淺析火力發電廠煙風煤粉管道支吊架設計原則

張翔宇

(中國能源建設集團 廣東省電力設計研究院，廣東 廣州510663)

支吊架是煙風煤粉管道設計的重要內容， 主要起承受管道荷載、合理約束位移、限制扭矩過大、防止應力集中以及減少管道振動等作用，因此其合理設計直接關系到煙風道的安全與經濟運行[1]。支吊架設計與煙風道的布置以及熱膨脹情況直接相關，兩者應兼顧考慮[2]。本文針對煙風煤粉管道的特點，介紹了各種類型支吊架的設計原則，并針對常見的支吊架失效形式提出了設計注意事項。

1 煙風煤粉管道的設計特點[1][3][7]

1.1 管徑較大且容易出現積灰積粉，支吊點荷載較重

當前新建機組大多為大容量高參數機組， 燃料及空氣消耗量較大，而考慮摩損及燃燒調整等因素，流速須保持在一定的范圍內，因此管徑通常較大，且運行中煙道及熱風道中會出現積灰，送粉管道會有積粉，因此管道荷載通常較重。

1.2 設計壓力較低，管壁較薄

相比汽水管道，煙風道設計壓力較低，因此管壁較薄。溫度較高的熱風、煙道及送粉管道，可以通過加裝補償器來消除熱膨脹的影響，從而大幅降低管道的剛性及其對設備接口的推力推力矩，但同時需要考慮盲板力的影響。

1.3 異形件較多，支吊點的荷載分配較難精確計算

煙風道設計時，由于空間位置有限，往往需要設計較多的異形件，但其重心較難計算，而且積灰積粉量也較難判斷，因此其兩端的支吊點荷載分配往往較難精確計算，若使用彈簧或者恒力支吊架，選型較為困難。

2 支吊架的設計原則[1]

支吊架主要有固定支架、滑動支架、導向支架、剛性吊架、限位裝置，彈簧支吊架以及恒力支吊架等。 每種類型支吊架均有各自的使用原則及條件，他們的合理配合使用，保證了整個管系的穩定性。

2.1 固定支架設計原則

固定支架能夠承受管道各方向荷載，并限制位移及扭矩，相比其他類型支吊架，其對管道的穩定性至關重要，建議在條件允許時，盡可能多設置固定支架。例如文獻[4]報道了將滑動支架改為固定支架以順利解決管道補償器撕裂問題的案例。

固定支架是支吊架設計的重點， 通常應優先確定管道的零膨脹點。設置時應充分考慮管道熱膨脹導致扭矩過大，應力集中等問題，通常與膨脹節相互配合來確保整個管系有足夠的柔性。另外設計時應仔細校核焊縫強度，并考慮足夠的余量來保證其可以承受各種異常工況下的管道荷載及熱應力。

2.2 滑動及導向支架的設計原則

滑動支架僅能夠承受管道的豎直荷載， 并允許有少量熱位移，在煙風道中廣泛使用。通常通過在其與生根面間加裝聚四氟乙烯板來減少滑動摩擦阻力。常見的失效形式為失載脫空、接觸面位移受阻、支撐件破壞等。 在設置時，應充分考慮支點的位移，防止管道晃動，并核算支撐件的強度。

導向支架是限制了水平位移的滑動支架，通常在煙風道中設置導向支架以限制水平位移及平衡盲板力，管道四個方向設置導向支架可以固定管道中心點，但相比固定支架，其無法限制管道角位移。相比滑動支架，還需著重校核導向擋板的強度。

2.3 剛性吊架設計原則

剛性吊架與滑動支架的功能類似， 能夠承受管道豎直向下荷載，并允許管道有少量的水平位移，《火力發電廠汽水管道設計技術規定》要求拉桿與豎直方向的角度不超過4°，否則需要偏裝[3]。剛性吊架常見的失效形式為向上脫空、拉桿彎曲、失載傾斜等[5-6]，因此設計時應充分考慮管道荷載以及吊點在各個方向的位移。 相比彈簧吊架，其為剛性連接，對管道約束性更強，因此應盡量多設置剛性吊架。對于荷載較重的矩形風道，宜采用橫擔型式，穩定性會更好。

2.4 彈簧支吊架及恒力支吊架設計原則

彈簧支吊架能夠承受管道的豎直荷載， 并允許有適量的豎直位移，因此可以有效防止脫空，同時也可以吸收少量的水平位移，《火力發電廠汽水管道設計技術規定》要求拉桿與豎直方向的角度不應超過3°[3]。

彈簧支吊架主要的失效形式為過載、失載及彈簧損壞等[5-6]，主要由彈簧選型不夠準確引起。彈簧型式需要根據冷熱態荷載及其位移專門選型，但相比工質穩定、形狀規則的汽水管道，煙風煤粉管道中異形件較多，而且運行時可能會出現難以估量的積灰積粉，故各個支吊點的荷載分配較難準確計算。因此煙風道設計時應盡量減少彈簧吊架的使用，可以通過合理布置管道、支吊點以及設置膨脹節來盡量避免彈簧吊架的使用。

恒力支吊架是根據力矩平衡原理設計的，能夠使負荷力矩和彈簧力矩在工作過程中始終平衡，以保持恒定的支承力，同時允許支吊點有較大的垂直位移。但由于其成本較高，而且和彈簧支吊架類似，煙風道的荷載位移較難準確計算，故也應盡量避免使用。

2.5 限位裝置設計原則

限位裝置在熱風道及煙道中應用非常廣泛，主要用于限制管道位移，防止管道運行晃動，克服盲板力等。設置限位裝置時應注意核算其強度是否可以克服水平力的作用[5-6]。

3 結語

支吊架是管道設計的重要組成部分， 保證其合理有效設置對管道的安全、經濟運行至關重要，同時其及管道布置息息相關，兩者應同步進行，互相兼顧考慮，盡量做到運行安全、造價經濟、安裝檢修便利。

［1］DL/T 5121-2000.火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程[S].

［2］范如君，陳坤.發電廠公用管道支吊架的布置和設計分析[J].廣東電力，2011，24(10)：73-75.

［3］DL/T 5054-1996.火力發電廠汽水管道設計技術規定[S].

［4］王軍民，陳盛廣，衛大為，吳曉俊，田野.凝結水入口管道補償器頻繁撕裂原因分析及消除對策[J].熱力發電，2012，41(7)：112-115.

［5］安慧，安付立，韓光輝，王軍民.發電機組管道支吊架常見問題分析及處理[J].熱力發電，2012，41(11)：80-82.

［6］魏春明，趙星海，鄭明秀，辛國華，倪紹一.電廠汽水管道支吊架失效原因的分析[J].電站系統工程，2009，25(5)：15-17.

［7］周銳.大容量機組圓形煙道設計特點介紹[J].科技信息，2009，35：796.