淺析火力發(fā)電廠(chǎng)煙風(fēng)煤粉管道支吊架設(shè)計(jì)原則

張翔宇

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán) 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510663)

支吊架是煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容， 主要起承受管道荷載、合理約束位移、限制扭矩過(guò)大、防止應(yīng)力集中以及減少管道振動(dòng)等作用，因此其合理設(shè)計(jì)直接關(guān)系到煙風(fēng)道的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。支吊架設(shè)計(jì)與煙風(fēng)道的布置以及熱膨脹情況直接相關(guān)，兩者應(yīng)兼顧考慮[2]。本文針對(duì)煙風(fēng)煤粉管道的特點(diǎn)，介紹了各種類(lèi)型支吊架的設(shè)計(jì)原則，并針對(duì)常見(jiàn)的支吊架失效形式提出了設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

1 煙風(fēng)煤粉管道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[1][3][7]

1.1 管徑較大且容易出現(xiàn)積灰積粉，支吊點(diǎn)荷載較重

當(dāng)前新建機(jī)組大多為大容量高參數(shù)機(jī)組， 燃料及空氣消耗量較大，而考慮摩損及燃燒調(diào)整等因素，流速須保持在一定的范圍內(nèi)，因此管徑通常較大，且運(yùn)行中煙道及熱風(fēng)道中會(huì)出現(xiàn)積灰，送粉管道會(huì)有積粉，因此管道荷載通常較重。

1.2 設(shè)計(jì)壓力較低，管壁較薄

相比汽水管道，煙風(fēng)道設(shè)計(jì)壓力較低，因此管壁較薄。溫度較高的熱風(fēng)、煙道及送粉管道，可以通過(guò)加裝補(bǔ)償器來(lái)消除熱膨脹的影響，從而大幅降低管道的剛性及其對(duì)設(shè)備接口的推力推力矩，但同時(shí)需要考慮盲板力的影響。

1.3 異形件較多，支吊點(diǎn)的荷載分配較難精確計(jì)算

煙風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)，由于空間位置有限，往往需要設(shè)計(jì)較多的異形件，但其重心較難計(jì)算，而且積灰積粉量也較難判斷，因此其兩端的支吊點(diǎn)荷載分配往往較難精確計(jì)算，若使用彈簧或者恒力支吊架，選型較為困難。

2 支吊架的設(shè)計(jì)原則[1]

支吊架主要有固定支架、滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架、剛性吊架、限位裝置，彈簧支吊架以及恒力支吊架等。 每種類(lèi)型支吊架均有各自的使用原則及條件，他們的合理配合使用，保證了整個(gè)管系的穩(wěn)定性。

2.1 固定支架設(shè)計(jì)原則

固定支架能夠承受管道各方向荷載，并限制位移及扭矩，相比其他類(lèi)型支吊架，其對(duì)管道的穩(wěn)定性至關(guān)重要，建議在條件允許時(shí)，盡可能多設(shè)置固定支架。例如文獻(xiàn)[4]報(bào)道了將滑動(dòng)支架改為固定支架以順利解決管道補(bǔ)償器撕裂問(wèn)題的案例。

固定支架是支吊架設(shè)計(jì)的重點(diǎn)， 通常應(yīng)優(yōu)先確定管道的零膨脹點(diǎn)。設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮管道熱膨脹導(dǎo)致扭矩過(guò)大，應(yīng)力集中等問(wèn)題，通常與膨脹節(jié)相互配合來(lái)確保整個(gè)管系有足夠的柔性。另外設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)校核焊縫強(qiáng)度，并考慮足夠的余量來(lái)保證其可以承受各種異常工況下的管道荷載及熱應(yīng)力。

2.2 滑動(dòng)及導(dǎo)向支架的設(shè)計(jì)原則

滑動(dòng)支架僅能夠承受管道的豎直荷載， 并允許有少量熱位移，在煙風(fēng)道中廣泛使用。通常通過(guò)在其與生根面間加裝聚四氟乙烯板來(lái)減少滑動(dòng)摩擦阻力。常見(jiàn)的失效形式為失載脫空、接觸面位移受阻、支撐件破壞等。 在設(shè)置時(shí)，應(yīng)充分考慮支點(diǎn)的位移，防止管道晃動(dòng)，并核算支撐件的強(qiáng)度。

導(dǎo)向支架是限制了水平位移的滑動(dòng)支架，通常在煙風(fēng)道中設(shè)置導(dǎo)向支架以限制水平位移及平衡盲板力，管道四個(gè)方向設(shè)置導(dǎo)向支架可以固定管道中心點(diǎn)，但相比固定支架，其無(wú)法限制管道角位移。相比滑動(dòng)支架，還需著重校核導(dǎo)向擋板的強(qiáng)度。

2.3 剛性吊架設(shè)計(jì)原則

剛性吊架與滑動(dòng)支架的功能類(lèi)似， 能夠承受管道豎直向下荷載，并允許管道有少量的水平位移，《火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》要求拉桿與豎直方向的角度不超過(guò)4°，否則需要偏裝[3]。剛性吊架常見(jiàn)的失效形式為向上脫空、拉桿彎曲、失載傾斜等[5-6]，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮管道荷載以及吊點(diǎn)在各個(gè)方向的位移。 相比彈簧吊架，其為剛性連接，對(duì)管道約束性更強(qiáng)，因此應(yīng)盡量多設(shè)置剛性吊架。對(duì)于荷載較重的矩形風(fēng)道，宜采用橫擔(dān)型式，穩(wěn)定性會(huì)更好。

2.4 彈簧支吊架及恒力支吊架設(shè)計(jì)原則

彈簧支吊架能夠承受管道的豎直荷載， 并允許有適量的豎直位移，因此可以有效防止脫空，同時(shí)也可以吸收少量的水平位移，《火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》要求拉桿與豎直方向的角度不應(yīng)超過(guò)3°[3]。

彈簧支吊架主要的失效形式為過(guò)載、失載及彈簧損壞等[5-6]，主要由彈簧選型不夠準(zhǔn)確引起。彈簧型式需要根據(jù)冷熱態(tài)荷載及其位移專(zhuān)門(mén)選型，但相比工質(zhì)穩(wěn)定、形狀規(guī)則的汽水管道，煙風(fēng)煤粉管道中異形件較多，而且運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)難以估量的積灰積粉，故各個(gè)支吊點(diǎn)的荷載分配較難準(zhǔn)確計(jì)算。因此煙風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少?gòu)椈傻跫艿氖褂?，可以通過(guò)合理布置管道、支吊點(diǎn)以及設(shè)置膨脹節(jié)來(lái)盡量避免彈簧吊架的使用。

恒力支吊架是根據(jù)力矩平衡原理設(shè)計(jì)的，能夠使負(fù)荷力矩和彈簧力矩在工作過(guò)程中始終平衡，以保持恒定的支承力，同時(shí)允許支吊點(diǎn)有較大的垂直位移。但由于其成本較高，而且和彈簧支吊架類(lèi)似，煙風(fēng)道的荷載位移較難準(zhǔn)確計(jì)算，故也應(yīng)盡量避免使用。

2.5 限位裝置設(shè)計(jì)原則

限位裝置在熱風(fēng)道及煙道中應(yīng)用非常廣泛，主要用于限制管道位移，防止管道運(yùn)行晃動(dòng)，克服盲板力等。設(shè)置限位裝置時(shí)應(yīng)注意核算其強(qiáng)度是否可以克服水平力的作用[5-6]。

3 結(jié)語(yǔ)

支吊架是管道設(shè)計(jì)的重要組成部分， 保證其合理有效設(shè)置對(duì)管道的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，同時(shí)其及管道布置息息相關(guān)，兩者應(yīng)同步進(jìn)行，互相兼顧考慮，盡量做到運(yùn)行安全、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安裝檢修便利。

［1］DL/T 5121-2000.火力發(fā)電廠(chǎng)煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

［2］范如君，陳坤.發(fā)電廠(chǎng)公用管道支吊架的布置和設(shè)計(jì)分析[J].廣東電力，2011，24(10)：73-75.

［3］DL/T 5054-1996.火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

［4］王軍民，陳盛廣，衛(wèi)大為，吳曉俊，田野.凝結(jié)水入口管道補(bǔ)償器頻繁撕裂原因分析及消除對(duì)策[J].熱力發(fā)電，2012，41(7)：112-115.

［5］安慧，安付立，韓光輝，王軍民.發(fā)電機(jī)組管道支吊架常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理[J].熱力發(fā)電，2012，41(11)：80-82.

［6］魏春明，趙星海，鄭明秀，辛國(guó)華，倪紹一.電廠(chǎng)汽水管道支吊架失效原因的分析[J].電站系統(tǒng)工程，2009，25(5)：15-17.

［7］周銳.大容量機(jī)組圓形煙道設(shè)計(jì)特點(diǎn)介紹[J].科技信息，2009，35：796.