（3）管道应力计算原始数据（包括：管道材料、规格、单位重量、端点附加位移，计算压力、计算温度、环境温度及相应条件下的许用应力、弹性模量、线膨胀系数等）、应力计算成果表（包括：冷态、热态、水压试验、偶然荷载、风载或地震工况下的应力安全判别、端点作用力和力矩表）、支吊架一览表（含冷、热态位移）。

（4）管道技术条件、管道明细表。

2.1.2 安装资料

（1）安装修改的内容记录及详图，施工移交时的验收资料。

（2）记录焊口位置、支吊架实际安装情况的安装资料。

（3）安装时实际采用的保温结构和保温材料的容重。

（4）管道的焊接工艺和施焊记录以及焊接检验记录。

2.1.3 设备厂家资料

管道与设备连接处设备生产厂家提供的允许推力和力矩。

2.1.4 运行及检修资料

（1）机组投运后管道系统（包括管子、管件、阀件、支吊架和各种附件等）的改造、修理和调整资料。

（2）管道运行参数和波动情况资料。

2.2 资料审查与分析

资料审查与分析的主要工作如下：

（1）对原设计资料进行审核，建立管系应力分析计算模型，进行设计校核，核算最大应力分布、设备端点推力及推力矩、支吊架荷载及位移值，绘制管道单线图供检查使用。

（2）审查支吊架历次检验、更换及调整资料，其他对管道应力有影响的管道改造、修理等资料也应审查。

（3）审查管道实际运行参数（温度、压力）及其波动情况是否符合设计要求。

3 管道及支吊架现场检查

管道及支吊架检查可及时发现其安全隐患，避免管道和支吊架缺陷扩展。管道及支吊架检查一般分为停机状态下的冷态检查和运行状态下的热态检查，将支吊架整体状态、冷、热态位移等信息进行记录。检查主要依据管道和支吊架设计资料。对于在役机组，还需要参考管道及支吊架历次检验、更换、调整、改造及修理等资料。检查所用到的工具一般有：望远镜、相机、激光测距仪及刻度尺等。

3.1 支吊架类型简介

管道支吊架按其功能可分为三大类，每种类型按用途又可分为若干种型式，具体如表1 所示。

表1 支吊架分类及类型

3.2 管道及支吊架检查内容

3.2.1 管系整体检查

（1）检查管系端口处膨胀情况是否与设计相符，膨胀异常时检查端口是否有受损现象。

（2）检查管道安装情况是否与设计相符，包括管道安装位置及管段长度；其热膨胀位移量是否与设计相符，膨胀是否受相邻建筑物、设备或构件的限制，除了装设限位装置、刚性支吊架、固定支架的部位外，管道不能膨胀受阻。

（3）检查管道是否受过异常冲击荷载或剧烈振动，如造成焊接接头开裂、螺栓松动、零部件变形及损坏等；管道保温是否完好。

（4）检查支吊架安装情况是否与设计相符，包括支吊架安装位置、总数量、支吊架类型和型号、支吊架结构、支吊架偏装情况；检查支吊架锁紧螺母是否锁紧；检查承载结构焊缝是否开裂；对于高温蒸汽管道还应检查支吊架管部合金材质的复验情况，必要时进行现场抽查；管道支吊点的定位与设计的偏差值不应超过20 mm[7]。

（5）检查支吊架是否存在变形或劣化的迹象，如表面变形和腐蚀等；是否有阻碍机构正常位移的外部障碍。

3.2.2 支吊架功能件检查

（1）变力弹簧支吊架：锁定装置是否去除，是否过度压缩、失载、卡死；弹簧是否偏斜、折断；行程有无卡涩；弹簧盒内有无锈渣或其他杂物。

（2）恒力弹簧支吊架：锁定装置是否去除，位移指针是否缺失；位移指针是否越限，在行程范围两端是否有余量；固定销轴是否干涉回转框架。

（3）刚性吊架、滑动支架、导向支架、固定支架和限位装置：工作面应平整，无卡涩或脱空现象；主要受力焊缝是否有裂纹，是否存在破坏现象；刚性吊架是否受力正常，无失载；固定支架是否牢固可靠，螺栓松脱。

（4）阻尼器、减振器：阻尼器的油系统与位移行程是否正常，是否漏油；减振器结构是否完好。

3.2.3 支吊架连接件检查

（1）检查支吊架吊杆是否扭曲、弯曲变形；刚性吊架、弹簧吊架吊杆与垂线之间夹角应分别不超过3°、4°[7]。

（2）检查吊杆螺纹是否至少高出花篮螺母螺孔内端面15 mm[8]。

3.2.4 支吊架根部检查

（1）检查根部辅助钢结构是否有明显变形；支吊架根部混凝土结构（支墩）是否有裂缝、损坏。

（2）检查连接的基板与设计是否相符。

3.2.5 支吊架管部检查

（1）检查管夹、管卡或支座是否与管道正确连接；横担是否倾斜严重；零部件是否有明显变形、松动或脱落情况。

（2）防反冲刚性吊架横担与管托之间不得焊接，热态间距符合设计要求。

（3）检查滑动支架、导向支架和限位装置管部是否越限；带聚四氟乙烯板的滑动支架或导向装置，应检查其管部的滑动底板在冷、热态是否均覆盖聚四氟乙烯板；导向装置、限位装置是否对管道管部产生超出设计范围的约束。

3.3 典型缺陷实例

典型缺陷实例如图2～6 所示。

图2 管道移位、弹簧支架脱空

图3 管部与平台扶梯干涉

图4 吊杆倾斜超标

图5 变力弹簧支吊架销钉未拔

图6 恒力弹簧支吊架指针位于下极限

4 管道及支吊架现场测量

对于存在管道膨胀异常、支吊架受力异常、安装位置与设计不符等情况的蒸汽管系，需要根据检查情况综合判断，查找原因，必要时需对管道及支吊架相应参数进行详细测量，以便对管系实际应力情况进行建模分析，主要有以下几个方面：

（1）管道端口膨胀情况与设计不符时，应测量端口冷、热态位置，得到端口的移位及膨胀量情况。

（2）管道或支吊架安装位置、管段长度与设计不符时，应测量管道、支吊架的具体位置。

（3）管道在支吊架点处出现明显下沉或抬升，现场检查无其他阻碍管道正常膨胀的建筑物或构件，同时管道、支吊架安装符合设计要求时，应先检查阀门、法兰、三通等管件的重量以及测量管道的实际厚度、保温材料的实际密度和厚度是否与设计相符，如果符合设计要求，考虑该情况可能是由支吊架性能异常引起，需要对支吊架进行性能试验，测量其荷载性能。另外，也需要测量管道的下沉量或抬升量。

5 各阶段检查重点

蒸汽管道及支吊架的设计、制造、安装、运行、改造、修理等阶段均会产生影响其安全性能的缺陷，针对各阶段自身特点，结合以往检验经验，列举相应检查重点如下：

设计阶段，重点检查管道及支吊架设计的合理性和安全性。常见缺陷有：管系整体走向设计、支吊点的位置设置、支吊架连接件选型不合理，支吊架设计荷载或位移与实际情况相差较大，支吊架类型选用错误。

制造阶段，重点检查管道出厂参数、支吊架性能数据与设计选型的相符性。常见缺陷有：恒力弹簧支吊架荷载恒定度、荷载偏差度或变力弹簧支吊架荷载偏差度严重偏离设计值，管道壁厚偏差过大造成支吊架荷载偏大或不足。

安装阶段，重点检查安装情况与设计是否一致。常见缺陷有：支吊架偏装错误，支吊架错装、漏装，支吊架锁紧螺母未安装或锁紧，水压试验后支吊架锁定装置未解除，管道、支吊架安装未考虑热位移影响导致其与相邻平台或建筑物干涉，合金材质零部件错用。

运行阶段，重点检查支吊架是否受力正常，支吊点或端口实际膨胀方向和膨胀量与设计是否基本一致。常见缺陷有：管道异常下沉、抬起或振动，吊杆偏斜超标、支架脱空、阻尼器渗漏油、恒力弹簧支吊架指针接近或超出极限位置、变力弹簧支吊架失载或过载。

改造、修理阶段，重点检查管道、支吊架更换或改造对管系受力的影响。常见缺陷有：所更换阀门或管件与原件重量相差过大导致管系局部受力改变、支吊架状态异常，支吊架更换后未将弹簧荷载或管道位置恢复至合理状态，管系增加支路管道（如机组供热改造）后未进行整体受力分析导致管系受力异常。

6 结语

电站锅炉蒸汽管道及支吊架是一个完整而细致的系统，本文从资料收集与审查、现场检查及测量等方面介绍了其检验过程中的安全状态检查方法及重点，根据该方法能系统全面地检查管道及支吊架存在的安全隐患，为进一步对管系进行安全状态评估、应力计算分析及制定调整方案打下坚实基础。同时，也能为同类压力管道安装及使用单位的相关技术管理工作提供借鉴。