陸春燕

攀鋼發(fā)電廠 四川攀枝花市

一、支吊架檢驗調(diào)整的必要性

電廠汽水管道支吊架的作用是承受管道重力、承受偶然的沖擊載荷和控制管道在工作狀態(tài)下的位移和振動。隨著機組運行時間的累積，管系支吊架狀態(tài)會出現(xiàn)變化，一旦支吊架部分或全部喪失其功能，管道承載和約束條件將發(fā)生變化，管道位移和應(yīng)力分布將偏離設(shè)計狀態(tài)，使管道壓力峰值增高，局部可能會超過管材許用應(yīng)力，加快管道高應(yīng)力蠕變損傷，縮短管道應(yīng)有壽命，造成較大經(jīng)濟損失。另外管道振動可能會由于管道約束條件的變化而加劇，管道端點對設(shè)備的推力也會增大，這些都會危及機組的安全運行。

攀鋼發(fā)電廠2#機組于1993年投入運行以來，已運行11萬余小時，配套的主蒸汽、主給水等汽水管道最高工作溫度達540℃，最高工作壓力達17.6MPa，屬高溫高壓工作狀態(tài)，在持續(xù)載荷、內(nèi)壓、自重工作溫度、工作壓力的波動或沖擊等載荷的作用下，導(dǎo)致管道支吊點產(chǎn)生位移變化，使支吊點的載荷及約束偏離設(shè)計要求，而使支吊架失效，隨管道運行時間推移，上述變化不斷積累，產(chǎn)生支吊架欠載或過載，使管道的局部應(yīng)力增加，某節(jié)點應(yīng)力增高且超過管材許用應(yīng)力，將加速管道的損傷，甚至出現(xiàn)爆管等安全事故的發(fā)生，因此必須通過對支吊架的調(diào)整來改善管道的應(yīng)力水平，延長管道壽命，達到安全運行的目的。

近年來，火力發(fā)電廠汽水管道泄漏或爆裂事件時有發(fā)生，對電廠的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅，各級部門對管道支吊架調(diào)整及管道振動的治理工作越來越重視，電力行業(yè)標準《火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則》、《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》等，對開展汽水管道支吊架的技術(shù)管理工作做了詳細的規(guī)定，并要求每次機組大修必須對支吊架進行檢驗和調(diào)整。因此，攀鋼發(fā)電廠決定利用機組大修停機的機會，對2#機組主蒸汽管道、主給水管道、高加熱疏水管道、門桿漏氣管道、3段抽氣管道、軸封送氣管道的支吊架共計126支，逐一進行檢驗和調(diào)整。

二、汽水管道支吊架檢驗內(nèi)容及檢驗情況

1.管道支吊架技術(shù)資料審查

資料審查為汽水管道支吊架檢驗和調(diào)整的必要前期準備工作。收集受檢與調(diào)整管道設(shè)計、安裝、維修和運行資料等。并對主蒸汽管道和主給水管道原始數(shù)據(jù)、管系應(yīng)力計算與設(shè)計計算書進行復(fù)核，對施工圖上支吊點、支吊架類型、彈簧號及壓縮值、冷/熱位移和載荷與設(shè)計計算書進行核對。對高加疏水管道、軸封蒸汽管道、門桿漏氣管道和汽機回熱抽氣管道等及支吊架的現(xiàn)場實際安裝情況與安裝圖核對。

實際復(fù)核發(fā)現(xiàn)，汽機本體主蒸汽管道支吊架實際比設(shè)計少3支，其余復(fù)核與設(shè)計圖一致。

2.管道及支吊架熱態(tài)/冷態(tài)檢驗

（1）熱態(tài)（運行狀態(tài)下）檢驗內(nèi)容及方法。管道變形、泄漏點等檢查。沿管道全長檢測檢查管道有無異常變形、下沉等現(xiàn)象。檢查管道有無泄漏點，重點檢查與固定設(shè)備首個連接點、支吊架部位和管道位移超標部位。檢測保溫層完好情況。

管道膨脹、振動檢查。除限位裝置、固定支架、剛性支吊架部位外管道應(yīng)處于自由膨脹狀態(tài)外，重點檢查易發(fā)生管道和支吊架膨脹受阻部位，如管道穿墻、與管道相鄰的固定物部位等。檢查管道有無明顯振動、晃動，有無汽錘、水錘現(xiàn)象。重點檢查汽水兩相流管道。

檢測主蒸汽、主給水等13條管道3向熱位移值。對于單剛性、單彈簧支吊架、恒力支吊架，采用2個水平磁力器分別固定在剛性支吊架最上方和最下方（磁力器的固定點也是冷態(tài)檢驗和熱態(tài)復(fù)檢的基準點，并做好標記），并用線錘從上至下，兩者之間的刻度值差（上值減下值）就是橫向位移值；水平磁力器同時旋轉(zhuǎn)90°，測的數(shù)據(jù)就是徑向位移值；彈簧值就是軸向位移值。

對于雙剛性、雙彈簧支吊架，采用兩把1m厚鋼尺分別用磁力座固定在支吊架最上、下方，并分別確定上、下中心點，用線錘從上方中心點至下，差值就是橫向位移值；測徑向位移值與測單彈簧支吊架的徑向位移值方法一樣；彈簧值就是軸向位移值。

檢查彈簧支吊架有無超載、欠載、超限現(xiàn)象，彈簧規(guī)格型是否符合要求，彈簧有無卡死、壓死、裂紋、銹蝕等現(xiàn)象。吊桿有無異常偏斜、扭曲變形、裂紋等現(xiàn)象。檢查其余支吊架有無脫空、阻塞及不正常位移變形等現(xiàn)象。

檢查所有支吊架的根部、管部和連接件及焊接連接部位有無異常變形、裂紋、嚴重銹蝕等缺陷。

記錄在熱態(tài)對支吊架位移進行逐一測量的原始數(shù)值以及變力彈簧的載荷、運行過程中妨礙管道及支吊架位移的任何障礙及各支吊架存在的問題，并進行缺陷狀態(tài)的拍照攝像記錄。

（2）冷態(tài)（停機狀態(tài)下管道壁溫接近環(huán)境溫度）檢驗內(nèi)容及方法。對熱態(tài)檢驗檢出的管道泄漏點撤除保溫層進行檢測，進一步摸清泄漏缺陷性質(zhì)及形態(tài)。抽測管道壁厚計算腐蝕裕度，確定管道使用狀況。

檢測主蒸汽、主給水等13條管道3向冷態(tài)位移值。借助熱態(tài)檢驗的各基準點用同樣方法進行檢驗。對安裝有3向位移器的點直接測量記錄數(shù)據(jù)，并與熱態(tài)檢測記錄數(shù)據(jù)相比較。

進一步檢查彈簧支吊架的異常缺陷，檢查彈簧有無壓死、壓扁、斷裂、嚴重腐蝕等現(xiàn)象。對管道根部、管部、連接件等鋼構(gòu)異常變形部位處采用表面探傷方法。檢驗方法：采用磁粉和滲透進行探傷，用超聲波測厚儀對管道進行測厚檢測。

記錄在冷態(tài)時對支吊架位移進行逐一測量的原始數(shù)值以及變力彈簧的載荷、運行過程中妨礙管道及支吊架位移的任何障礙及各支吊架存在的問題，并與熱態(tài)檢測記錄數(shù)據(jù)相比較，進行缺陷狀態(tài)的拍照攝像記錄。

（3）根據(jù)管系支吊架冷/熱態(tài)檢驗結(jié)果，確定需調(diào)整和改造的支吊架數(shù)。現(xiàn)場分別在熱態(tài)和冷態(tài)工況條件下檢驗支吊架126支，包括變力彈簧支吊架、恒力彈簧支吊架、剛性支吊架、減震支吊架、導(dǎo)向支吊架、限位支吊架；經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有53支支吊架存在不同的問題，歸納為：①甲、乙側(cè)主蒸汽管道整體下沉，使支吊架出現(xiàn)欠載或過載和失載現(xiàn)象，體現(xiàn)在彈簧壓死、脫空，位移過大，指示器卡死在極限位置或支吊架未承受到管道的重量。原因是機組運行時間長、啟停次數(shù)多、保溫層重變化、檢修等原因累積造成；②變力彈簧支吊架的彈簧失效。由于彈簧疲勞失效、性能偏差、積灰腐蝕等而失去操作性能；③變力彈簧支吊架鎖定，鎖銷未拔出，即對汽水管道進行水壓試驗后鎖銷未及時拔出而影響管道載荷分布；④剛性支吊架卡澀或脫空。剛性支吊架是限制管道沿某一方向（通常為垂直方向）的位移，由于積灰、銹蝕、變形或錯誤施工等原因，滑動（導(dǎo)向）支吊架由于卡澀而使管道不能移動，或者由于滑動付之間脫離而懸空；⑤剛性支吊架吊點兩邊受力不均造成吊桿松弛變形；⑥支吊架固定支座的螺栓松動，由于反復(fù)啟停和長期運行所致；⑦恒力變力彈簧支吊架過載或欠載，體現(xiàn)在彈簧壓死、脫空，位移過大，指示器卡死在極限位置或支吊架未承受到管道的重量。⑧管道振動幅度大。原因是支架設(shè)計不合理，布置不均勻，懸空端吊架間距太大。⑨支吊架根部鋼構(gòu)連接焊縫存在裂紋。各管系問題支吊架統(tǒng)計見表1。

表1 2#機組管道支吊架冷/熱態(tài)檢查結(jié)果統(tǒng)計表

三、汽水管道主要管系應(yīng)力計算

調(diào)整支吊架的目的是為了保證管道的應(yīng)力水平不超過管道材料的許用應(yīng)力。鑒于目前管線結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化，部分支吊架已損壞或失效或性能已發(fā)生大的改變、材料性能已下降等實際運行狀況，對主要管系進行應(yīng)力校核計算。管道在工作狀態(tài)下，由內(nèi)壓產(chǎn)生的計算應(yīng)力應(yīng)滿足式（1）條件。

式中 σeq——內(nèi)壓折算應(yīng)力，MPa

P——管道設(shè)計壓力，MPa

D0——管道外徑，mm

Y——鋼材應(yīng)力加強系數(shù)

S——管道壁厚，mm

α——熱膨脹系數(shù)

η——應(yīng)力修正系數(shù)

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa

管道在持續(xù)載荷下的應(yīng)力驗算（一次應(yīng)力計算）式（2）。

式中 σL——管道在內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和，MPa

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa

其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和，管道在偶然載荷作用時的應(yīng)力驗算（一次應(yīng)力計算），即管道在工作狀態(tài)下，受到內(nèi)壓、自重、其他持續(xù)載荷和偶然載荷產(chǎn)生的應(yīng)力之和應(yīng)滿足式（3）條件。

式中P——管道設(shè)計壓力，MPa

Do——管道外徑，mm

Di——管道內(nèi)徑，mm

MA——自重和其他持續(xù)外載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm

MB——安全閥或釋放閥的反座推力、管道內(nèi)流量和壓力的瞬時變化及地震等產(chǎn)生的偶然荷載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm

W——管子截面抗彎矩，mm3

K——鋼材應(yīng)力加強系數(shù)

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa管系熱脹應(yīng)力范圍的應(yīng)力驗算（二次應(yīng)力計算）見式（4）。

式中 σE——熱脹應(yīng)力范圍，MPa

f——應(yīng)力范圍的減小系數(shù)

[σ]20——鋼材20℃時基本許用應(yīng)力，MPa

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa

實際計算中采用專業(yè)管道分析軟件（高溫管道應(yīng)力分析軟件）“CAESAR II”，建立分析模型，將管道劃分為若干單元，這些單元在節(jié)點處相互連接，輸入計算數(shù)據(jù)：①性能管件材料，含許用應(yīng)力、線脹系數(shù)；②運行工況，如運行溫度、壓力其波動范圍、包括各吊點的熱位移值；③各種管道口徑的幾何尺寸，如管道規(guī)格、壁厚；④管道的保溫狀況等。

經(jīng)計算和分析，判定2#機組主蒸汽管道、主給水管道滿足各項狀況下的許用應(yīng)力，即符合要求并有一定的余量。

四、制定管道支吊架調(diào)整方案

根據(jù)管系應(yīng)力分析計算結(jié)果和冷/熱態(tài)檢驗記錄數(shù)據(jù)結(jié)果，制定管道支吊架調(diào)整方案，并在冷態(tài)條件下對需調(diào)整或增加的支吊架進行施工調(diào)整和改造。

1.方案制定

調(diào)整從鍋爐爐機向下，汽機端或給水泵向上，到中間除氧層的支吊架結(jié)束。對于并行的布置的吊架則兩側(cè)同時對稱進行。對異常管道支吊架進行調(diào)整，該擰緊和擰松、焊接的都要符合調(diào)整要求（吊管道時必須有工裝來保護管道）。所有支撐架、墊塊對管道要起到受力作用，穿墻管道要求不受外力作用，對失效和嚴重銹蝕的剛性支吊架和彈簧必須更換。結(jié)合機組大修，實際對2#機組汽水管道支吊架進行調(diào)整和改造。

2.2 #機組汽水管道支吊架調(diào)整和改造

（1）對甲、乙側(cè)主蒸汽管道整體下沉，使支吊架出現(xiàn)欠載或過載現(xiàn)象，因此在輸送平臺用手動葫蘆分別提升甲、乙側(cè)管道各30mm，見圖 1、圖 2 和圖 3、圖 4。

圖1 甲側(cè)主蒸汽管調(diào)整前的照片

圖2 甲側(cè)主蒸汽管調(diào)照片整后的

（2）彈簧過載、欠載和失載的支吊架進行調(diào)整，使其處于設(shè)計狀態(tài)，如圖5、圖6等。

（3）對彈簧失效的支吊架，更換支吊架或彈簧。

（4）對剛性支吊架卡澀或脫空的，找出受阻、脫空原因，恢復(fù)到設(shè)計狀態(tài)。

（5）對變形的剛性吊架進行校直處理或更換。

圖3 乙側(cè)主蒸汽管調(diào)整前標示位置的照片

圖4 乙側(cè)主蒸汽管調(diào)整后標示位置的照片

圖5 8號吊架調(diào)整前熱態(tài)的照片

圖6 8號吊架調(diào)整后的照片

（6）支吊架固定支座的螺栓松動或抱箍槍支的，對其進行緊固處理。

（7）對位移指示不正確的恒力吊架進行重新調(diào)整。

（8）支吊架根部鋼構(gòu)各連接焊縫進行磁粉探傷，對存在裂紋進行打磨處理或補焊。

（9）對設(shè)計布置不合理的吊架，加裝減振器進行優(yōu)化。例如汽機本體主蒸汽管道，在4號與10號彈簧支吊架之間增加的滑動支架，見圖7。

通過對管道支吊架進行的上述調(diào)整，更換修理失效彈簧等部件，使2#機支吊架達到了設(shè)計要求。

五、熱態(tài)復(fù)檢與調(diào)整

機組啟動，蒸汽參數(shù)達到額定值72h后，對管道支吊架再次進行一次熱態(tài)的全面復(fù)查，檢測熱位移值調(diào)整后是否符合要求，并根據(jù)運行狀況對支吊架進行必要的微調(diào)，按相關(guān)標準對管道支吊架調(diào)整工程進行驗收。使各管系支吊架恢復(fù)正常工作狀態(tài)，完全達到了調(diào)整工作的目的和要求。

圖7 增加的滑動支架

六、結(jié)束語

管道支吊架是火力發(fā)電廠管道系統(tǒng)非常重要的組成部分，它的好壞直接影響到管道及相關(guān)設(shè)備的安全可靠性。因此應(yīng)積極重視開展對支吊架的定期檢驗工作，相互學(xué)習和借鑒同行業(yè)管理和實踐經(jīng)驗，消除汽水管道運行中的不安全隱患，防止由于管道支吊原因而導(dǎo)致的壓力管道爆裂事故的發(fā)生。