1000MW機組主蒸汽管道支吊架異常位移調整

浙江浙能嘉華發電有限公司 陶國強

某電廠1000MW 超超臨界燃煤發電機組于2011年投產，其鍋爐系哈爾濱鍋爐廠制造的超超臨界變壓運行直流爐，采用反向雙切圓燃燒方式、固態排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、全鋼構架、全懸掛Ⅱ型結構。

自投產以來，主蒸汽管道連續多組支吊架出現位移嚴重異常，管道偏離設計狀態線，給機組的安全運行帶來較大調整。支吊裝置是管道系統的重要組成部分，起著承受管道荷載、控制管道位移量的重要作用。支吊架位移異常直接反映出管道熱位移與設計值相差較大，對管系應力狀態產生了嚴重影響，長期運行對管道的安全運行會產生隱患[1-3]。王軍民等通過研究指出，對于連續布置了多組恒力支吊架的管道，支吊架性能因素會造成其承載力與管道自重不匹配是導致管道偏離設計狀態線的一個重要的因素[4]，這個結論是非常重要的。

1 主蒸汽管道檢查情況

在機組運行和停機時，分別對主蒸汽管道支吊架進行了檢查（圖1），發現爐右前水平管#33恒力支吊架位移指針卡死于極限位置，其承載發生了明顯改變，#30、#31、#33單恒力吊架原設計垂直熱位移均向下，實際垂直熱位移均反向向上，#34、#35單恒力吊架實際熱位移方向與原設計相同，但實際熱位移量極小，管道明顯偏離設計狀態線。主蒸汽管道部分支吊架檢查結果如下。

圖1 主蒸汽管道及支吊架布置示意圖

#30～35單恒力吊架設計載荷（N）、三向位移（mm）、檢查結果分別為：116455、-108.4/-220.6/42.7、冷或熱態時恒吊位移指針分別指示于10%、45%位置，垂直熱位移反向；118487、39.7/-247.2/87.1、冷或熱態時恒吊位移指針分別指示于25%、50%位置，垂直熱位移反向；107440、-26/-268.1/113.8、冷或熱態時恒吊位移指針分別指示于上極限位置、10%位置，垂直熱位移反向；109356、-88.5/-281.2/113.9、冷或熱態時恒吊位移指針分別指示于35%、30%位置，垂直熱位移量較??；89864、-150.8/-285/78.8、冷或熱態時恒吊位移指針分別指示于75%、60%位置，垂直熱位移量較小。其典型支吊架問題照片如圖2、圖3所示。

圖2 主蒸汽管道#33單恒力吊架

圖3 主蒸汽管道#30單恒力吊架

2 相關分析

2.1 應力分析

根據DL/T 5366及管道、支吊架設計計算要求，應用CAESAR Ⅱ專業應力分析軟件對主蒸汽管道建立應力計算模型，應力校核計算結果表明：管系中各支吊架均處于正常狀態的情況下，主蒸汽管道最大一次應力計算值及最大二次應力計算值分別為48MPa、191MPa，分別為許用值的72%、83.2%，主蒸汽管道最大一次應力、最大二次應力均在允許范圍之內，管道應力合格。

另外吊架載荷計算值與原設計值差距不大，#30～35單恒力吊架的設計載荷（N）與計算載荷（N） 分別為116455/115886.9、118487/112907.9、107440/107850.2、109356/105104.55、89864/87455.85、541602/529205.4。對比主蒸汽管道爐右前水平管#30～35恒力支吊架載荷計算值與原設計值可知，五組單恒力吊架載荷較設計值偏差不超過4%，爐前水平管整體載荷計算值之和較原設計值偏差小于3%，由此可見，如果管系中各支吊架均處于正常狀態下，其各次應力均能滿足管道安全運行的要求，管系應力合格。

2.2 支吊架性能分析

查詢支吊架入廠檢驗資料可知5組恒力支吊架恒定度均超標，其中#30吊架性能曲線如圖4所示。載荷恒定度計算公式為：荷載恒定度△=(Wmax-Wmin)/(Wmax+ Wmin)×100%，其中Wmax、Wmin分別表示恒吊轉動機構回轉全程中的最大載荷與最小載荷。根據GB/T17116.1-2018《管道支吊架第1部分技術規范》規定恒定度應不超過6%，而該管道恒力吊架超標最嚴重的恒定度達到了20%，遠超標準要求，吊架性能難以滿足設計需求。

圖4 主蒸汽管道#30吊架載荷-位移曲線

2.3 管道位移異常原因分析

綜上所述，造成管道位移異常原因主要如下：支吊架性能較差導致實際載荷與設計載荷存在較大偏差，而水平管段連續布置5組恒力吊架，其載荷偏差的疊加會造成局部支吊架實際承載與該管段自重載荷差異更大，從而導致管道位移嚴重偏離設計線；吊架服役時間增長、恒力吊架長期處于極限位置等均會導致吊架性能降低，造成支吊架實際荷載與管道重量匹配度變差，最終管道實際應力-位移進一步偏離原設計值；該管段連續布置多個恒力吊架導致管段垂直方向上柔度較大，管道位移異常時恒力吊架無法起到一定的約束作用。

根據上述原因以及現場水平管段恒力支吊架性能測試結果，在#32、#33吊架之間新增一組單恒力吊架、載荷50000N，并在此基礎上對水平管段恒力吊架進行了優化調整。優化調整后，熱態復查結果表明管系應力更接近理論計算值，應力分布合理，支吊架熱位移及管道運行狀態得到了明顯改善，能滿足管道安全運行的要求。

3 結語

管道異常位移主要原因是局部管段支吊架實際載荷與設計值存在偏差，偏差產生的原因與恒力支吊架的性能及管道布置密切相關。連續、多個恒力吊架恒定度偏差的疊加會導致局部管段支吊架承載與設計值差異較大，從而造成管道熱位移偏離原設計值，甚至導致管道熱位移反向；對于恒吊較多、柔度較大的管段必要時應適當優化支吊架布置方式，改變管段等效剛度；應按照DL/T1113—2009要求嚴格對到貨支吊架性能進行驗收，并按照DL/T616-2006要求定期對支吊架進行檢查維護，盡早發現并消除缺陷，確保管道長期有效地安全運行。