摘 要：介紹了火電廠蒸汽管道支吊架檢查與調(diào)整的主要方法，提出了管道支吊架存在的主要失效形式及其調(diào)整措施，闡述了支吊架的調(diào)整對(duì)管道運(yùn)行安全性的影響。結(jié)合管系應(yīng)力計(jì)算可以優(yōu)化調(diào)整方案，為支吊架的調(diào)整提供了理論依據(jù)。通過(guò)熱態(tài)的復(fù)查來(lái)檢驗(yàn)支吊架調(diào)整后是否達(dá)到整改的預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：蒸汽管道；支吊架；檢查；調(diào)整

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.164

1 前言

火力發(fā)電廠蒸汽管道多數(shù)處于高溫和高壓狀態(tài)下運(yùn)行，例如火電廠四大管道：主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、低溫再熱蒸汽管道和主給水管道。管道經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，其材質(zhì)和性能狀況會(huì)發(fā)生改變，這直接影響到電廠的安全運(yùn)行。而通過(guò)對(duì)支吊架狀態(tài)的檢查與合理的調(diào)整，可以消除支吊架存在的直接或間接隱患，改善管道的一次應(yīng)力與二次應(yīng)力水平，使管道膨脹自如，從而保障整個(gè)電廠的安全可靠運(yùn)行。

2 支吊架類型與檢查步驟

2.1 支吊架類型

支吊架按照在管道系統(tǒng)中的主要功能和具體體現(xiàn)，可將其分為表1中幾大類。

2.2 支吊架檢查步驟

（1）查閱資料。查閱電廠設(shè)計(jì)單位所提供的管道安裝圖與其對(duì)應(yīng)管道支吊架設(shè)計(jì)資料，認(rèn)真做好記錄。

如該管道有過(guò)檢查調(diào)整記錄，可以查閱支吊架歷次檢驗(yàn)報(bào)告。針對(duì)后續(xù)的軟件應(yīng)力校核計(jì)算，還需要如下基本資料：①管道材質(zhì)的許用應(yīng)力、線膨脹系數(shù)和彈性模量等；②管道設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力、溫度以及其幾何尺寸、彎管形狀及尺寸、三通類型及尺寸等；③保溫材料材質(zhì)、規(guī)格和性能等。

（2）現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行熱態(tài)和冷態(tài)檢查。①根據(jù)設(shè)計(jì)資料，逐一對(duì)每個(gè)支吊架進(jìn)行復(fù)核，檢驗(yàn)其安裝位置，安裝數(shù)量、支吊架型號(hào)、管部與根部結(jié)構(gòu)、偏裝情況等是否與原設(shè)計(jì)相符合；②檢查支吊架是否有變形、彎曲和銹蝕等現(xiàn)象；③檢查管道熱膨脹和支吊架熱位移是否有建筑物或其他物件的阻礙等；④檢查支吊架的功能件、連接件、根部和管部等各大部位是否有異常，也需檢查支吊架是否被保溫包裹。

不同類型的支吊架有不同的失效形式，表2為各類型支吊架的常見(jiàn)失效形式。

（3）管系應(yīng)力計(jì)算。管道靜力計(jì)算的任務(wù)是確定在外載荷（溫度、自重等）作用下，管道的變形、應(yīng)力分布以及支撐結(jié)構(gòu)的約束反力等，用以求解管道的應(yīng)力分布，并以此為基礎(chǔ)確定管系的薄弱環(huán)節(jié)或關(guān)鍵部位，計(jì)算評(píng)估管系的使用安全性。通過(guò)有限元軟件對(duì)管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，復(fù)核支吊架配置對(duì)管系應(yīng)力的影響，為支吊架的調(diào)整提供有力的理論支持。

管道應(yīng)力計(jì)算，主要是計(jì)算管道在內(nèi)壓、自重和其它外載荷作用下所產(chǎn)生的一次應(yīng)力和在熱脹、冷縮及位移受約束時(shí)所產(chǎn)生的二次應(yīng)力。以判斷是否滿足管道本身和其連接的設(shè)備安全運(yùn)行要求。

管道在工作狀態(tài)下，由內(nèi)壓產(chǎn)生的折算應(yīng)力不得大于鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，即：

式中：

—內(nèi)壓折算應(yīng)力，；

—設(shè)計(jì)壓力，；

—管子外徑，；

—管子實(shí)測(cè)最小壁厚，；

—溫度對(duì)計(jì)算管子壁厚公式的修正系數(shù)；

—許用應(yīng)力的修正系數(shù)；

—考慮腐蝕、磨損和機(jī)械強(qiáng)度的附加厚度，；

—鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，。

管道在工作狀態(tài)下，有內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載荷產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和（一次應(yīng)力），必須滿足下式的要求：

式中：

—內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載荷所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和，；

—設(shè)計(jì)壓力，；

—應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)；

—管子截面抗彎矩，；

—鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，；

—管子外徑，；

—管子內(nèi)徑，；

—自重和其他持續(xù)外載作用在管子橫截面上的合成力矩，。

管系熱脹應(yīng)力（二次應(yīng)力）必須滿足下式的要求：

式中：

—熱脹應(yīng)力，；

—鋼材在20℃時(shí)的許用應(yīng)力，；

—按全補(bǔ)償值和鋼材在20℃時(shí)的彈性模量計(jì)算的，熱脹引起的合力矩，；

—應(yīng)力范圍減小系數(shù)。

（4）調(diào)整方案制定。支吊架調(diào)整方法有以下兩種：

①管系應(yīng)力分布不變的調(diào)整方法，即各點(diǎn)所承受的設(shè)計(jì)載荷不變，來(lái)對(duì)支吊架進(jìn)行調(diào)整。將各吊點(diǎn)的實(shí)際承受載荷與設(shè)計(jì)載荷相比較，調(diào)整不符合設(shè)計(jì)要求的吊點(diǎn)，使其符合設(shè)計(jì)值。由于管系各吊點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，調(diào)整一個(gè)吊點(diǎn)的載荷必然導(dǎo)致鄰近吊點(diǎn)的載荷變化。對(duì)此，需要反復(fù)調(diào)整，才能使每個(gè)吊點(diǎn)承受的載荷與設(shè)計(jì)值相近。這種方法適用于無(wú)明顯下沉、支吊架失效程度低的管系。

②管系應(yīng)力重新設(shè)計(jì)的調(diào)整方法，即在管系適當(dāng)位置設(shè)置剛性吊點(diǎn)，對(duì)管系的應(yīng)力重新設(shè)計(jì)，確定管系原吊點(diǎn)位置所承受的載荷和熱位移。若支吊架的載荷和熱位移不能滿足重新設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，應(yīng)重新選型并更換。若能滿足重新設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使其滿足設(shè)計(jì)要求。這種方法適用于有明顯下沉、支吊架失效程度高的管系。

對(duì)所有支吊架的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算熱位移。若各個(gè)支吊架的實(shí)際位移值與設(shè)計(jì)值基本符合，可以斷定管道運(yùn)行正常。若相差較多，則需進(jìn)行冷態(tài)調(diào)整。結(jié)合應(yīng)力校核計(jì)算結(jié)果，經(jīng)綜合分析后制定支吊架調(diào)整方案。

3 支吊架的調(diào)整

依據(jù)所定的調(diào)整方案，組織施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。主要采取以下調(diào)整措施：①位移指示不合理的支吊架，通過(guò)調(diào)整松緊螺母來(lái)進(jìn)行調(diào)整。必要時(shí)也可用吊桿最上方和橫擔(dān)下方的螺紋來(lái)做輔助調(diào)整；②吊桿傾斜嚴(yán)重，可通過(guò)改變生根點(diǎn)和管夾。偏裝值為水平冷、熱位移之和的1/2。管道支吊架技術(shù)規(guī)范中規(guī)定[1]：剛性吊架吊桿與垂線之間夾角不超過(guò)3°，彈簧吊架吊桿與垂線之間夾角不超過(guò)4°。③對(duì)于需要修復(fù)或更換的支吊架機(jī)構(gòu)，需嚴(yán)格執(zhí)行《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范 第五部分：管道及系統(tǒng)》DL 5190.5-2012的相應(yīng)規(guī)定。④橫擔(dān)傾斜嚴(yán)重時(shí)，調(diào)整其兩邊下方的吊桿螺紋來(lái)保持平衡。⑤漏油的阻尼器需進(jìn)行注油，并采取有效保護(hù)措施。必要時(shí)返廠檢修，無(wú)法修復(fù)的重新訂貨更換。⑥支吊架被保溫包裹，應(yīng)將保溫拆除。一方面便于檢查，另一方面防止支吊架超溫，部件損壞。⑦對(duì)于定位銷未拔和殘留物滯留，需要將其清除干凈，保證支吊架正常熱位移。

4 熱態(tài)復(fù)查及微調(diào)整

支吊架經(jīng)冷態(tài)調(diào)整后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，應(yīng)密切注意各支吊架的運(yùn)行狀況，檢查各支吊架是否在正常的工作范圍內(nèi)，并測(cè)量各支吊點(diǎn)的熱位移。檢查支吊架是否有卡澀、失載、過(guò)載等現(xiàn)象。對(duì)檢驗(yàn)和測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析后，確定是否需要對(duì)支吊架進(jìn)行熱態(tài)微調(diào)。如果發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)與運(yùn)行調(diào)度人員聯(lián)系，以便采取措施進(jìn)行處理。一般情況下，熱態(tài)情況下不對(duì)支吊架進(jìn)行大的調(diào)整。若有問(wèn)題，在不影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，可利用小修或待機(jī)時(shí)間進(jìn)行處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)火電廠蒸汽管道支吊架的檢查與調(diào)整，可確保蒸汽管道、設(shè)備及電廠的安全運(yùn)行，有效地減少惡性事故的發(fā)生。但隨著機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，管道支吊架會(huì)逐步暴露出新的問(wèn)題，因此僅僅靠一次檢查和調(diào)整是不可能消除隱患的，今后還需要從制造、安裝和運(yùn)行等環(huán)節(jié)采取必要的預(yù)防措施來(lái)避免支吊架失效現(xiàn)象的發(fā)生[2]，同時(shí)加強(qiáng)定期檢查和記錄管道支吊架，以保障機(jī)組的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. 管道支吊架 第一部分 技術(shù)規(guī)范 GBT 17116.1-1997[S].北京：標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[2]郭延軍，陳躍光.支吊架失效與電廠蒸汽管道安全分析[J].電力設(shè)備，2007，8（04）：62-64.

作者簡(jiǎn)介：李丹（1992-），男，安徽肥西人，碩士研究生，助理工程師，主要從事工作：電廠設(shè)備結(jié)構(gòu)力學(xué)。