低溫再熱蒸汽管道下沉原因分析及處理措施

王光林 馬強 于濤

摘要：某電廠低溫再熱蒸汽管道在吹管后出現異常下沉，恒力彈簧吊架普遍處于下極限位置。文章通過分析找出導致管道下沉的主要原因，并針對此提出了替換3組恒力彈簧吊架為剛性吊架，更換4組恒力彈簧吊架的處理方案以及高溫蒸汽管道下沉的預防建議，方案實施后管道下沉問題得到有效解決。

關鍵詞：低溫再熱蒸汽管道；管道下沉；恒力彈簧吊架；吹管；剛性吊架 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK284 文章編號：1009-2374（2016）18-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.014

火電機組的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道及高壓給水管道均為高溫高壓管道，其運行狀況影響機組的安全運行。管道支吊架的作用是支承管道重量，平衡介質反力，限制位移及防止震動，保證管道應力及設備接口力和力矩在許用范圍內。

某電廠2×350MW超臨界機組低溫再熱蒸汽管道在吹管及機組帶負荷運行后出現異常下沉、支吊架運行異常的情況，部分恒力彈簧卡死于下極限位置，無法回復到原冷態位置。本文通過分析該工程管道下沉及支吊架運行異常的原因，提出處理方案。經現場處理后，管道和支吊架均運行正常，沒有出現管道下沉和支吊架運行異常的情況，能夠滿足機組安全穩定運行的要求。

1 低溫再熱蒸汽管道吹管及機組帶負荷運行后支吊架異常狀況描述

低溫再熱蒸汽管道的主要參數見表1：

本工程低溫再熱蒸汽管道從高排出口單管接出，到爐前分為兩路，接入鍋爐低溫再熱器進口集箱。管道及支吊架布置示意圖如圖1所示：

G1至G18為鍋爐廠設計范圍內支吊架；1至16為設計院設計范圍內支吊架；+X：固定端至擴建端，+Y：汽機至鍋爐，+Z：豎直向上

圖1 低溫再熱蒸汽管道支吊架布置示意圖

機組吹管過程中，低溫再熱蒸汽管道就出現明顯下沉，1、9、G8、G9、G16、G17#吊架處于下極限位置，其中9#吊架造成指針彎曲，鍋爐接口處G1～G3，G10～G15#吊架指針在70%左右位置，G4、G7、G18、2～7#吊架指針均在80%以上。吹管結束后，發現低溫再熱蒸汽管道并未回到冷態位置，反而繼續下沉，大部分恒力彈簧吊架均處于下極限位置。

帶負荷運行后，管道從冷態到熱態本應向上膨脹，但下沉部分管道并未運行到應有的熱態位置，大部分恒力彈簧吊架還處于下極限位置，通過實際熱態工況與計算工況對比，爐前母管處熱位移相差200mm以上。

2 低溫再熱蒸汽管道下沉原因分析

2.1 低溫再熱蒸汽管道剛度不夠，缺少垂直限位裝置

本工程低溫再熱蒸汽管道從汽機房B列11.18m處的13#剛性支架處至鍋爐側標高48.76m低溫再熱器進口集箱之間，無任何垂直限位裝置或剛性吊架，且除G5～G7、G13、G14因熱位移稍小采用變力彈簧外，從11號吊架至鍋爐接口的所有吊架為了滿足熱膨脹要求，均為恒力彈簧吊架，恒力彈簧吊架對管道的熱位移沒有任何約束作用，如果管道總重量大于支吊架設計重量，在恒力吊架占大多數的情況下不能抵消所增加重量，恒力彈簧只能下拉至下極限位置以承擔增加的部分重量。

整個低溫再熱蒸汽管道剛度小，在垂直落差近40m、水平跨度超過50m的范圍內缺少垂直限位裝置，未設置剛性吊架，管道剛度不夠，穩定性變差。

2.2 鍋爐廠范圍內支吊架選型未考慮支吊架零部件重量

隨著機組向大容量、高參數方向的不斷發展，管道尺寸越來越大，支吊架零部件重量也不斷增加。如果在支吊架設計過程中不考慮零部件的重量，就會造成管道各支吊點選型載荷與實際荷載不符，導致管道下沉。

經過核查本工程設計院范圍內支吊架設計時考慮了支吊架零部件的重量，但鍋爐廠供貨范圍內彈簧選型未考慮，根據統計，鍋爐廠供貨范圍內管道系統未考慮的零部件質量約1.8t，且鍋爐廠供貨范圍內吊架大部分為恒力彈簧吊架，會出現前文所述的恒力彈簧吊架的荷載小于各個吊點的實際重量，出現“提不動”的情況，從而發生管道下沉。

2.3 吹管參數超過低溫再熱蒸汽管道設計參數

本工程低溫再熱蒸汽管道設計壓力為5.072MPa，設計溫度為338.54℃；管道材質分別為A672 B72 CL32和SA-106C（鍋爐廠供貨）。中國電力工程顧問集團公司《關于印發火力發電廠超（超）臨界機組四大管道設計專題研討會議紀要的通知》中說明：A672 B72 CL32材料僅限于設計溫度≤415℃時使用。《ASME B31.1-2010》中第124.2章節關于材料的限制中有如下描述：普通碳鋼、普通鎳合金鋼、碳錳合金鋼、錳釩合金鋼和碳硅鋼的碳化物金相組織，在高于800°F（427℃）溫度下長期使用時可能會石墨化。

根據現場的吹管記錄，不同時間段的低溫再熱蒸汽的吹管溫度均高于設計溫度，吹管最高溫度超過495℃，超過427℃的吹管時間超過30小時。

低溫再熱蒸汽管道吹管后各支吊點位移值與設計冷態位移差距較大，表明管道吹管冷卻后未恢復到設計狀態，管道可能發生塑性變形，后續需委托有相應資質單位對管道進行金相組織檢測，并對管道壽命進行評估。

2.4 對恒力彈簧支吊架性能進行測試

低溫再熱蒸汽管道中配備了大量的恒力彈簧支吊架，在理想狀態下，恒力彈簧在行程范圍內荷載是一致的。但如果恒力彈簧質量不好，荷載就會出現偏差，就會對管系的冷、熱位移產生較大的影響。根據《恒力彈簧支吊》（JB/T）的要求，恒力彈簧的恒定度要控制在6%以內，建議對本工程采用的恒力彈簧支吊進行恒定度測試，如恒定度不滿足要求則需更換恒力彈簧支吊架。

3 處理方案及結果

3.1 處理方案

（1）將9、G8、G16#恒力彈簧改為剛性吊架并重新進行應力計算，根據計算結果需更換2、6、7、11#支吊架彈簧；（2）對13#剛性吊架進行現場加固，防止荷載轉移到此處；（3）重新應力計算后鍋爐再熱器接口推力及力矩增加，重新發鍋爐廠確認強度。

3.2 結果

施工過程中無法讓管道提升至原始安裝位置，但機組重新運行后，因增設了剛性吊架，未出現管道下沉的情況，恒力彈簧吊架處于正常指示位置。

4 預防高溫蒸汽管道下沉的建議及措施

結合本文低溫再熱蒸汽管道出現異常下沉的情況，為了保證高溫蒸汽管道安全穩定運行，提出高溫蒸汽管道設計、支吊架選型和安裝時的五點建議：（1）高溫蒸汽管道要有一定剛度，要根據管道布置情況合理設置垂直限位裝置或者剛性吊架，提高管系的穩定性，起到控制垂直位移的作用，避免設置大量連續恒力彈簧吊架，剛性吊架要適當增大結構荷載，以應對可能出現的荷載轉移情況；（2）管道支吊架設計時應充分考慮選型載荷和實際載荷的偏差。本文分析的低溫再熱蒸汽管道采用外徑管，壁厚偏差很小，但對某些大口徑內徑管，壁厚偏差較大，建議進行應力計算時根據到貨的實際管道規格進行輸入，同時也要注意模擬三通彎頭等管件的實際重量。設計院在彈簧選型時，要考慮支吊架零部件的重量；（3）嚴格控制現場吹管參數，在滿足吹管要求的前提下，吹管參數盡量低于管道的設計參數，并避免長時間超溫吹管；（4）選擇質量優良的恒力彈簧，并對恒力彈簧的恒定度進行檢查；（5）施工單位嚴格按照相關標準及要求對高溫蒸汽管道及支吊架進行安裝，彈簧的承載力與其整定荷載應相平衡，直至鎖定裝置能自由地取出，彈簧鎖定裝置應有序批量解除，不得零星解除。在做任何調整前，施工單位應將管系中所有彈簧支吊架荷載/位移指示的原始位置都記錄下來，做到安裝調整數據可以追溯，便于情況分析。

5 結語

本文通過分析找出了管道下沉的主要原因：管道剛度不夠，缺少垂直限位裝置；鍋爐廠供貨范圍內恒力彈簧吊架選型未考慮零部件，導致支吊架承載能力偏小，提不動整個低溫再熱蒸汽管道；吹管參數過高，吹管時間過長，管道可能產生塑性變形；建議對所選恒力彈簧的恒定度進行測試。

將3組恒力彈簧吊架改為剛性吊架，更換4組恒力彈簧吊架，有效地解決了管道下沉和恒力彈簧吊架工作異常的問題。

通過原因分析和實際問題的解決，提出預防高溫蒸汽管道下沉的幾點建議，為高溫蒸汽管道設計及支吊架選型及安裝提供參考經驗。

參考文獻

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作者簡介：王光林（1983-），男，山東濟南人，山東電力工程咨詢院有限公司中級工程師，碩士，研究方向：熱機

設計。

（責任編輯：黃銀芳）