火電廠在役管道支吊架性能的測試研究

劉 明，陳 銳，何桂寬

（華電電力科學(xué)研究院，杭州 310000）

火電廠在役管道支吊架性能的測試研究

劉 明，陳 銳，何桂寬

（華電電力科學(xué)研究院，杭州 310000）

支吊架性能對火電廠管道安全運(yùn)行有重要影響，結(jié)合相關(guān)規(guī)范對支吊架性能的要求，對比2種支吊架性能測試方法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對在役支吊架的工作特點(diǎn)，建立了采用粘貼應(yīng)變片間接獲得吊架性能參數(shù)的測試系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于某600 MW超超臨界機(jī)組相關(guān)支吊架的性能測試，為同類型支吊架的性能測試提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)。

管道；支吊架；性能測試；應(yīng)變片

0 引言

火電廠管道支吊架是管道的承載部件，起著承擔(dān)管道載荷、限制管道位移以及控制管道振動(dòng)的作用[1]，對管道的安全運(yùn)行具有重要的作用。如支吊架性能異常將導(dǎo)致管道受力狀態(tài)改變，提高管系一、二次應(yīng)力水平，使得管道運(yùn)行達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求。性能異常的支吊架還會(huì)導(dǎo)致管道載荷重新分配，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鄰近支吊架的正常工作，引起連鎖反應(yīng)，隨著時(shí)間的推移，管道高應(yīng)力蠕變損傷加快，必然縮短其壽命，并嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

管道支吊架從功能和用途方面可分為承重支吊架、限位支架和防振支架。其中承重支吊架又可以進(jìn)一步劃分為剛性吊架、變力支吊架和恒力支吊架3種形式[1]。剛性支吊架不允許管道存在垂直方向的位移，適用于支吊點(diǎn)沒有垂直位移或垂直位移很小且允許約束的場合；變力支吊架承載力隨吊點(diǎn)處管道垂直位移的變化而變化，通常用于管道垂直位移不大的地方，在減小設(shè)備承受的推力或力矩方面有著重要作用；恒力支吊架承載力不隨吊點(diǎn)處管道垂直位移的變化而變化，即荷載保持基本恒定，通常用于需要限制荷載轉(zhuǎn)移或管道垂直位移較大的地方[2]。

1 支吊架性能要求

為嚴(yán)格保證支吊架的性能滿足使用要求，規(guī)范[3-5]對各型支吊架載荷性能都有明確的規(guī)定。DL/T 1113-2009《火力發(fā)電廠管道支吊架驗(yàn)收規(guī)程》對恒力支吊架、變力支吊架荷載性能的主要規(guī)定如下[5]。

1.1 恒力支吊架性能要求

（1）恒力支吊架的荷載偏差度λ應(yīng)不大于2%，其計(jì)算公式為：

式中：ωg為支吊架工作荷載；ωs為支吊架整定荷載。

（2）恒力支吊架的恒定度Δ應(yīng)不大于6%，其計(jì)算公式為：

式中：ωmax為回轉(zhuǎn)全過程中的最大荷載值；ωmin為回轉(zhuǎn)全過程中的最小荷載值。

（3）恒力支吊架的荷載離差應(yīng)不大于6%，即恒力支吊架在上下位移整個(gè)行程范圍內(nèi)的最大荷載應(yīng)不大于工作荷載的106%，最小荷載應(yīng)不小于工作荷載的94%。

韓俊強(qiáng)調(diào)，生產(chǎn)、技術(shù)、資金服務(wù)都要跟上，市場營銷服務(wù)也要跟上。《指導(dǎo)意見》提出要拓寬農(nóng)產(chǎn)品銷售渠道，加強(qiáng)產(chǎn)銷銜接。從各地實(shí)踐來看，加強(qiáng)產(chǎn)銷銜接關(guān)鍵是要發(fā)揮市場主體的作用，比如說組織農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)和農(nóng)民合作組織這些新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體與貧困戶建立合同購銷關(guān)系，形成市場帶動(dòng)的關(guān)系，確保貧困戶產(chǎn)出來的東西有人收，能夠賣得出。大力發(fā)展農(nóng)村電商、農(nóng)超對接，加快快遞下鄉(xiāng)工程，供銷、郵政、電商企業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)要加快向貧困地區(qū)覆蓋，為貧困地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品出村進(jìn)城創(chuàng)造條件。

1.2 變力彈簧支吊架性能要求

變力彈簧支吊架整定荷載的實(shí)測值與設(shè)計(jì)要求的整定荷載值（理論值）的偏差不應(yīng)超過5%。

1.3 吊架彈簧性能要求

不論是恒力吊架還是變力吊架，基本都是以彈簧作為主要蓄能部件，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3-4]對吊架用彈簧的剛度也有一定規(guī)定，要求在工作范圍內(nèi)的實(shí)際剛度與理論剛度偏差不大于10%，其計(jì)算公式為：

式中：k為彈簧實(shí)際剛度；k′為彈簧理論剛度；ωmax為彈簧吊架位移指示牌所示最大位移處的荷載值；ωmin為彈簧吊架位移指示牌所示最小位移處的荷載值；t為彈簧吊架位移指示牌所示的位移量（理論工作行程）。

2 支吊架性能測試方法

規(guī)范[5]要求支吊架出廠時(shí)必須進(jìn)行性能測試，確保其性能滿足規(guī)范要求。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，支吊架性能會(huì)不可避免地出現(xiàn)退化，因而對在役支吊架進(jìn)行性能測試就顯得十分必要。目前對于恒力/變力支吊架的性能測試主要有直接測試法和間接測試法，直接測試法是采用力傳感器直接獲得支吊架的載荷數(shù)據(jù)，間接測試法一般是通過測量吊桿應(yīng)變推算支吊架的載荷數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的支吊架性能直接測試方法一般是選用合適的連接工裝，將恒力/變力支吊架安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，通過合適的連接件與力傳感器相連，保證支吊架與傳感器間的連接拉桿在試驗(yàn)全過程中與垂線夾角不超過4°。然后操作試驗(yàn)臺(tái)，使支吊架在總位移行程內(nèi)上下移動(dòng)，移動(dòng)行程不應(yīng)小于規(guī)定的全行程值，同時(shí)確保各運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作靈活，不出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，不與非運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生碰撞或干涉[5]。以此得到測試吊架的荷載-位移曲線、最小及最大荷載值，并計(jì)算荷載偏差度或恒定度。傳統(tǒng)測試方法的優(yōu)點(diǎn)是直接明了，但需要固定的試驗(yàn)臺(tái)架或固定力傳感器的工裝，適合制造廠家的出廠性能測試，對于在役支吊架的性能測試則較為不便。

間接測試法通過在吊桿上粘貼應(yīng)變片獲得整個(gè)位移行程內(nèi)吊桿軸向應(yīng)變的數(shù)據(jù)，該方法無需完全拆卸吊架，只要在現(xiàn)場將吊架松弛，粘貼應(yīng)變片后即可測試吊架在位移行程內(nèi)的載荷數(shù)據(jù)，也無需笨重固定的試驗(yàn)工裝，操作較為簡單便捷。不過測試數(shù)據(jù)受粘貼應(yīng)變片的質(zhì)量及測試精度影響較大，同時(shí)也無法獲得平滑連續(xù)的數(shù)據(jù)曲線，只能分段獲得各測試點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而擬合成一條完整的曲線以進(jìn)行吊架性能數(shù)據(jù)計(jì)算。

通過間接測試法獲得吊架的荷載數(shù)據(jù)的計(jì)算公式如下：

式中：F為吊架荷載；σ為應(yīng)力；S為吊架橫截面積；E為吊桿材料彈性模量；ε為吊桿軸向應(yīng)變；r為吊桿截面半徑。

考慮到在役管道支吊架的工作情況，完全拆下吊架費(fèi)時(shí)費(fèi)力，直接測試法的試驗(yàn)工裝也不容易運(yùn)到現(xiàn)場，所以間接測試法較為適用于在役支吊架的現(xiàn)場性能測試。依據(jù)間接測試法原理建立測試系統(tǒng)，如圖1所示，其中數(shù)據(jù)采集儀型號為：東華DH5908無線動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀；電阻式應(yīng)變片型號為：中航電測BE120-3BA-P1K。

圖1 測試系統(tǒng)

為減小吊桿側(cè)向應(yīng)變以及其他因素導(dǎo)致的誤差，采用如圖2所示的1/4橋路連接方式[6]，其中應(yīng)變片1為工作片，應(yīng)變片2為補(bǔ)償片。粘貼的應(yīng)變片可以選用1片雙向應(yīng)變片或2片呈90°夾角粘貼的單向應(yīng)變片。

圖2 應(yīng)變片粘貼方式以及橋路連接方式

3 工程實(shí)例

某600 MW超超臨界機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行7年，共累計(jì)運(yùn)行約5萬h，各主要管系支吊架宏觀檢查狀態(tài)良好。在停機(jī)檢修期間選取主汽-高旁-冷段管系、熱段-低旁管系中各一組吊架進(jìn)行性能測試，結(jié)合管系應(yīng)力分布情況以及現(xiàn)場吊架檢查情況，選取了高旁管道5號雙拉桿恒力吊架以及熱段4號單拉桿彈簧吊架進(jìn)行測試。2組吊架的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，吊桿材料、尺寸參數(shù)見表2。

表1 吊架設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 吊桿材料、尺寸參數(shù)

3.1 高旁5號雙拉桿恒力吊架

選取高旁5號雙拉桿恒力吊架中的后側(cè)吊架為測試對象，首先將吊架完全松弛，連接儀器并進(jìn)行平衡、清零。按照吊架指示刻度順序（10→0→10）進(jìn)行全行程范圍內(nèi)的性能測試，所測得的吊桿應(yīng)變數(shù)據(jù)，以及由此計(jì)算出的吊架載荷數(shù)據(jù)詳見表3，載荷-位移曲線詳見圖3。

圖3 高旁5號吊架（后側(cè)）載荷-位移曲線

由測試結(jié)果計(jì)算可得：該恒吊的恒定度為4.7%（小于6%），最大荷載離差為5.3%（小于6%），均符合規(guī)程要求，吊架性能正常。

3.2 熱段4號單拉桿彈簧吊架

測試前先測得該彈簧吊架在冷態(tài)拔銷位置處時(shí)對應(yīng)的彈簧高度為279 mm，相應(yīng)的理論熱態(tài)位置對應(yīng)的彈簧高度為273 mm。將吊架松弛至彈簧高度為285 mm處鎖死吊架、松弛吊桿，連接儀器并進(jìn)行平衡、清零。按順序（彈簧高度285 mm→273 mm→279 mm）進(jìn)行全行程范圍內(nèi)的性能測試，所測得的吊桿應(yīng)變數(shù)據(jù)，以及由此計(jì)算出的吊架載荷數(shù)據(jù)詳見表4，載荷-位移曲線詳見圖4。

表4 彈簧吊架應(yīng)變、載荷測試值

圖4 熱段4號吊架載荷-位移曲線

由測試結(jié)果計(jì)算可得：該彈簧吊架冷態(tài)載荷最大偏差為2.9%（小于5%）、熱態(tài)載荷最大偏差為1.9%（小于5%），符合規(guī)程要求；彈簧在工作

Research on Performance Test of In-service Pipe Hangers and Supports in Thermal Power Plant

LIU Ming，CHEN Rui，HE Guikuan
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310000，China）

The performance of hangers and supports is key to pipe operation safety in thermal power plant.In accordance with requirements of relevant specifications on the performance of hangers and supports，advantages and disadvantages of two hangers and supports performance test methods are compared.Based on operation characteristics of in-service hangers and supports，a test system that indirectly obtains performance parameters of hangers and supports by strain gauge pasting is developed and successfully used for performance test of hangers and supports of 600 MW ultra-supercritical units，providing experience for performance test of supports and hangers with the same type.

pipe；support and hanger；performance test；strain gauge

TK226

B

1007-1881（2016）06-0038-04