淺析電廠熱力管道支吊架問題

李 凱,周元超,劉征遠

(1.國家電投集團河南電力有限公司技術信息中心,鄭州 450001;2.華潤電力控股有限公司東南分公司,福州 350001;3.國家電投集團河南電力有限公司開封發電分公司,河南 開封 475001)

目前我國火力發電機組單機容量已經發展到1000MW或者更大容量，機組的汽水參數已經發展到超(超)臨界參數，必然對安全提出更高的要求，除了應重視熱力管道耐溫耐壓等特性外，對熱力管道起到支吊和固定作用的支吊系統也應該得到足夠的重視。管道支吊架包括用以承受管道荷載、限制管道位移和控制管道振動，并將荷載傳遞至承載結構上的各類組件或裝置。支吊架包括：從下面支承管道的“支架”，其構件主要受壓；從上方懸吊管道的“吊架”，其構件主要受拉。在許多情況下，支架或吊架的構件同時承受拉伸和壓縮荷載。

1 概述

火力發電企業支吊架的設計、制造主要參照國家標準GB/T 17116.1-1997《管道支吊架》，該規范中規定的材料許用應力主要是參照美國標準MSS SP-58 (1993)《管道支吊架——材料、設計和制造》 (已于 2002 年對許用應力進行了修訂)制定的，而GB/T 17116.1-1997《管道支吊架》尚未升版。為此，由中國電力顧問集團華東電力設計院主編的《發電廠汽水管道支吊架設計手冊D-ZD2010》也是支吊架設計、制造需要遵守的重要依據。支吊架的安裝、調整、維護主要參照國家電力行業標準DL/T 616-2006《火力發電廠汽水管道與支吊架維修調整導則》[1]、DL/T 1113-2009 《火力發電廠管道支吊架驗收規程》[2]等，其他一些例如DLT 5054-2016《火力發電廠汽水管道設計規范》[3]等國家和行業規范對支吊架做出的規定也應該遵守。管道支吊架按其主要功能分為：承受管道載荷(恒力支吊架、變力彈簧支吊架、滑動支架、滾動支吊架)；限制管道位移(導向裝置、限位裝置、固定支架)；控制管道振動(減振裝置、阻尼裝置)。

支吊架部件通常分為管道連接部件(簡稱管部)、功能件、中間連接部件(簡稱連接件)和承載結構生根部件(簡稱根部)四類：管部是與管道或其絕熱層直接相連的部件，其典型結構的型式、尺寸和荷載系列應符合國標GB/T 17116.2的規定；功能件是實現各種類型支吊架功能的部件，主要包括變力彈簧組件、恒力彈簧能件、液壓阻尼器、彈簧減振器等；連接件是用以連接管部與功能件、管部與根部、功能件與根部以及自身相互連接的部件；根部是與承載結構直接相連的部件。

支吊架作為保證熱力管道安全長周期運行的重要設備必須嚴格按照規范進行設計、制造、安裝、調整和維護，但是目前部分單位的人員在該方面的理論水平不高，對該問題重視程度不夠，造成電力基建施工和電力生產中支吊架存在很多問題，急需解決。

2 一般要求和規定

(1)應遵守國家、行業規范對支吊架的相關規定。本文僅就易出現問題的一部分內容進行介紹。

(2)支吊架結構設計應根據使用過程中各種工況下在結構上可能出現的滿載分別進行荷載效應組合，并取其中最不利組合進行設計。

(3)用于管道支吊架制作的材料應符合相應的國家標準、行業標準或有關技術要求的規定。材料應附有生產廠的材料質量證書，支吊架零部件的材料應按管道設計溫度選用，鋼材應根據規范要求進行正火、回火和淬火。

(4)支吊架不應用在設計以外的用途，也不應用作吊物或者安裝使用。

(5)直接與管道接觸的支吊架零部件，其設計溫度應取管內的流體溫度；管道有絕緣層的支吊架應裝有鞍座或者護板，核對吊桿、吊架等部件材質的耐溫特性；管部結構尺寸應保證其與支吊架其他連接部件相連接的部位裸露在管道絕熱層外。

(6)支吊架應能承受管道和相關設備在可能出現的各種工況下所施加的靜荷載和規定的動力荷載。支吊架零部件應按對其結構最不利的組合荷載進行選擇和設計。

(7)新機組投運之前，應取得完整的管道設計和安裝記錄。首次升溫，應及時檢查管道各處位移與設計計算值的吻合程度，并做好記錄。除限位裝置、剛性支吊架和限位支吊架外，應保證管道系統自由膨脹。

(8)嚴禁利用管道作為其他重物起吊的支撐點，不得在管道和支吊架上增加設計時沒有考慮的永久性和臨時性載荷。

(9)在原設計管道系統上敷設新的管道，除新管道的管子橫斷面主型心慣性矩與原管道橫斷面主型心慣性矩之比小于1/20的管系外，應將新管道與原管道連在一起，重新進行應力分析，應力分析完全合格后， 方可實施改造工作。

(10)當更換安全閥、泄放閥或者動力控制閥等管道上設備時，宜采用與原設計相同型號的產品，如改變型號或排汽管道尺寸，應重新計算載荷，確定支吊架有足夠的安全裕量。

3 現場典型問題

(1)現場恒力彈簧吊架花籃吊內兩根吊桿的間隙太小，無法再進行吊桿長度的調節，不符合國家電力行業標準 DL/T 1113-2009 《火力發電廠管道支吊架驗收規程》(以下簡稱《規程》)中“吊架與花籃螺母連接時應留有調節余量”的規定。如圖1所示。

(2)支吊架恒力彈簧與鋼梁等周邊設備相碰，造成生根螺栓無法安裝，不符合《規程》中“恒力支吊架安裝后其周圍應留有足夠的空間，便于支吊架的維護和調整”的規定。例如圖2中箭頭1所指部位恒力彈簧與H型鋼碰撞，造成箭頭2所指的螺栓無法安裝。

(3)管道吊桿和橫擔歪斜，不符合《規程》中“恒力支吊架的吊桿在冷、 熱態條件下與垂線之間夾角不應超過4°”的規定。例如圖3中吊桿偏離豎直方向有10°以上，且橫擔偏離水平角度大于10°以上。

(4)固定吊架弧面板與管道不接觸、不受力，負荷轉移到其他吊架上，可能造成旁邊吊架損壞，不符合《規程》中“使用聚四氟乙烯、青銅或鋼對鋼滑動底板的支架，其偏裝值和間隙應符合設計規定”，例如圖4中箭頭所指方向弧面板與管道間隙太大。

(5)現場個別大型支吊架生根在H型鋼梁上，但是未在型鋼上焊接立筋板，存在造成型鋼受力后變形、下垂的風險，不符合《規程》中“支吊架根部應有足夠的剛度”的規定。例如圖5中型鋼已經變形，存在隱患。

(6)現場部分吊架距離管道焊縫太近，不符合國家電力行業標準 DL 5190.2-2012 《電力建設施工技術規范 第2部分》[4]的規定：受熱面管子的對接焊口，不得布置在管子彎曲部位，焊口距離管子彎曲起點不小于管子直徑，且不小于100mm(焊接、鍛制、鑄造成型管件除外)，距支吊架邊緣50mm。例如圖6中箭頭處吊架抱箍正好在焊口上，應稍微將吊架向右側移動。

(7)吊架的橫擔變形、下垂，一般由以下原因造成：橫擔強度不夠，存在設計缺陷；未按照設計要求選用材料；長期受到管道竄動的作用造成橫擔疲勞變形；附近支吊架受力下降后造成此處橫擔受力超負荷變形等。例如圖7中箭頭所指位置。

(8)吊架自身存在加工偏差，造成無法按照規范進行裝配。此種情況應退貨，不允許自行通過加熱改變尺寸，強行裝配。例如圖8中箭頭所指位置吊夾尺寸小，現場通過加熱擴大，金屬經加熱后可能會改變性能參數，存在斷裂隱患。

(9)恒力彈簧吊架有銷釘固定裝置，在安裝初期水壓試驗前一般不拔出銷釘，但是在熱態啟動前必須拔出固定裝置，使彈簧自由跟隨熱力膨脹。圖9中箭頭所指位置銷釘未拔出，此時恒力彈簧吊架失去作用，相當于剛性支吊架了。

(10)變力及恒力彈簧吊架的設置是為了吸收管道熱位移的，在冷態和熱態對彈簧的壓縮量都有一定的要求，以保證各支吊架承擔規定的載荷，不允許有支吊架“壓死”和“脫空”的現象。圖10中恒力彈簧指針在滿量程位置，出現“壓死”情況。

(11)由于設計、選材或者運行中支吊架負荷轉移等因素造成支吊架損壞，例如圖11所示。

(12)現場存在的其他支吊架問題主要有以下幾方面：

①恒力彈簧吊架主要問題：欠載；產品質量差，結構件損壞；沒有載荷調整裝置；設計缺陷。

②彈簧支吊架主要問題：橫擔偏斜；吊桿卡塞、變形。

③剛性裝置主要問題：剛性吊架脫空；剛性吊桿偏斜過大、吊桿變形；限位裝置變形；導向裝置方向錯誤；固定支架固定插板未焊接或固定支架與生根基礎未焊接；滑動支架脫空；限位導向裝置與管道或生根基礎焊口開裂等。

④阻尼器常見問題：拉撐桿變形；阻尼器漏油；阻尼器拉撐桿斷裂；行程不足。

⑤管部、根部及連接件的常見問題：管部結構件開裂、管夾斷裂、變形、材質不合格(高溫管道)橫擔變形等；連接件螺帽缺失，備帽未備緊，螺紋連接量不足，吊桿偏斜、變形、斷裂等；根部變形、焊接件開裂等。

4 原因分析

長期運行機組支吊架產生問題的原因主要包括：(1)長期運行后支吊架材質劣化；(2)機組運行工況變化(沖擊、振動)；(3)支吊架質量本身存在缺陷；(4)恒力吊架及彈簧吊架的彈簧失效；(5)長期運行后管道支吊架連接件松動；(6)電廠檢修(斷管、換閥、大面積更換保溫、支吊架損傷、水壓試驗等)；(7)發電公司管道改造；(8)人為的誤操作；(9)長期運行后管道組織膨脹發生變化；(10)未按照規范要求定期檢查、校驗，未及時發現問題造成缺陷范圍擴大。

5 結論與建議

支吊架作為設備和管道固定裝置，直接關系到其安全運行，曾經有因為支吊架出現問題造成管道泄漏甚至焊口斷裂的事故，必須引起重視。加強支吊架的管理應采取以下措施：(1)在基建期按照規范設計、安裝支吊架，并經驗收合格后投入使用；(2)支吊架的安裝應按照完整的管系進行綜合考慮，復測尺寸，保證一根管道上各個部位的支吊架均正常發揮作用，在首次熱態啟動時應詳細記錄支吊架位移量，與冷態尺寸進行比對，并在以后的工作中定期復測，做好記錄臺賬；(3)發現異常的支吊架應及時聯系專業人員進行調整并定期重新計算、校驗支吊架；(4)在進行管道和附件改造時應按照規范要求重新核算支吊架受力情況；(5)不允許在支吊架上私自增加載荷。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會.國家電力行業標準：DL/T616-2006[S].北京：中國電力出版社，2006：1-22.

[2]中華人民共和國國家能源局. 國家電力行業標準：DL/T 1113-2009[S].北京：中國電力出版社，2009：11-15.

[3]中華人民共和國國家能源局. 國家電力行業標準：DL/T 5054-2016[S].北京：中國電力出版社，2016.

[4]中華人民共和國國家能源局. 國家電力行業標準：DL 5190.2-2012[S].北京：中國電力出版社，2012：19.