火電廠蒸汽管道應變測量及應力分析討論

王紅豆

【摘要】隨著我國社會經濟的發展，我國對電力資源的需求不斷增加，火電廠作為我國電力事業中的重要組成部分，在現代社會中發揮著越來越重要的作用。為了提高火電廠運行的安全性和可靠性，本文對火電廠蒸汽管道進行了應力分析，并對管道支吊架優化調整進行了探討。

【關鍵詞】火電廠；應變測量；應力分析；優化調整

引言

隨著我國電力事業的發展，火電廠機組容量不斷增加，蒸汽管道設計參數不斷提高，這就給蒸汽管道的安全運行帶來了嚴重的安全隱患。火力發電廠是一個龐大復雜的結構體系，蒸汽管道在運行過程中可能會產生管道結構發生變形、支吊架松弛等情況，嚴重影響電網的安全穩定運行，所以對蒸汽管道進行應力分析和支吊架優化調整對管道安全運行起到了至關重要的意義。

1、火電廠蒸汽管道應力分析

1.1 火電廠蒸汽管道的特點

火電廠蒸汽管道是電廠鍋爐和汽輪機之間進行蒸汽傳輸的主要通道，這就決定了火電廠蒸汽管道具有明顯特點：（1）高溫、高壓，尤其是火電機組在超臨界運行狀態下，蒸汽的溫度和壓力會不斷提高；（2）火電廠機組工況以及管道溫度變化使管道產生位移；（3）管道較長、管道兩端位差比較大、焊縫彎頭較多，管道容易產生薄弱環節；（4）主蒸汽和再熱蒸汽之間的管道采用支吊架進行支吊，對支吊架依賴程度比較大；（5）蒸汽管道的安全性也是其非常重要的特點。

1.2 火電廠蒸汽管道應力基本概念及應力分析的意義

火電廠蒸汽管道載荷包括管道自重、閥門、法蘭、風力、地震以及支吊架等產生的載荷，此外，還包括壓力、蒸汽沖擊波等引起的載荷，不同的載荷會給蒸汽管道帶來不同程度的破壞，一般將蒸汽管道應力分為一次應力和二次應力。一次應力主要包括管道內部壓力、自重以及外部受力等產生的應力；二次應力主要是由于管道內部熱脹冷縮產生的應力，這也是管道產生疲勞損壞的主要原因；應力分析是管道設計的重要環節，對于管道質量、結構、壓力以及安全運行等具有重要的意義。應力分析的目的就是分析管道運行中受到哪些因素的影響，將這些因素進行排除，保證管道在各種環境下都能夠安全穩定的運行。

1.3 火電廠蒸汽管道應力分析原理和計算方法

管道應力分析主要分為靜力分析和動力分析，應力分析主要采用梁模型進行模擬，計算方法一般是基于有限單元法，有限單元法可以將整個管道受力、變形以及各個節點的受力和位移體現出來，通過單元分析，利用高斯消元法求出各個單元內點的應力。有限單元法能夠計算樹樁分支的管系，也能計算環狀閉合管系；動力分析也主要采用有限單元法，主要是對物體受到載荷充分考慮阻尼力和慣性力等因素，同樣采用高斯消元法計算應力，并采用積分法和振型疊加法求出管系的動力響應以及固有頻率等。

2、管道支吊架優化調整

2.1 支吊架類型及作用

承重支吊架，包括可變彈簧支吊架和恒力支吊架等，主要作用是限制載荷轉移，安裝位置主要在管道垂直位移較大、位移較小以及無垂直位移地方；震動控制裝置，這主要用于控制管道的振動和沖擊，主要應用于需要控制沖擊、流體震動以及受地震影響的地方；限位支吊裝置，這主要起到限位作用，防止管道發生位移，主要用于管系中需要限制位移或者引導管道位移方向的地方。

2.2 支吊架調整和管系應力的關系

管道所受的一次應力和二次應力主要受到溫度、管道自重、布置方式、支吊架以及壓力等的影響，其中管道所受壓力、管道自重以及支吊架等因素影響管道的一次應力，溫度、布置方式以及受力等影響管道的二次應力。在這些因素中，支吊架的載荷與應力大小以及管道的安全運行密切相關。一般情況下，可以通過調整支吊架來改善管道的應力分布，保證管道安全、穩定的運行，延長管道使用壽命。

2.3 管道支吊架常見問題與優化調整

管道支架常見的問題主要包括支吊架安裝不當、彈簧支吊架承載異常、支吊架結構損壞、管道熱膨脹受阻、阻尼器狀態異常以及剛性支吊架卡塞脫空等。由于設計規劃與實際管道自重、支吊架安裝位置以及保溫材料厚度等存在偏差，所以在進行支吊架優化調整時其承受載荷與設計載荷相近即符合要求。調整方法包括管系應力分布不變法和管系應力重新設計法，管系應力不變法是保持管系原有的應力分布，對管道支吊架進行調整，主要用于無明顯下沉和支吊架失效率較低的管道。管系應力重新設計法主要是對管系運行中的應力進行重新設計，這種方法能夠有效控制管道的位移，適用于下沉明顯和支吊架失效率高的管道。調整過程包括冷態調整和熱態調整，冷態調整主要是在管道運行前對管道各個零件和參數進行調整，熱態調整是機組在標準負荷下對支吊架進行參數調整，使支吊架運行狀態符合設計要求。

3、結語

隨著我國電力事業的發展，對火電廠的要求不斷提高，這就需要相關人員對火電廠管道和支吊架進行嚴格的應力分析和優化調整，確保管道和支吊架處于正常、有效狀態，保證電廠的安全運行，促進我國電力事業的發展。

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