火力發電廠汽水管道支吊架檢驗與調整

2013-12-04 01:50:20陸春燕

設備管理與維修 2013年2期

陸春燕

攀鋼發電廠四川攀枝花市

一、支吊架檢驗調整的必要性

電廠汽水管道支吊架的作用是承受管道重力、承受偶然的沖擊載荷和控制管道在工作狀態下的位移和振動。隨著機組運行時間的累積，管系支吊架狀態會出現變化，一旦支吊架部分或全部喪失其功能，管道承載和約束條件將發生變化，管道位移和應力分布將偏離設計狀態，使管道壓力峰值增高，局部可能會超過管材許用應力，加快管道高應力蠕變損傷，縮短管道應有壽命，造成較大經濟損失。另外管道振動可能會由于管道約束條件的變化而加劇，管道端點對設備的推力也會增大，這些都會危及機組的安全運行。

攀鋼發電廠2#機組于1993年投入運行以來，已運行11萬余小時，配套的主蒸汽、主給水等汽水管道最高工作溫度達540℃，最高工作壓力達17.6MPa，屬高溫高壓工作狀態，在持續載荷、內壓、自重工作溫度、工作壓力的波動或沖擊等載荷的作用下，導致管道支吊點產生位移變化，使支吊點的載荷及約束偏離設計要求，而使支吊架失效，隨管道運行時間推移，上述變化不斷積累，產生支吊架欠載或過載，使管道的局部應力增加，某節點應力增高且超過管材許用應力，將加速管道的損傷，甚至出現爆管等安全事故的發生，因此必須通過對支吊架的調整來改善管道的應力水平，延長管道壽命，達到安全運行的目的。

近年來，火力發電廠汽水管道泄漏或爆裂事件時有發生，對電廠的安全生產構成嚴重威脅，各級部門對管道支吊架調整及管道振動的治理工作越來越重視，電力行業標準《火力發電廠汽水管道與支吊架維修調整導則》、《火力發電廠金屬技術監督規程》等，對開展汽水管道支吊架的技術管理工作做了詳細的規定，并要求每次機組大修必須對支吊架進行檢驗和調整。因此，攀鋼發電廠決定利用機組大修停機的機會，對2#機組主蒸汽管道、主給水管道、高加熱疏水管道、門桿漏氣管道、3段抽氣管道、軸封送氣管道的支吊架共計126支，逐一進行檢驗和調整。

二、汽水管道支吊架檢驗內容及檢驗情況

1.管道支吊架技術資料審查

資料審查為汽水管道支吊架檢驗和調整的必要前期準備工作。收集受檢與調整管道設計、安裝、維修和運行資料等。并對主蒸汽管道和主給水管道原始數據、管系應力計算與設計計算書進行復核，對施工圖上支吊點、支吊架類型、彈簧號及壓縮值、冷/熱位移和載荷與設計計算書進行核對。對高加疏水管道、軸封蒸汽管道、門桿漏氣管道和汽機回熱抽氣管道等及支吊架的現場實際安裝情況與安裝圖核對。

實際復核發現，汽機本體主蒸汽管道支吊架實際比設計少3支，其余復核與設計圖一致。

2.管道及支吊架熱態/冷態檢驗

（1）熱態（運行狀態下）檢驗內容及方法。管道變形、泄漏點等檢查。沿管道全長檢測檢查管道有無異常變形、下沉等現象。檢查管道有無泄漏點，重點檢查與固定設備首個連接點、支吊架部位和管道位移超標部位。檢測保溫層完好情況。

管道膨脹、振動檢查。除限位裝置、固定支架、剛性支吊架部位外管道應處于自由膨脹狀態外，重點檢查易發生管道和支吊架膨脹受阻部位，如管道穿墻、與管道相鄰的固定物部位等。檢查管道有無明顯振動、晃動，有無汽錘、水錘現象。重點檢查汽水兩相流管道。

檢測主蒸汽、主給水等13條管道3向熱位移值。對于單剛性、單彈簧支吊架、恒力支吊架，采用2個水平磁力器分別固定在剛性支吊架最上方和最下方（磁力器的固定點也是冷態檢驗和熱態復檢的基準點，并做好標記），并用線錘從上至下，兩者之間的刻度值差（上值減下值）就是橫向位移值；水平磁力器同時旋轉90°，測的數據就是徑向位移值；彈簧值就是軸向位移值。

對于雙剛性、雙彈簧支吊架，采用兩把1m厚鋼尺分別用磁力座固定在支吊架最上、下方，并分別確定上、下中心點，用線錘從上方中心點至下，差值就是橫向位移值；測徑向位移值與測單彈簧支吊架的徑向位移值方法一樣；彈簧值就是軸向位移值。

檢查彈簧支吊架有無超載、欠載、超限現象，彈簧規格型是否符合要求，彈簧有無卡死、壓死、裂紋、銹蝕等現象。吊桿有無異常偏斜、扭曲變形、裂紋等現象。檢查其余支吊架有無脫空、阻塞及不正常位移變形等現象。

檢查所有支吊架的根部、管部和連接件及焊接連接部位有無異常變形、裂紋、嚴重銹蝕等缺陷。

記錄在熱態對支吊架位移進行逐一測量的原始數值以及變力彈簧的載荷、運行過程中妨礙管道及支吊架位移的任何障礙及各支吊架存在的問題，并進行缺陷狀態的拍照攝像記錄。

（2）冷態（停機狀態下管道壁溫接近環境溫度）檢驗內容及方法。對熱態檢驗檢出的管道泄漏點撤除保溫層進行檢測，進一步摸清泄漏缺陷性質及形態。抽測管道壁厚計算腐蝕裕度，確定管道使用狀況。

檢測主蒸汽、主給水等13條管道3向冷態位移值。借助熱態檢驗的各基準點用同樣方法進行檢驗。對安裝有3向位移器的點直接測量記錄數據，并與熱態檢測記錄數據相比較。

進一步檢查彈簧支吊架的異常缺陷，檢查彈簧有無壓死、壓扁、斷裂、嚴重腐蝕等現象。對管道根部、管部、連接件等鋼構異常變形部位處采用表面探傷方法。檢驗方法：采用磁粉和滲透進行探傷，用超聲波測厚儀對管道進行測厚檢測。

記錄在冷態時對支吊架位移進行逐一測量的原始數值以及變力彈簧的載荷、運行過程中妨礙管道及支吊架位移的任何障礙及各支吊架存在的問題，并與熱態檢測記錄數據相比較，進行缺陷狀態的拍照攝像記錄。

（3）根據管系支吊架冷/熱態檢驗結果，確定需調整和改造的支吊架數。現場分別在熱態和冷態工況條件下檢驗支吊架126支，包括變力彈簧支吊架、恒力彈簧支吊架、剛性支吊架、減震支吊架、導向支吊架、限位支吊架；經檢查發現有53支支吊架存在不同的問題，歸納為：①甲、乙側主蒸汽管道整體下沉，使支吊架出現欠載或過載和失載現象，體現在彈簧壓死、脫空，位移過大，指示器卡死在極限位置或支吊架未承受到管道的重量。原因是機組運行時間長、啟停次數多、保溫層重變化、檢修等原因累積造成；②變力彈簧支吊架的彈簧失效。由于彈簧疲勞失效、性能偏差、積灰腐蝕等而失去操作性能；③變力彈簧支吊架鎖定，鎖銷未拔出，即對汽水管道進行水壓試驗后鎖銷未及時拔出而影響管道載荷分布；④剛性支吊架卡澀或脫空。剛性支吊架是限制管道沿某一方向（通常為垂直方向）的位移，由于積灰、銹蝕、變形或錯誤施工等原因，滑動（導向）支吊架由于卡澀而使管道不能移動，或者由于滑動付之間脫離而懸空；⑤剛性支吊架吊點兩邊受力不均造成吊桿松弛變形；⑥支吊架固定支座的螺栓松動，由于反復啟停和長期運行所致；⑦恒力變力彈簧支吊架過載或欠載，體現在彈簧壓死、脫空，位移過大，指示器卡死在極限位置或支吊架未承受到管道的重量。⑧管道振動幅度大。原因是支架設計不合理，布置不均勻，懸空端吊架間距太大。⑨支吊架根部鋼構連接焊縫存在裂紋。各管系問題支吊架統計見表1。

表1 2#機組管道支吊架冷/熱態檢查結果統計表

三、汽水管道主要管系應力計算

調整支吊架的目的是為了保證管道的應力水平不超過管道材料的許用應力。鑒于目前管線結構已發生變化，部分支吊架已損壞或失效或性能已發生大的改變、材料性能已下降等實際運行狀況，對主要管系進行應力校核計算。管道在工作狀態下，由內壓產生的計算應力應滿足式（1）條件。

式中 σeq——內壓折算應力，MPa

P——管道設計壓力，MPa

D0——管道外徑，mm

Y——鋼材應力加強系數

S——管道壁厚，mm

α——熱膨脹系數

η——應力修正系數

[σ]t——管道鋼材在設計溫度下的基本許用應力，MPa

管道在持續載荷下的應力驗算（一次應力計算）式（2）。

式中 σL——管道在內壓、自重和其他持續外載產生的軸向應力之和，MPa

[σ]t——管道鋼材在設計溫度下的基本許用應力，MPa

其他持續外載產生的軸向應力之和，管道在偶然載荷作用時的應力驗算（一次應力計算），即管道在工作狀態下，受到內壓、自重、其他持續載荷和偶然載荷產生的應力之和應滿足式（3）條件。

式中P——管道設計壓力，MPa

Do——管道外徑，mm

Di——管道內徑，mm

MA——自重和其他持續外載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm

MB——安全閥或釋放閥的反座推力、管道內流量和壓力的瞬時變化及地震等產生的偶然荷載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm

W——管子截面抗彎矩，mm3

K——鋼材應力加強系數

[σ]t——管道鋼材在設計溫度下的基本許用應力，MPa管系熱脹應力范圍的應力驗算（二次應力計算）見式（4）。

式中 σE——熱脹應力范圍，MPa

f——應力范圍的減小系數

[σ]20——鋼材20℃時基本許用應力，MPa

[σ]t——管道鋼材在設計溫度下的基本許用應力，MPa

實際計算中采用專業管道分析軟件（高溫管道應力分析軟件）“CAESAR II”，建立分析模型，將管道劃分為若干單元，這些單元在節點處相互連接，輸入計算數據：①性能管件材料，含許用應力、線脹系數；②運行工況，如運行溫度、壓力其波動范圍、包括各吊點的熱位移值；③各種管道口徑的幾何尺寸，如管道規格、壁厚；④管道的保溫狀況等。

經計算和分析，判定2#機組主蒸汽管道、主給水管道滿足各項狀況下的許用應力，即符合要求并有一定的余量。

四、制定管道支吊架調整方案

根據管系應力分析計算結果和冷/熱態檢驗記錄數據結果，制定管道支吊架調整方案，并在冷態條件下對需調整或增加的支吊架進行施工調整和改造。

1.方案制定

調整從鍋爐爐機向下，汽機端或給水泵向上，到中間除氧層的支吊架結束。對于并行的布置的吊架則兩側同時對稱進行。對異常管道支吊架進行調整，該擰緊和擰松、焊接的都要符合調整要求（吊管道時必須有工裝來保護管道）。所有支撐架、墊塊對管道要起到受力作用，穿墻管道要求不受外力作用，對失效和嚴重銹蝕的剛性支吊架和彈簧必須更換。結合機組大修，實際對2#機組汽水管道支吊架進行調整和改造。