某電廠儲水箱溢流管支吊架工作異常原因分析

吳曉俊，宋春毅，康豫軍，衛大為，王軍民，王必寧

(1.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安7100542.華能巢湖發電有限責任公司，安徽 巢湖 238000)

0 前言

支吊裝置是管道系統的重要組成部分，起著承受管道重量、控制管道位移量和控制管道振動的重要作用。支吊架配置(狀態、類型、位置)直接影響管系的應力分布和大小，其性能的好壞、承載是否合理都直接影響管道的使用壽命及安全運行。國內發生過多起因為支吊架問題導致各種安全事故的發生［1－6］，值得電廠重視。

某電廠新建600 MW 機組鍋爐為HG－1900/25.4－YM7 型鍋爐，是一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行的本生(Benson)直流鍋爐。其鍋爐儲水箱溢流管共設計23組支吊架，10#剛性吊架(以下簡稱剛吊)之上管道由鍋爐廠設計，之下管道為設計院設計，具體吊架布置見圖1 所示。管道材質為12Cr1MoV(設計院部分)與SA－335P12(鍋爐廠部分)，規格分別為φ325 ×40，φ324 ×50。管道設計溫度為380 ℃，調節閥前管道設計壓力29.9 MPa，調節閥后設計壓力10 MPa。

1 支吊架出現的問題

該機組自2008 年投運以來，管道有四組恒力彈簧吊架(以下簡稱恒吊)工作不正常。這些吊架位移指針冷、熱態均頂死至上極限位置，吊架承載不足，管道膨脹嚴重受阻，如圖2、3 所示，1、2 號機組問題相似。

圖1 管道與支吊架系統布置圖Fig.1 The pipe-line and pipe support and hangers

圖2 5#恒吊位移指針熱態頂死在上極限位置Fig.2 5# constant forced hanging bracket did not work well in operation

圖3 7#恒吊位移指針熱態頂死在上極限位置Fig.3 7# constant forced hanging bracket did not work well in operation

為了分析吊架工作不正常的原因，首先對恒吊外形及吊桿直徑尺寸進行現場測量，將結果與恒吊選型手冊［7］數據對比，結果顯示吊架型號安裝正確。4組恒吊調整措施及調整后熱態工作情況見表1。從表中可以看出熱態運行之后，7#恒吊位移指針依然頂死至上極限位置。鍋爐再次停爐之后，11#彈簧吊架(以下簡稱彈吊)變形嚴重，如圖4 所示。10#剛吊吊桿彎曲嚴重，且4組恒吊位移指針指示情況與之前相比變化不大。通過以上調整及分析，可初步判斷出管道支吊架設計應該存在問題。

表1 溢流管部分支吊架狀態檢查結果Tab.1 the checking results of some pipe support and hangers

圖4 11#彈吊變形嚴重Fig.4 11# hanger damaged seriously

2 應力校核計算分析

為了查明支吊架工作異常原因，采用CAESARII 5.0 軟件對該管道進行了應力校核計算分析。取儲水箱溢流管正常運行時設計參數進行應力校核計算，計算標準為ASME B31.1 Power Piping 2007 Edition。計算所得到的支吊架荷重分配見表2。

將校核計算載荷與吊架原設計載荷進行比較，發現其中7#、8#兩組立管恒吊的實際載荷超過原設計載荷一倍，吊架“重”而管道“輕”，當管道熱態膨脹后，冷態因此不能正常“回縮”，這樣機組吊架位移指針自然就會冷熱態均在上極限位置。

表2 溢流管部分支吊架載荷校核計算結果Tab.2 The calculation results of the load of some pipe support and hangers

第一次調整是按照原設計進行調整，使吊架冷態工作狀態均處于設計狀態，對這種情況進行模擬計算，管道熱態載荷及位移見表3。

表3 溢流管部分支吊架校核計算結果Tab.3 The calculation results of the displacement of some pipe support and hangers

從表3 中可以看出，當所有吊架均調整至冷態安裝位置時，10#立管剛吊在熱態時將承載向上的載荷，而此剛吊的設計結構形式無法抗拒143416N 的壓力，所以造成吊桿彎曲變形，這樣9#限位支架實際熱位移將會變大，超過計算表中的92.271 mm 位移。拆開未調整過的1 號機組9#限位支架保溫進行檢查，從圖5 可以看出該限位框架只能保證管道熱位移在130 mm 之下支架可以正常工作。此外，由于檢修期間管道里面是沒有介質的，管道重量變輕，當冷態簡單地按設計調整后，由于吊架載荷嚴重加大，這樣調整會使管道冷位移顯著增大，管道冷態即被“上提”，加上實際熱膨脹量，熱態時該吊點卡塊將會全部處在生根框架之外，限位實際失效。停爐時由于管線水平方向沒有約束而發生偏離，管道不能順利地通過限位框架“回縮”，造成管道在此受到阻礙，所以恒力吊架位移指針冷態指示與熱態相比并變化不大。同時，9#之下的管道也需要“回縮”，這樣就會使11#彈吊吊桿造成擠壓，進而變形嚴重。

圖5 9#限位支架卡塊與框架接觸高度不足Fig.5 the height of 9# restraint Contact with the frame is insufficient

3 解決措施

從以上分析可以得知，該管道吊架工作異常主要是由于支吊架載荷設計失誤引起，7#、8#兩組連續的恒吊設計載荷比實際需要大了一倍，需要重新選型更換。此外，同高壓給水管道類似，儲水箱溢流管本身也存在兩種工況，即為“有水”狀態和“無水”狀態。由于設計院在設計選型時通常只考慮正常工作狀態，即“有水”狀態，所以管道在冷態時會有一定的額外的冷位移，容易脫離限位支架的約束。

由于機組停機時間較短，考慮到7#、8#兩組恒吊設計載荷相差不大，為了節約時間與更換成本，現場考慮使8#吊架實際不承載，讓7#吊架正常承載。為了驗證這種方案是否可行，特進行了應力校核計算，并與理想狀態下的應力計算結果進行了對比，結果見表4。

表4 應力計算結果對比Tab.4 the contrast result of the stress calculation

應力校核計算結果顯示，經過這種更改后管道應力水平與原設計相差不大，能滿足管道安全運行的需要，該方案可行。按照該方案，使8#吊架實際不承載，恢復11#彈吊，適當調整10#剛吊載荷，將管道恢復到設計位置。此外，由于9#限位支架處管道卡塊大部分在框架之外，為確保限位支架能在管道受沖擊或者其他偶然載荷的情況下仍能有效工作，現場提高框架高度，改造框架結構，保證管道在任何狀態下都能在框架之中。經過此次整改，機組啟動后，管道運行良好，支吊架冷熱態均工作正常，保證了機組安全生產的需要。

4 結論建議

(1)儲水箱溢流管吊架工作異常問題實際為支吊架設計載荷過大問題，7#、8#兩個立管恒吊設計載荷比實際需要大一倍，導致管道熱態膨脹與設計不符。

(2)新建機組投運后必須按照DL/T616—2006《火力發電廠汽水管道與支吊架維修調整導則》的要求進行監察與維護。重要管道的支吊架出現異常情況時，由專業人員對管道系統進行應力分析，結合計算結果進行整改。

(3)儲水箱溢流管道閥門設置在零米處，與儲水箱高度落差較大，且運行過程中實際閥門前管道中均為高溫高壓蒸汽，建議設計單位將閥門挪至儲水箱附近平臺易于操作處，這樣可以節省大量高規格鋼材，亦能增強管道安全性。

［1］康豫軍，姚軍武.恒力吊架載荷離差對管系熱位移影響的研究［J］.熱力發電，2009(05).

［2］張軼桀，馬紅.350MW 機組管道彎管裂紋與管道支吊架狀態關系分析［J］.熱力發電，2006(09).

［3］林其略，周美芳.管道支吊架技術［M］.上海:上海科學技術出版社，1994.

［4］劉鴻國，唐麗英.超超臨界機組主蒸汽取樣管泄漏原因［J］.電力建設，2010 (2).

［5］楊寧，宮吉星.空氣預熱器運行異常原因分析［J］.電力安全技術，2004(03).

［6］馬紅，王必寧.沙角C 電廠1 號爐末級過熱器再熱器管頂棚密封部位開裂問題的分析與防治［R］.西安:西安熱工研究院，2005.