楊 梅， 鄭世才

(1.重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 400044；2.四川省電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610072)

目前國內(nèi)使用的《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)》是1977年由華東院主編的，簡稱六道支吊架手冊(cè)；使用的《汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)》是1983年由西北電力設(shè)計(jì)院主編的，簡稱汽水管道支吊架手冊(cè)。由于編寫年代較久遠(yuǎn)，手冊(cè)中普通碳鋼部件的選用材質(zhì)牌號(hào)，允許使用溫度，部件最大允許荷載等都存在一些問題，應(yīng)該進(jìn)行修改。

本文將使用到以下設(shè)計(jì)規(guī)范GB17116.1～3－1997 (《管道支吊架》)，GB700－2006(《碳素結(jié)構(gòu)鋼》)，GB150－1998(《鋼制壓力容器》)，DL/T5121－2000(《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法，簡稱六道設(shè)規(guī))，GB50017－2003(《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》)，GB1591－2008(《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》)，DL/T5059－1996(《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，簡稱管規(guī))。

1 規(guī)范的相關(guān)說明

本文規(guī)范中提及的支吊架承受荷載是指其動(dòng)荷載。

根據(jù)GB/T17116.1－1997(《管道支吊架》)，GB50017－2003(《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》)和DL/T5121－2000(《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法)中規(guī)定，支吊架零部件不應(yīng)采用沸騰鋼(如Q235－A.F)，鋼材應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，常溫下不帶沖擊韌性。

GB700－2006(《碳素結(jié)構(gòu)鋼》)和GB1591－2008(《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》)中規(guī)定Q235－A和Q345－A均不做沖擊韌性。

DL/T5121－2000(《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法)中附錄表C1所列鋼材許用應(yīng)力與GB150－1998(《鋼制壓力容器》)中相同。

根據(jù)DL/T5121－2000(《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法)中的規(guī)定，鋼材許用剪切力應(yīng)等于抗拉許用力的0.6倍，角焊縫的有效高度是0.7倍的焊縫高度，焊縫的有效長度為焊縫長度減去10 mm。

2 六道和汽水管道支吊架材料許用應(yīng)力及修改

2.1 火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)(1977年)

2.1.1 材料選用

規(guī)范規(guī)定支吊架根部和連接件全部選用Q235－A.F或Q235－A(彈簧、球面和錐面墊圈等除外)，對(duì)于支吊架根部，當(dāng)冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度t≤－30℃時(shí)，選用Q235－A，當(dāng)溫度t＞－30℃時(shí)選用Q235－A.F。對(duì)于支吊架管部，當(dāng)介質(zhì)溫度t≤250℃時(shí)選用Q235－A.F，當(dāng)介質(zhì)溫度250℃＜t≤400℃時(shí)，選用Q235－A。

上述規(guī)定與DL/T5121－2000(《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法)的有關(guān)規(guī)定不相符合。根據(jù)DL/T5121－2000規(guī)定，應(yīng)采用Q235－B作為連接件和根部。當(dāng)介質(zhì)溫度t＜350℃時(shí)，管部采用Q235－B；當(dāng)介質(zhì)溫度350℃≤t≤400℃時(shí)，管部選用Q235－B/Q345－C/鋼20(該溫度只有當(dāng)煤粉爐燃用高水份褐煤或無煙煤才會(huì)出現(xiàn))；緊固件按DL/T5121－2000中表5.2.6選用。當(dāng)冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度t≤－20℃，除在保溫層之內(nèi)支吊架部分，其余全部選用Q235－D。

2.1.2 鋼材許用應(yīng)力

六道支吊架選用鋼材(Q235－A.F、Q235－A)許用應(yīng)力(未乘以0.9)與六道設(shè)規(guī)應(yīng)選用鋼材(Q235－B、C)的許用應(yīng)力(已乘以0.9)有一定差距，見表1。

通過表1中許用應(yīng)力的對(duì)比可見，六道支吊架的許用應(yīng)力大于六道設(shè)規(guī)的許用應(yīng)力，六道設(shè)規(guī)的應(yīng)力取值更加保守安全，應(yīng)該使用六道設(shè)規(guī)的許用應(yīng)力值。

表1 煙風(fēng)道支吊架鋼材許用應(yīng)力 單位：MPa

2.2 汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)(1983年)

2.1.1 鋼材選用

本規(guī)范中支吊架根部和連接件(彈簧、球面和錐面墊圈、墊圈等除外)全部選用Q235－A。當(dāng)介質(zhì)溫度t≤300℃時(shí)管部選用Q235－A(固定支架選用20鋼或st45.8)；當(dāng)介質(zhì)溫度300℃＜t≤450℃時(shí)選用20號(hào)鋼；當(dāng)介質(zhì)溫度t＞450℃時(shí)選用12Gr1MoV(緊固件除外)。

根據(jù)GB/T17116.1－1997(《管道支吊架》)中規(guī)定，管道支吊架中原選用Q235－A的全部改用Q235－B；低溫情況下，選用Q235－D。由于次高溫次高壓機(jī)組的出現(xiàn)，主蒸汽管道可選15CrMo(GB6479或GB9948)低合金鋼，支吊架管部材質(zhì)選用與主管同材質(zhì)的低合金鋼。

2.1.2 鋼材許用應(yīng)力

表2中分別給出了汽水管道支吊架手冊(cè)，GB17116.1－1997《管道支吊架第1部份》，GB150－1998《鋼制壓力容器》中的鋼材基本許用應(yīng)力，三者取值上存在差異，其對(duì)比見表2。

表2 汽水管道支吊架鋼材許用應(yīng)力 單位：MPa

由表2可見，支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)中的許用應(yīng)力大于GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的許用應(yīng)力。GB150－1998(鋼制壓力容器)的許用應(yīng)力大于GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)，而小于支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)中的許用應(yīng)力。根據(jù)GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的標(biāo)準(zhǔn)選用許用應(yīng)力，更加保守安全。

2.3 支吊架連接件，管部，根部的比較修改

2.3.1 拉桿允許荷載與許用應(yīng)力比較

六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)和管規(guī)(DL/T5059－1996)規(guī)定拉桿許用應(yīng)力為所選用鋼材許用應(yīng)力的0.56倍。

在六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)，管道支吊架第3部份(GB17116.3－1997)，六道支吊架手冊(cè)(1977)，汽水管道支吊架手冊(cè)(1983)中，分別對(duì)拉桿的最大允許荷載做出了規(guī)定，表3中分別列出了它們的最大允許荷載，并進(jìn)行了對(duì)比。

經(jīng)過對(duì)比可看出：六道支吊架手冊(cè)(1977)中拉桿的允許荷載比按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算出的允許荷載大許多，比六道設(shè)規(guī)(DL/T5012－2000)大19%～48%，比汽水管道支吊架(1983)拉桿大27%～43%。因此，六道支吊架手冊(cè)(1977)中的拉桿允許荷載應(yīng)進(jìn)行修改，其可按六道設(shè)規(guī)(DL/T5012－2000)計(jì)算的允許荷載修改。同時(shí)六道支吊架手冊(cè)(1977)材質(zhì)規(guī)定為Q235－A.F；六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)中材質(zhì)規(guī)定為Q235－B(低溫時(shí)用Q235－D)；管道支吊架第3部份(GB17116.3－1997)材質(zhì)規(guī)定為Q235－B、C、D級(jí)鋼，或20優(yōu)質(zhì)鋼；汽水管道支吊架手冊(cè)(1983)材質(zhì)規(guī)定為Q235－A。

2.3.2 六道支吊架管部、根部用材、允許荷載、許用應(yīng)力比較

本文對(duì)六道支吊架管部、根部用材、允許荷載、許用應(yīng)力進(jìn)行了比較，由于文章篇幅限制，無法一一列出，部分管部、根部用材、允許荷載、許用應(yīng)力的計(jì)算比較見表4。由表4可以看出：采用了槽鋼的支吊架管部和根部，按六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)計(jì)算出的允許荷載比按六道支吊架手冊(cè)(1977年版)計(jì)算出的允許荷載大得多。

表3 螺紋拉桿/光拉桿 最大允許荷載對(duì)比

有槽鋼的管部，其允許荷載受槽鋼制約，按六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)計(jì)算出的允許荷載比按六道支吊架手冊(cè)(1977年版)計(jì)算的允許荷載大17%～42%。六道支吊架手冊(cè)(1977年版)鋼材的許用應(yīng)力與六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)鋼材許用應(yīng)力的比值為：1.1～1.25。

有槽鋼的根部，其允許荷載也受槽鋼強(qiáng)度制約，按六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)計(jì)算的允許荷載比按六道支吊架手冊(cè)(1977年版)計(jì)算的允許荷載大19%～41%，其中最為突出的達(dá)到76%。六道支吊架手冊(cè)(1977年版)鋼材的許用應(yīng)力與六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)鋼材許用應(yīng)力的比值為：156.8/113=1.39。

2.3.3 汽水管道支吊架管部、根部選材、允許荷載、許用應(yīng)力比較

本節(jié)對(duì)汽水管道支吊架管部、根部用材、允許荷載、許用應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，由于文章篇幅限制，無法一一列出，部分管部、根部允許荷載比較計(jì)算見表5，同時(shí)按照六道設(shè)規(guī)規(guī)定，其鋼材材質(zhì)為Q235－B，按照汽水管道支吊架手冊(cè)規(guī)定，其鋼材材質(zhì)為Q235－A。六道設(shè)規(guī)規(guī)定的材料許用應(yīng)力和汽水管道支吊架手冊(cè)規(guī)定的材料許用應(yīng)力之比為1.1～2.8。

由表5可看出汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)管部、根部的允許荷載能滿足六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)要求。

3 關(guān)于汽水管道及六道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)修改的探討

3.1 鋼材選用修改

3.1.1 六道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)(1977年)

六道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)中存在著一些問題，六道支吊架管部LS，LT，介質(zhì)溫度為400℃時(shí)，橫擔(dān)(件1)與道體間有槽鋼(件3或件4)，由于橫擔(dān)與道體間間距僅為48，因此橫擔(dān)有一部分可能在保溫中，橫擔(dān)的溫度就不是20℃，但也不是400℃。原設(shè)計(jì)件1為Q235－A.F，它的使用(最高)溫度為250℃，原設(shè)計(jì)(件1)的設(shè)計(jì)溫度無法知道，且也無法在設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限最小值。

表4 六道支吊架允許荷載及材料許用應(yīng)力比

3.2 支吊架允許荷載的修改

3.2.1 六道支吊手冊(cè)允許荷載

由表3和表4可見，六道支吊架手冊(cè)的連接件拉桿及采用槽鋼的根部、管部，計(jì)算出的允許荷載均大于設(shè)計(jì)的允許荷載。根據(jù)這一情況，應(yīng)重新核算全部有槽鋼的管部和根部的允許荷載來確定支吊架的允許荷載，對(duì)吊架還應(yīng)采用經(jīng)核算修改的拉桿。這一修改的工作量十分大，投入人力多，難于完成。

由于六道支吊架彈簧選用汽水管道支吊架手冊(cè)中的整定彈簧，則可盡量選用汽水管道支吊架手冊(cè)中的管部，連接件和根部(修改后的)，但因六道有矩形管道、煙風(fēng)道尺寸大、風(fēng)道又為薄壁，故有的管部和根部可能難以選出。此時(shí)就只有按六道支吊架手冊(cè)選用，若選用有槽鋼的管部和根部，必須核算它的允許荷載。為減少工作量，可根據(jù)具體情況，選擇承受荷載大，最不利的槽鋼進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。如：根部為三角架的Li型，只需核件2(槽鋼斜撐)的允許荷載即可(式T6.2－8b)。為提高支架根部的允許荷載，建議增加聚四氟乙烯板(阻力系數(shù)由0.3降為0.1)。

表5 汽水管道支吊架允許荷載 單位：kN

3.2.2 汽水管道支吊架手冊(cè)中允許荷載

由表3，表5，可知：汽水管道支吊架根部和管部的允許荷載均能滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定要求計(jì)算出的允許荷載，但連接件螺桿的允許荷載不能滿足要求，要解決這一問題有兩種方法。

按照表3中原拉桿的允許荷載來確定吊架的允許荷載。它的優(yōu)點(diǎn)是選型簡單，修改支吊架手冊(cè)中拉桿的允許荷載即可。它的缺點(diǎn)：吊架材料浪費(fèi)大，支吊架間距小，可能難以處理一些支吊架的生根結(jié)構(gòu)?；蛘甙丛跫艿脑试S荷載配置合格的螺桿(增大螺桿直徑)，修改支吊架安裝圖上或支吊架一覽表上標(biāo)注即可。

也可用西北電力設(shè)計(jì)院于2007年編制的汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)(1983年)，直接選用更為簡單。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)》(1977年)，《汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)》(1983年)與 DL/T5121－2000(《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法)，DL/T5059－1996(《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》)等在普通碳鋼部件的選用材質(zhì)牌號(hào)、允許使用溫度、部件最大允許荷載等方面進(jìn)行對(duì)比，得出以下結(jié)論：

(1)六道支吊架的許用應(yīng)力大于六道設(shè)規(guī)的許用應(yīng)力，六道設(shè)規(guī)的應(yīng)力取值更加保守安全，應(yīng)該采用六道設(shè)規(guī)的許用應(yīng)力值。

(2)通過比較支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)，GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)，GB150－1998(鋼制壓力容器)的許用應(yīng)力可得，根據(jù)GB17116.1－1997(管道支吊架第1部份)的標(biāo)準(zhǔn)選用許用應(yīng)力，更加保守安全。

(3)六道支吊架手冊(cè)(1977)中拉桿的允許荷載比六道設(shè)規(guī)(DL/T5012－2000)大19%～48%，比汽水管道支吊架(1983)大27%～43%，可將其按六道設(shè)規(guī)(DL/T5012－2000)計(jì)算的允許荷載修改。

(4)根據(jù)比較可知，采用槽鋼的支吊架管部和根部，按六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)計(jì)算出的允許荷載超出按六道支吊架手冊(cè)(1977年版)計(jì)算出的允許荷載幅度較大。

(5)根據(jù)比較可知，汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定的管部、根部允許荷載能滿足六道設(shè)規(guī)(DL/T5121－2000)要求。

[1]GB/T 17116.1～3－1997,管道支吊架[S].

[2]GB700－2006，碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].

[3]GB150－1998，鋼制壓力容器[S].

[4]DL/T5121－2000，火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法[S].

[5]GB50017－2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]GB1591－2008，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S].

[7]DL/T5059－1996，火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].