吳曉俊，宋春毅，康豫軍，衛(wèi)大為，王軍民，王必寧

(1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安7100542.華能巢湖發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 巢湖 238000)

0 前言

支吊裝置是管道系統(tǒng)的重要組成部分，起著承受管道重量、控制管道位移量和控制管道振動(dòng)的重要作用。支吊架配置(狀態(tài)、類型、位置)直接影響管系的應(yīng)力分布和大小，其性能的好壞、承載是否合理都直接影響管道的使用壽命及安全運(yùn)行。國(guó)內(nèi)發(fā)生過(guò)多起因?yàn)橹У跫軉栴}導(dǎo)致各種安全事故的發(fā)生［1－6］，值得電廠重視。

某電廠新建600 MW 機(jī)組鍋爐為HG－1900/25.4－YM7 型鍋爐，是一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行的本生(Benson)直流鍋爐。其鍋爐儲(chǔ)水箱溢流管共設(shè)計(jì)23組支吊架，10#剛性吊架(以下簡(jiǎn)稱剛吊)之上管道由鍋爐廠設(shè)計(jì)，之下管道為設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，具體吊架布置見圖1 所示。管道材質(zhì)為12Cr1MoV(設(shè)計(jì)院部分)與SA－335P12(鍋爐廠部分)，規(guī)格分別為φ325 ×40，φ324 ×50。管道設(shè)計(jì)溫度為380 ℃，調(diào)節(jié)閥前管道設(shè)計(jì)壓力29.9 MPa，調(diào)節(jié)閥后設(shè)計(jì)壓力10 MPa。

1 支吊架出現(xiàn)的問題

該機(jī)組自2008 年投運(yùn)以來(lái)，管道有四組恒力彈簧吊架(以下簡(jiǎn)稱恒吊)工作不正常。這些吊架位移指針冷、熱態(tài)均頂死至上極限位置，吊架承載不足，管道膨脹嚴(yán)重受阻，如圖2、3 所示，1、2 號(hào)機(jī)組問題相似。

圖1 管道與支吊架系統(tǒng)布置圖Fig.1 The pipe-line and pipe support and hangers

圖2 5#恒吊位移指針熱態(tài)頂死在上極限位置Fig.2 5# constant forced hanging bracket did not work well in operation

圖3 7#恒吊位移指針熱態(tài)頂死在上極限位置Fig.3 7# constant forced hanging bracket did not work well in operation

為了分析吊架工作不正常的原因，首先對(duì)恒吊外形及吊桿直徑尺寸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，將結(jié)果與恒吊選型手冊(cè)［7］數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果顯示吊架型號(hào)安裝正確。4組恒吊調(diào)整措施及調(diào)整后熱態(tài)工作情況見表1。從表中可以看出熱態(tài)運(yùn)行之后，7#恒吊位移指針依然頂死至上極限位置。鍋爐再次停爐之后，11#彈簧吊架(以下簡(jiǎn)稱彈吊)變形嚴(yán)重，如圖4 所示。10#剛吊吊桿彎曲嚴(yán)重，且4組恒吊位移指針指示情況與之前相比變化不大。通過(guò)以上調(diào)整及分析，可初步判斷出管道支吊架設(shè)計(jì)應(yīng)該存在問題。

表1 溢流管部分支吊架狀態(tài)檢查結(jié)果Tab.1 the checking results of some pipe support and hangers

圖4 11#彈吊變形嚴(yán)重Fig.4 11# hanger damaged seriously

2 應(yīng)力校核計(jì)算分析

為了查明支吊架工作異常原因，采用CAESARII 5.0 軟件對(duì)該管道進(jìn)行了應(yīng)力校核計(jì)算分析。取儲(chǔ)水箱溢流管正常運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行應(yīng)力校核計(jì)算，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為ASME B31.1 Power Piping 2007 Edition。計(jì)算所得到的支吊架荷重分配見表2。

將校核計(jì)算載荷與吊架原設(shè)計(jì)載荷進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其中7#、8#兩組立管恒吊的實(shí)際載荷超過(guò)原設(shè)計(jì)載荷一倍，吊架“重”而管道“輕”，當(dāng)管道熱態(tài)膨脹后，冷態(tài)因此不能正常“回縮”，這樣機(jī)組吊架位移指針自然就會(huì)冷熱態(tài)均在上極限位置。

表2 溢流管部分支吊架載荷校核計(jì)算結(jié)果Tab.2 The calculation results of the load of some pipe support and hangers

第一次調(diào)整是按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，使吊架冷態(tài)工作狀態(tài)均處于設(shè)計(jì)狀態(tài)，對(duì)這種情況進(jìn)行模擬計(jì)算，管道熱態(tài)載荷及位移見表3。

表3 溢流管部分支吊架校核計(jì)算結(jié)果Tab.3 The calculation results of the displacement of some pipe support and hangers

從表3 中可以看出，當(dāng)所有吊架均調(diào)整至冷態(tài)安裝位置時(shí)，10#立管剛吊在熱態(tài)時(shí)將承載向上的載荷，而此剛吊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式無(wú)法抗拒143416N 的壓力，所以造成吊桿彎曲變形，這樣9#限位支架實(shí)際熱位移將會(huì)變大，超過(guò)計(jì)算表中的92.271 mm 位移。拆開未調(diào)整過(guò)的1 號(hào)機(jī)組9#限位支架保溫進(jìn)行檢查，從圖5 可以看出該限位框架只能保證管道熱位移在130 mm 之下支架可以正常工作。此外，由于檢修期間管道里面是沒有介質(zhì)的，管道重量變輕，當(dāng)冷態(tài)簡(jiǎn)單地按設(shè)計(jì)調(diào)整后，由于吊架載荷嚴(yán)重加大，這樣調(diào)整會(huì)使管道冷位移顯著增大，管道冷態(tài)即被“上提”，加上實(shí)際熱膨脹量，熱態(tài)時(shí)該吊點(diǎn)卡塊將會(huì)全部處在生根框架之外，限位實(shí)際失效。停爐時(shí)由于管線水平方向沒有約束而發(fā)生偏離，管道不能順利地通過(guò)限位框架“回縮”，造成管道在此受到阻礙，所以恒力吊架位移指針冷態(tài)指示與熱態(tài)相比并變化不大。同時(shí)，9#之下的管道也需要“回縮”，這樣就會(huì)使11#彈吊吊桿造成擠壓，進(jìn)而變形嚴(yán)重。

圖5 9#限位支架卡塊與框架接觸高度不足Fig.5 the height of 9# restraint Contact with the frame is insufficient

3 解決措施

從以上分析可以得知，該管道吊架工作異常主要是由于支吊架載荷設(shè)計(jì)失誤引起，7#、8#兩組連續(xù)的恒吊設(shè)計(jì)載荷比實(shí)際需要大了一倍，需要重新選型更換。此外，同高壓給水管道類似，儲(chǔ)水箱溢流管本身也存在兩種工況，即為“有水”狀態(tài)和“無(wú)水”狀態(tài)。由于設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)選型時(shí)通常只考慮正常工作狀態(tài)，即“有水”狀態(tài)，所以管道在冷態(tài)時(shí)會(huì)有一定的額外的冷位移，容易脫離限位支架的約束。

由于機(jī)組停機(jī)時(shí)間較短，考慮到7#、8#兩組恒吊設(shè)計(jì)載荷相差不大，為了節(jié)約時(shí)間與更換成本，現(xiàn)場(chǎng)考慮使8#吊架實(shí)際不承載，讓7#吊架正常承載。為了驗(yàn)證這種方案是否可行，特進(jìn)行了應(yīng)力校核計(jì)算，并與理想狀態(tài)下的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表4。

表4 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)比Tab.4 the contrast result of the stress calculation

應(yīng)力校核計(jì)算結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)這種更改后管道應(yīng)力水平與原設(shè)計(jì)相差不大，能滿足管道安全運(yùn)行的需要，該方案可行。按照該方案，使8#吊架實(shí)際不承載，恢復(fù)11#彈吊，適當(dāng)調(diào)整10#剛吊載荷，將管道恢復(fù)到設(shè)計(jì)位置。此外，由于9#限位支架處管道卡塊大部分在框架之外，為確保限位支架能在管道受沖擊或者其他偶然載荷的情況下仍能有效工作，現(xiàn)場(chǎng)提高框架高度，改造框架結(jié)構(gòu)，保證管道在任何狀態(tài)下都能在框架之中。經(jīng)過(guò)此次整改，機(jī)組啟動(dòng)后，管道運(yùn)行良好，支吊架冷熱態(tài)均工作正常，保證了機(jī)組安全生產(chǎn)的需要。

4 結(jié)論建議

(1)儲(chǔ)水箱溢流管吊架工作異常問題實(shí)際為支吊架設(shè)計(jì)載荷過(guò)大問題，7#、8#兩個(gè)立管恒吊設(shè)計(jì)載荷比實(shí)際需要大一倍，導(dǎo)致管道熱態(tài)膨脹與設(shè)計(jì)不符。

(2)新建機(jī)組投運(yùn)后必須按照DL/T616—2006《火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則》的要求進(jìn)行監(jiān)察與維護(hù)。重要管道的支吊架出現(xiàn)異常情況時(shí)，由專業(yè)人員對(duì)管道系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力分析，結(jié)合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整改。

(3)儲(chǔ)水箱溢流管道閥門設(shè)置在零米處，與儲(chǔ)水箱高度落差較大，且運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際閥門前管道中均為高溫高壓蒸汽，建議設(shè)計(jì)單位將閥門挪至儲(chǔ)水箱附近平臺(tái)易于操作處，這樣可以節(jié)省大量高規(guī)格鋼材，亦能增強(qiáng)管道安全性。

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