浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司 陶國(guó)強(qiáng)

某電廠1000MW 超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組于2011年投產(chǎn)，其鍋爐系哈爾濱鍋爐廠制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流爐，采用反向雙切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、全懸掛Ⅱ型結(jié)構(gòu)。

自投產(chǎn)以來(lái)，主蒸汽管道連續(xù)多組支吊架出現(xiàn)位移嚴(yán)重異常，管道偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)線，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)較大調(diào)整。支吊裝置是管道系統(tǒng)的重要組成部分，起著承受管道荷載、控制管道位移量的重要作用。支吊架位移異常直接反映出管道熱位移與設(shè)計(jì)值相差較大，對(duì)管系應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)管道的安全運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生隱患[1-3]。王軍民等通過(guò)研究指出，對(duì)于連續(xù)布置了多組恒力支吊架的管道，支吊架性能因素會(huì)造成其承載力與管道自重不匹配是導(dǎo)致管道偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)線的一個(gè)重要的因素[4]，這個(gè)結(jié)論是非常重要的。

1 主蒸汽管道檢查情況

在機(jī)組運(yùn)行和停機(jī)時(shí)，分別對(duì)主蒸汽管道支吊架進(jìn)行了檢查（圖1），發(fā)現(xiàn)爐右前水平管#33恒力支吊架位移指針卡死于極限位置，其承載發(fā)生了明顯改變，#30、#31、#33單恒力吊架原設(shè)計(jì)垂直熱位移均向下，實(shí)際垂直熱位移均反向向上，#34、#35單恒力吊架實(shí)際熱位移方向與原設(shè)計(jì)相同，但實(shí)際熱位移量極小，管道明顯偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)線。主蒸汽管道部分支吊架檢查結(jié)果如下。

圖1 主蒸汽管道及支吊架布置示意圖

#30～35單恒力吊架設(shè)計(jì)載荷（N）、三向位移（mm）、檢查結(jié)果分別為：116455、-108.4/-220.6/42.7、冷或熱態(tài)時(shí)恒吊位移指針?lè)謩e指示于10%、45%位置，垂直熱位移反向；118487、39.7/-247.2/87.1、冷或熱態(tài)時(shí)恒吊位移指針?lè)謩e指示于25%、50%位置，垂直熱位移反向；107440、-26/-268.1/113.8、冷或熱態(tài)時(shí)恒吊位移指針?lè)謩e指示于上極限位置、10%位置，垂直熱位移反向；109356、-88.5/-281.2/113.9、冷或熱態(tài)時(shí)恒吊位移指針?lè)謩e指示于35%、30%位置，垂直熱位移量較??；89864、-150.8/-285/78.8、冷或熱態(tài)時(shí)恒吊位移指針?lè)謩e指示于75%、60%位置，垂直熱位移量較小。其典型支吊架問(wèn)題照片如圖2、圖3所示。

圖2 主蒸汽管道#33單恒力吊架

圖3 主蒸汽管道#30單恒力吊架

2 相關(guān)分析

2.1 應(yīng)力分析

根據(jù)DL/T 5366及管道、支吊架設(shè)計(jì)計(jì)算要求，應(yīng)用CAESAR Ⅱ?qū)I(yè)應(yīng)力分析軟件對(duì)主蒸汽管道建立應(yīng)力計(jì)算模型，應(yīng)力校核計(jì)算結(jié)果表明：管系中各支吊架均處于正常狀態(tài)的情況下，主蒸汽管道最大一次應(yīng)力計(jì)算值及最大二次應(yīng)力計(jì)算值分別為48MPa、191MPa，分別為許用值的72%、83.2%，主蒸汽管道最大一次應(yīng)力、最大二次應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)，管道應(yīng)力合格。

另外吊架載荷計(jì)算值與原設(shè)計(jì)值差距不大，#30～35單恒力吊架的設(shè)計(jì)載荷（N）與計(jì)算載荷（N） 分別為116455/115886.9、118487/112907.9、107440/107850.2、109356/105104.55、89864/87455.85、541602/529205.4。對(duì)比主蒸汽管道爐右前水平管#30～35恒力支吊架載荷計(jì)算值與原設(shè)計(jì)值可知，五組單恒力吊架載荷較設(shè)計(jì)值偏差不超過(guò)4%，爐前水平管整體載荷計(jì)算值之和較原設(shè)計(jì)值偏差小于3%，由此可見(jiàn)，如果管系中各支吊架均處于正常狀態(tài)下，其各次應(yīng)力均能滿(mǎn)足管道安全運(yùn)行的要求，管系應(yīng)力合格。

2.2 支吊架性能分析

查詢(xún)支吊架入廠檢驗(yàn)資料可知5組恒力支吊架恒定度均超標(biāo)，其中#30吊架性能曲線如圖4所示。載荷恒定度計(jì)算公式為：荷載恒定度△=(Wmax-Wmin)/(Wmax+ Wmin)×100%，其中Wmax、Wmin分別表示恒吊轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)全程中的最大載荷與最小載荷。根據(jù)GB/T17116.1-2018《管道支吊架第1部分技術(shù)規(guī)范》規(guī)定恒定度應(yīng)不超過(guò)6%，而該管道恒力吊架超標(biāo)最嚴(yán)重的恒定度達(dá)到了20%，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求，吊架性能難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。

圖4 主蒸汽管道#30吊架載荷-位移曲線

2.3 管道位移異常原因分析

綜上所述，造成管道位移異常原因主要如下：支吊架性能較差導(dǎo)致實(shí)際載荷與設(shè)計(jì)載荷存在較大偏差，而水平管段連續(xù)布置5組恒力吊架，其載荷偏差的疊加會(huì)造成局部支吊架實(shí)際承載與該管段自重載荷差異更大，從而導(dǎo)致管道位移嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)線；吊架服役時(shí)間增長(zhǎng)、恒力吊架長(zhǎng)期處于極限位置等均會(huì)導(dǎo)致吊架性能降低，造成支吊架實(shí)際荷載與管道重量匹配度變差，最終管道實(shí)際應(yīng)力-位移進(jìn)一步偏離原設(shè)計(jì)值；該管段連續(xù)布置多個(gè)恒力吊架導(dǎo)致管段垂直方向上柔度較大，管道位移異常時(shí)恒力吊架無(wú)法起到一定的約束作用。

根據(jù)上述原因以及現(xiàn)場(chǎng)水平管段恒力支吊架性能測(cè)試結(jié)果，在#32、#33吊架之間新增一組單恒力吊架、載荷50000N，并在此基礎(chǔ)上對(duì)水平管段恒力吊架進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。優(yōu)化調(diào)整后，熱態(tài)復(fù)查結(jié)果表明管系應(yīng)力更接近理論計(jì)算值，應(yīng)力分布合理，支吊架熱位移及管道運(yùn)行狀態(tài)得到了明顯改善，能滿(mǎn)足管道安全運(yùn)行的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

管道異常位移主要原因是局部管段支吊架實(shí)際載荷與設(shè)計(jì)值存在偏差，偏差產(chǎn)生的原因與恒力支吊架的性能及管道布置密切相關(guān)。連續(xù)、多個(gè)恒力吊架恒定度偏差的疊加會(huì)導(dǎo)致局部管段支吊架承載與設(shè)計(jì)值差異較大，從而造成管道熱位移偏離原設(shè)計(jì)值，甚至導(dǎo)致管道熱位移反向；對(duì)于恒吊較多、柔度較大的管段必要時(shí)應(yīng)適當(dāng)優(yōu)化支吊架布置方式，改變管段等效剛度；應(yīng)按照DL/T1113—2009要求嚴(yán)格對(duì)到貨支吊架性能進(jìn)行驗(yàn)收，并按照DL/T616-2006要求定期對(duì)支吊架進(jìn)行檢查維護(hù)，盡早發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，確保管道長(zhǎng)期有效地安全運(yùn)行。