再熱蒸汽熱段管道下沉原因分析及治理

劉明，何桂寬，高揚

（華電電力科學研究院，杭州 310000）

1 再熱蒸汽熱段管道概況

某電廠2×300MW亞臨界機組自投產以來，通過支吊架狀態的檢查記錄發現，再熱蒸汽熱段管道部分管段存在不斷下沉的現象。該熱段管道設計溫度為545℃，設計壓力為4.2MPa，主管規格為ID 635mm×31.0mm，支管規格為ID 508mm×24.8mm，管道材質為A335P22，管道及支吊架立體布置如圖1所示。

發生下沉的管段主要為汽輪機側兩支管及所連主管的水平管段，最大下沉量達到30.0mm，位于＃26吊架附近。

2 管道質量核算

為準確獲得管道實際質量，機組檢修期間對熱段管道各管段的實際壁厚進行了測量，主要測量結果見表1。測量結果顯示，管道實際壁厚明顯大于設計壁厚，且超出了GB／T 17395—2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》中管道壁厚最大正偏差應小于12.5%的規定［1］。由對比數據可知，熱段管道實際質量較原始設計值增加了17%左右，查閱相關設計資料可知，管道支吊架是按照理論設計規格進行計算選型的，從而導致現有支吊架載荷與管道質量不匹配，支吊架載荷小于管道重力。

圖1 再熱蒸汽熱段管道（含低壓旁路）立體布置圖

表1 管道壁厚及質量

管道質量增加導致承重支吊架理論設計載荷不足以承受管道重力。該熱段管道上的承重支吊架有剛性吊架、變力彈簧吊架和恒力吊架。剛性吊架主要用于完全約束管系在吊點處垂直向下位移，變力彈簧吊架承載力隨管道支、吊點處管道垂直位移的增加而增大，這兩種類型的吊架都具有一定的自調性，能夠在一定范圍內承載管道增加的重力。而恒力吊架承載力不隨吊點處管道垂直位移的變化而變化，即載荷基本保持恒定，因而恒力吊架不能額外增加載荷用以承擔增加的管道重力，對管道向下位移沒有任何約束作用，所以在連續恒力吊架的管段，管道質量增加后將會導致較為明顯的管道下沉。

3 管道支吊架檢查

支吊架起到承擔管道載荷、限制管道位移以及控制管道振動的作用，對管道的正常運行至關重要，支吊架性能變化也會導致管道受力狀態以及管道位移異常。文獻［2］介紹了某電廠主蒸汽管道因彈簧老化、剛度下降造成吊架過度壓縮、疲勞失效從而導致管道不斷下沉的事例。

現場對該熱段管道的支吊架進行檢查后發現：該管系上各支吊架型號、規格符合設計要求，現場安裝得當；剛性吊架工作狀態正常；但大部分變力彈簧吊架冷、熱態彈簧壓縮量均大于設計值；主要下沉管段的恒力吊架冷、熱態均處于向下卡死狀態，恒力吊架功能喪失，退化為剛性吊架?，F場安裝的恒力吊架均為恒力碟簧吊架，采用碟形彈簧替代傳統的圓柱螺旋壓縮彈簧作為吊架的儲能組件，碟簧的固有特性造成其載荷離差難以控制，因此恒力碟簧吊架使用一段時間后往往恒定度、載荷離差超標。恒力吊架載荷離差增大將導致管系豎直向上熱位移量減小，即管系熱態發生相對向下“沉降”的現象［3］。

4 處理方案及結果

根據上述分析基本可以判斷：由于管道實際質量超過理論設計質量，吊架總載荷不足以承受管道重力，最終導致該熱段管道下沉；同時，恒力碟簧吊架的性能異常也加劇了管道下沉。針對以上分析，本著經濟、有效且操作施工便捷的原則，同時考慮各承重吊架的工作特點，確定如下處理原則。

（1）將現場碟簧形式的恒力吊架全部更換為彈簧形式的恒力吊架。

（2）盡可能避免增設吊點、加裝吊架。

（3）考慮到變力彈簧吊架的實際輸出載荷在一定范圍內是可調的，所以盡可能增加原有變力彈簧吊架輸出載荷，使之滿足實際需求，只有在原有吊架無法滿足調節要求時才更換新的吊架。

采用專業管道應力分析軟件，以實際管道規格為輸入數據，對該熱段管道重新進行應力分析及支吊架選型，依據計算分析結果給出支吊架調整處理方案。

（1）根據計算所得各吊點載荷進行＃7—＃9，＃13—＃14，＃21，＃23—＃27恒力吊架的選型并進行更換。

（2）依據計算所得吊點載荷、位移，將原＃6，＃16變力彈簧吊架更換為恒力吊架，＃12恒力吊架更換為變力彈簧吊架。

（3）因超過吊架載荷調整范圍，更換＃18變力彈簧吊架。

（4）根據計算所得載荷，重新調整剩余變力彈簧吊架的實際輸出載荷。

依照上述處理方案對該熱段管道支吊架進行了調整、更換和改造，機組重啟穩定后，對該管道的膨脹、位移情況進行了持續檢查和記錄，檢查結果顯示，處理后的熱段管道工作狀態正常，各支吊架熱、冷態均處于正常指示位置。該處理方案消除了該熱段管道的下沉故障，滿足了管道安全運行要求。

5 結論

通過更換恒力吊架、增加變力彈簧吊架輸出載荷等方法有效解決了某2×300MW機組再熱蒸汽熱管道下沉問題，消除了機組安全運行的重大隱患，同時也得到了一些經驗教訓，可為其他同類型故障的解決提供參考。

（1）在進行管道支吊架選型時應盡量根據管道實際直徑、壁厚進行計算，同時不能忽略管夾及其他支吊架附件的質量［4］，確保管系支吊架載荷與管道總質量相匹配。

（2）加強管道支吊架的日常檢查和記錄，有效掌握管道位移狀況，盡早發現管道沉降類故障。

（3）考慮到運行時間的增加以及彈簧／碟簧性能的退化，管道支吊架性能不可避免地會出現一定變化，因而在有條件的情況下應定期對支吊架進行性能測試，確保各類型的支吊架性能滿足規范要求。

（4）加強安裝質量控制，確保支吊架材料、規格、型號符合設計要求；同時，運行中應加強對支吊架的監督檢查與維護調整［5］。

［1］GB／T 17395—2008無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差［S］.

［2］余成長，唐璐，仇云林，等.主蒸汽管道下沉原因分析及治理［J］.廣東發電，2010，23（7）：69-71.

［3］康豫軍，姚軍武，王必寧，等.恒力吊架荷載離差對管系熱位移影響的研究［J］.熱力發電，2009，38（5）：72-76.

［4］馬東方，黎榮銳，劉永成.支吊架附重對管系應力的影響分析［J］.鍋爐制造，2010（5）：35-37.

［5］郭延軍.火力發電廠在役管道支吊架失效分析［J］.熱力發電，2008，37（2）：84-86.