燃氣發電機組連通管道膨脹異常分析與治理

摘要：針對某9F級燃氣輪機多軸聯合循環燃氣發電機組再熱器2到再熱器1連通管長期膨脹異常問題，從力學角度進行了分析，現場測量了實需載荷，依據測量數據進行了管道受力優化，恒力吊架載荷優化配置后管道應力計算校核合格，機組重新啟動后再熱器2到再熱器1連通管膨脹正常。該研究可為同類型機組的相關管道膨脹異常問題治理提供有益的思路。

關鍵詞：燃氣輪機；再熱器連通管；膨脹異常；受力優化；恒力吊架

中圖分類號：TK478" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）21-0066-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.21.016

0" " 引言

支吊裝置是管道系統的重要組成部分，起著承受管道重量、限制管道位移和控制管道振動的重要作用，相關學者對其理論及工程應用做了大量有益的工作[1-5]。根據DL/T 616—2006《火力發電廠汽水管道與支吊架維修調整導則》及DL/T 438—2016《火力發電廠金屬技術監督規程》的規定，應對運行達到一定時間或存在問題的管道支吊架進行檢驗、計算、調整或更換，以改善支吊架的工作狀況，使其達到或接近設計要求，給管道及機組的安全運行創造必要的條件。

本文以某9F級燃氣輪機多軸聯合循環燃氣發電機組再熱器2到再熱器1連通管長期膨脹異常問題為例，介紹相關管道膨脹異常問題的解決思路。

1" " 背景介紹

某公司聯合循環燃氣發電機組余熱鍋爐是由DELTAK公司生產的DINO-6196型臥式三壓再熱自然循環鍋爐，每臺余熱鍋爐通過GE9F燃氣輪機產生的高溫排氣加熱爐內循環工質，余熱鍋爐型式為臥式、三壓、再熱、自然循環的無補燃鍋爐，鍋爐露天布置，機組主設備為美國GE公司生產的78萬kW“二拖一”多軸聯合循環燃氣發電機組。該公司1、2號余熱鍋爐的再熱器2到再熱器1連通管，長期存在恒力吊架冷態處于上極限位置、熱態管道膨脹向下不足的問題，管道長期膨脹異常，變形明顯。1、2號機組余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管主要設計參數如表1所示。

單臺機組再熱2至再熱1連通管配置有導向支架4處、限位支架2處、恒力吊架4處，其分布位置如圖1所示。

對上述支吊架的檢驗結果表明：冷態時，1、2號機組余熱鍋爐再熱2到再熱1連通管共計8處恒力吊架均未承載；熱態時，1、2號機組余熱鍋爐再熱2到再熱1連通管共計8處恒力吊架均存在下位移不足的問題。具體檢驗結果如表2所示。

2" " 實需載荷測試及分析

利用HBM數據采集儀、稱重傳感器、采集軟件在現場搭設了余熱鍋爐再熱2到再熱1連通管吊點實需載荷測試平臺。在原恒力吊架完全卸載條件下，現場利用手拉葫蘆、鋼絲繩、稱重傳感器組成串聯系統，在恒力吊架吊點處替代恒力吊架進行承載，稱重傳感器通過信號線纜將載荷鏈路上的載荷信息實時傳遞至HBM數據采集系統。通過分次收緊手拉葫蘆的方式進行加載，直至找出各吊點處管道產生提升位移的臨界載荷。以#30恒力吊架為例，測點的臨界載荷測量結果如圖2所示。

圖2所示現場載荷測試的載荷—時間曲線中，3個波峰依次代表收緊手拉葫蘆時的載荷、第一次提升管道載荷（此時手拉葫蘆受力，但管道暫未產生提升位移）、管道剛發生提升位移時的載荷，選取第三個波峰，即管道剛發生提升位移時對應的傳感器載荷作為此吊點處管道實需載荷。

為排除載荷轉移因素的影響，需對單臺機組4組恒力吊架吊點處實需載荷進行同時測量，測量結果如表3所示。

余熱鍋爐再熱2到再熱1連通管總長54.892 m，集箱下方X方向管段重量由支管傳遞至爐內集箱，由恒力吊架承擔重力載荷的集箱外側管段長度小于34.199 m，管道單位長度自重為440 kg/m，則4組恒力吊架總載荷應不超過150.47 kN，介于原設計恒力吊架總載荷與現場測試管道的實需總載荷之間，現場測試管道的實需載荷合理。

3" " 管道應力計算

余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管管道支吊架計算編號與設計圖支吊架編號一致，恒力吊架工作載荷按照原設計載荷進行賦值計算，管道應力計算模型如圖3所示，管道計算材質及工況參數如表4所示。

由計算結果可知：余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管管道最大一次應力、最大二次應力均在允許范圍之內，管道應力合格。余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管一次應力最高為允許值的51%（最大應力如圖4所示），最大二次應力為允許值的6%（最大應力位置如圖5所示）。

以第2章節所得現場測試管道實需載荷結果作為恒力吊架工作載荷賦值于管道應力計算模型，以分析其受力狀態與應力分布情況。由計算結果可知：在實測管道受力條件下，余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管管道最大一次應力、最大二次應力均未超標，管道應力合格。余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管一次應力最高為允許值的45%（最大應力如圖6所示），最大二次應力為允許值的6%（最大應力位置如圖7所示）。

4" " 機組重啟后復查結果

按照現場所測的管道吊點實需載荷重新配置恒力吊架并于檢修期進行更換處理，1、2號機組重新啟動正常運行后對1、2號機組余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管支吊架進行了全面熱態復查。復查結果表明：經調整后管道支吊架承載及熱膨脹均恢復正常，運行狀態得到了明顯改善，復查結果如表5所示。

5" " 結論

本文所介紹的某電廠1、2號機組余熱鍋爐再熱2至再熱1連通管支吊架整改前，8組恒力吊架（單臺機組4組恒力吊架）狀態均異常，熱態時管道向下熱位移嚴重不足，管道坡度明顯異常，嚴重影響設備的長期安全運行。經管道實需載荷測量、力學分析、管道應力校核計算、現場實施幾個環節工作的實施，管道支吊架承載及熱膨脹均趨于正常，運行狀態得到了明顯改善，達到了預期的整改目的，能夠滿足機組及管道安全運行需要。

本文所介紹的管道異常膨脹問題處理方案可為在建和運行電廠的管道異常膨脹及受力惡化問題提供有效的參考借鑒，對保證機組的正常運行具有重大意義。

6" " 建議

火力發電廠汽水管道及其支吊架在工作過程中，其狀態是會逐漸發生變化的，各發電廠須按照DL/T 616—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，并建立相應的管理制度，避免因受力問題造成管道嚴重下沉等事件。

[參考文獻]

[1] 程勇明，趙博，鄧玲惠.供熱管道焊縫開裂力學分析及治理研究[C]//2020年中國電機工程學會年會能源電力轉型與數字化論文集，2020：11.

[2] 王軍民，鄧玲惠，吳曉俊，等.低溫再熱器入口管道線狀偏離機理分析[J].熱力發電，2019，48（10）：105-110.

[3] 鄧玲惠，王軍民，陳盛廣，等.布置型式對動力管道異常大位移影響計算[J].熱力發電，2021，50（4）：120-125.

[4] 王軍民，陳盛廣，衛大為，等.凝結水入口管道補償器頻繁撕裂原因分析及消除對策[J].熱力發電，2012，41（7）：112-115.

[5] 吳曉俊，鄧玲惠，衛大為，等.某電廠600 MW超臨界機組集中下水管支吊架調整與分析[C]//第九屆電站金屬材料學術年會論文集（第二卷），2011：295-298.

收稿日期：2024-06-20

作者簡介：袁海波（1968—），男，浙江舟山人，工程師，研究方向：火力發電廠管理。

通信作者：唐勇（1966—），男，江蘇鹽城人，高級工程師，研究方向：熱能動力工程。