電站鍋爐蒸汽管道及支吊架安全狀態檢查方法

林慶宇，譚凱芬，黃慶華，張 琳，劉 彬，藍 焱，譚雄健

（廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530200）

0 引言

發生于2016 年的當陽“8.11”重大高壓蒸汽管道裂爆事故導致22 人死亡4 人重傷，直接經濟損失達2000 多萬元，其慘痛教訓仍歷歷在目，電站鍋爐蒸汽管道大多屬于高溫高壓管道，其膨脹量大、安全性和可靠性要求高，一旦發生事故，造成的損失和社會影響極其嚴重。

管道系統安全性能主要取決于運行狀態、管道材質以及受力狀態，運行狀態是由工作要求來決定的[1]，管道材質由制造、安裝質量及運行狀態決定[2，3]，而受力狀態則主要取決于管道布置及沿程支吊裝置的設置。支吊架失效會增加管道應力、降低管道壽命，影響管道及設備的安全運行，增加管道振動的危險性[4-6]。因此，管道及支吊架的安全狀態正常與否將直接影響蒸汽管系應力水平的高低和長期安全運行，而這往往是安裝單位在管道、支吊架安裝過程以及使用單位在日常運行及維護管理中最易于忽視的。無論是新建機組還是運行若干年的老機組，當發現管道及支吊架存在問題時，都需要先對對整個蒸汽管道系統進行安全狀態檢查，然后根據檢查結果對管系進行安全狀態評估及應力分析，再進一步制定調整方案，使其達到或接近設計狀態。

根據“鍋規”要求，電站鍋爐監督檢驗及定期檢驗均需要對管道及支吊架進行檢驗。但“鍋規”并未對檢驗方法及要點進行詳細要求，本文從資料收集與審查、現場檢查及測量、各階段檢查重點等方面系統地介紹了電站鍋爐檢驗過程中蒸汽管道及支吊架安全狀態檢查方法與重點，為檢驗人員開展電站鍋爐蒸汽管道及支吊架檢驗提供入門指導，為進一步制定針對性檢驗方案提供參考，同時，還能為進一步對管系進行安全狀態評估、應力計算分析及制定支吊架調整方案打下堅實基礎，也能為同類壓力管道設計、安裝及使用單位的相關技術管理工作提供借鑒。

1 檢查工作流程

根據相關標準[7-9]要求及文獻[1，10]經驗總結，電站鍋爐蒸汽管道及支吊架安全狀態檢查主要工作流程包括管道資料收集與審查、現場檢查及現場測量，具體如圖1 所示。

圖1 檢查工作流程

2 管道資料的收集與審查

2.1 管道及支吊架資料收集

管道及支吊架資料主要包括：設計資料、安裝資料、設備廠家資料、運行及檢修資料等，具體如下：

2.1.1 設計資料

（1）管道和支吊架設計圖紙（包含：系統流程圖、安裝圖及設計修改通知單）。

（2）標記支吊架型式及位置、焊縫位置、管段尺寸、管道坡度的立體圖（或者工廠配管圖）。

（3）管道應力計算原始數據（包括：管道材料、規格、單位重量、端點附加位移，計算壓力、計算溫度、環境溫度及相應條件下的許用應力、彈性模量、線膨脹系數等）、應力計算成果表（包括：冷態、熱態、水壓試驗、偶然荷載、風載或地震工況下的應力安全判別、端點作用力和力矩表）、支吊架一覽表（含冷、熱態位移）。

（4）管道技術條件、管道明細表。

2.1.2 安裝資料

（1）安裝修改的內容記錄及詳圖，施工移交時的驗收資料。

（2）記錄焊口位置、支吊架實際安裝情況的安裝資料。

（3）安裝時實際采用的保溫結構和保溫材料的容重。

（4）管道的焊接工藝和施焊記錄以及焊接檢驗記錄。

2.1.3 設備廠家資料

管道與設備連接處設備生產廠家提供的允許推力和力矩。

2.1.4 運行及檢修資料

（1）機組投運后管道系統（包括管子、管件、閥件、支吊架和各種附件等）的改造、修理和調整資料。

（2）管道運行參數和波動情況資料。

2.2 資料審查與分析

資料審查與分析的主要工作如下：

（1）對原設計資料進行審核，建立管系應力分析計算模型，進行設計校核，核算最大應力分布、設備端點推力及推力矩、支吊架荷載及位移值，繪制管道單線圖供檢查使用。

（2）審查支吊架歷次檢驗、更換及調整資料，其他對管道應力有影響的管道改造、修理等資料也應審查。

（3）審查管道實際運行參數（溫度、壓力）及其波動情況是否符合設計要求。

3 管道及支吊架現場檢查

管道及支吊架檢查可及時發現其安全隱患，避免管道和支吊架缺陷擴展。管道及支吊架檢查一般分為停機狀態下的冷態檢查和運行狀態下的熱態檢查，將支吊架整體狀態、冷、熱態位移等信息進行記錄。檢查主要依據管道和支吊架設計資料。對于在役機組，還需要參考管道及支吊架歷次檢驗、更換、調整、改造及修理等資料。檢查所用到的工具一般有：望遠鏡、相機、激光測距儀及刻度尺等。

3.1 支吊架類型簡介

管道支吊架按其功能可分為三大類，每種類型按用途又可分為若干種型式，具體如表1 所示。

表1 支吊架分類及類型

3.2 管道及支吊架檢查內容

3.2.1 管系整體檢查

（1）檢查管系端口處膨脹情況是否與設計相符，膨脹異常時檢查端口是否有受損現象。

（2）檢查管道安裝情況是否與設計相符，包括管道安裝位置及管段長度；其熱膨脹位移量是否與設計相符，膨脹是否受相鄰建筑物、設備或構件的限制，除了裝設限位裝置、剛性支吊架、固定支架的部位外，管道不能膨脹受阻。

（3）檢查管道是否受過異常沖擊荷載或劇烈振動，如造成焊接接頭開裂、螺栓松動、零部件變形及損壞等；管道保溫是否完好。

（4）檢查支吊架安裝情況是否與設計相符，包括支吊架安裝位置、總數量、支吊架類型和型號、支吊架結構、支吊架偏裝情況；檢查支吊架鎖緊螺母是否鎖緊；檢查承載結構焊縫是否開裂；對于高溫蒸汽管道還應檢查支吊架管部合金材質的復驗情況，必要時進行現場抽查；管道支吊點的定位與設計的偏差值不應超過20 mm[7]。

（5）檢查支吊架是否存在變形或劣化的跡象，如表面變形和腐蝕等；是否有阻礙機構正常位移的外部障礙。

3.2.2 支吊架功能件檢查

（1）變力彈簧支吊架：鎖定裝置是否去除，是否過度壓縮、失載、卡死；彈簧是否偏斜、折斷；行程有無卡澀；彈簧盒內有無銹渣或其他雜物。

（2）恒力彈簧支吊架：鎖定裝置是否去除，位移指針是否缺失；位移指針是否越限，在行程范圍兩端是否有余量；固定銷軸是否干涉回轉框架。

（3）剛性吊架、滑動支架、導向支架、固定支架和限位裝置：工作面應平整，無卡澀或脫空現象；主要受力焊縫是否有裂紋，是否存在破壞現象；剛性吊架是否受力正常，無失載；固定支架是否牢固可靠，螺栓松脫。

（4）阻尼器、減振器：阻尼器的油系統與位移行程是否正常，是否漏油；減振器結構是否完好。

3.2.3 支吊架連接件檢查

（1）檢查支吊架吊桿是否扭曲、彎曲變形；剛性吊架、彈簧吊架吊桿與垂線之間夾角應分別不超過3°、4°[7]。

（2）檢查吊桿螺紋是否至少高出花籃螺母螺孔內端面15 mm[8]。

3.2.4 支吊架根部檢查

（1）檢查根部輔助鋼結構是否有明顯變形；支吊架根部混凝土結構（支墩）是否有裂縫、損壞。

（2）檢查連接的基板與設計是否相符。

3.2.5 支吊架管部檢查

（1）檢查管夾、管卡或支座是否與管道正確連接；橫擔是否傾斜嚴重；零部件是否有明顯變形、松動或脫落情況。

（2）防反沖剛性吊架橫擔與管托之間不得焊接，熱態間距符合設計要求。

（3）檢查滑動支架、導向支架和限位裝置管部是否越限；帶聚四氟乙烯板的滑動支架或導向裝置，應檢查其管部的滑動底板在冷、熱態是否均覆蓋聚四氟乙烯板；導向裝置、限位裝置是否對管道管部產生超出設計范圍的約束。

3.3 典型缺陷實例

典型缺陷實例如圖2～6 所示。

圖2 管道移位、彈簧支架脫空

圖3 管部與平臺扶梯干涉

圖4 吊桿傾斜超標

圖5 變力彈簧支吊架銷釘未拔

圖6 恒力彈簧支吊架指針位于下極限

4 管道及支吊架現場測量

對于存在管道膨脹異常、支吊架受力異常、安裝位置與設計不符等情況的蒸汽管系，需要根據檢查情況綜合判斷，查找原因，必要時需對管道及支吊架相應參數進行詳細測量，以便對管系實際應力情況進行建模分析，主要有以下幾個方面：

（1）管道端口膨脹情況與設計不符時，應測量端口冷、熱態位置，得到端口的移位及膨脹量情況。

（2）管道或支吊架安裝位置、管段長度與設計不符時，應測量管道、支吊架的具體位置。

（3）管道在支吊架點處出現明顯下沉或抬升，現場檢查無其他阻礙管道正常膨脹的建筑物或構件，同時管道、支吊架安裝符合設計要求時，應先檢查閥門、法蘭、三通等管件的重量以及測量管道的實際厚度、保溫材料的實際密度和厚度是否與設計相符，如果符合設計要求，考慮該情況可能是由支吊架性能異常引起，需要對支吊架進行性能試驗，測量其荷載性能。另外，也需要測量管道的下沉量或抬升量。

5 各階段檢查重點

蒸汽管道及支吊架的設計、制造、安裝、運行、改造、修理等階段均會產生影響其安全性能的缺陷，針對各階段自身特點，結合以往檢驗經驗，列舉相應檢查重點如下：

設計階段，重點檢查管道及支吊架設計的合理性和安全性。常見缺陷有：管系整體走向設計、支吊點的位置設置、支吊架連接件選型不合理，支吊架設計荷載或位移與實際情況相差較大，支吊架類型選用錯誤。

制造階段，重點檢查管道出廠參數、支吊架性能數據與設計選型的相符性。常見缺陷有：恒力彈簧支吊架荷載恒定度、荷載偏差度或變力彈簧支吊架荷載偏差度嚴重偏離設計值，管道壁厚偏差過大造成支吊架荷載偏大或不足。

安裝階段，重點檢查安裝情況與設計是否一致。常見缺陷有：支吊架偏裝錯誤，支吊架錯裝、漏裝，支吊架鎖緊螺母未安裝或鎖緊，水壓試驗后支吊架鎖定裝置未解除，管道、支吊架安裝未考慮熱位移影響導致其與相鄰平臺或建筑物干涉，合金材質零部件錯用。

運行階段，重點檢查支吊架是否受力正常，支吊點或端口實際膨脹方向和膨脹量與設計是否基本一致。常見缺陷有：管道異常下沉、抬起或振動，吊桿偏斜超標、支架脫空、阻尼器滲漏油、恒力彈簧支吊架指針接近或超出極限位置、變力彈簧支吊架失載或過載。

改造、修理階段，重點檢查管道、支吊架更換或改造對管系受力的影響。常見缺陷有：所更換閥門或管件與原件重量相差過大導致管系局部受力改變、支吊架狀態異常，支吊架更換后未將彈簧荷載或管道位置恢復至合理狀態，管系增加支路管道（如機組供熱改造）后未進行整體受力分析導致管系受力異常。

6 結語

電站鍋爐蒸汽管道及支吊架是一個完整而細致的系統，本文從資料收集與審查、現場檢查及測量等方面介紹了其檢驗過程中的安全狀態檢查方法及重點，根據該方法能系統全面地檢查管道及支吊架存在的安全隱患，為進一步對管系進行安全狀態評估、應力計算分析及制定調整方案打下堅實基礎。同時，也能為同類壓力管道安裝及使用單位的相關技術管理工作提供借鑒。