火力發(fā)電廠汽水管道支吊架檢驗(yàn)與調(diào)整

陸春燕

攀鋼發(fā)電廠 四川攀枝花市

一、支吊架檢驗(yàn)調(diào)整的必要性

電廠汽水管道支吊架的作用是承受管道重力、承受偶然的沖擊載荷和控制管道在工作狀態(tài)下的位移和振動(dòng)。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的累積，管系支吊架狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)變化，一旦支吊架部分或全部喪失其功能，管道承載和約束條件將發(fā)生變化，管道位移和應(yīng)力分布將偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，使管道壓力峰值增高，局部可能會(huì)超過(guò)管材許用應(yīng)力，加快管道高應(yīng)力蠕變損傷，縮短管道應(yīng)有壽命，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。另外管道振動(dòng)可能會(huì)由于管道約束條件的變化而加劇，管道端點(diǎn)對(duì)設(shè)備的推力也會(huì)增大，這些都會(huì)危及機(jī)組的安全運(yùn)行。

攀鋼發(fā)電廠2#機(jī)組于1993年投入運(yùn)行以來(lái)，已運(yùn)行11萬(wàn)余小時(shí)，配套的主蒸汽、主給水等汽水管道最高工作溫度達(dá)540℃，最高工作壓力達(dá)17.6MPa，屬高溫高壓工作狀態(tài)，在持續(xù)載荷、內(nèi)壓、自重工作溫度、工作壓力的波動(dòng)或沖擊等載荷的作用下，導(dǎo)致管道支吊點(diǎn)產(chǎn)生位移變化，使支吊點(diǎn)的載荷及約束偏離設(shè)計(jì)要求，而使支吊架失效，隨管道運(yùn)行時(shí)間推移，上述變化不斷積累，產(chǎn)生支吊架欠載或過(guò)載，使管道的局部應(yīng)力增加，某節(jié)點(diǎn)應(yīng)力增高且超過(guò)管材許用應(yīng)力，將加速管道的損傷，甚至出現(xiàn)爆管等安全事故的發(fā)生，因此必須通過(guò)對(duì)支吊架的調(diào)整來(lái)改善管道的應(yīng)力水平，延長(zhǎng)管道壽命，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

近年來(lái)，火力發(fā)電廠汽水管道泄漏或爆裂事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)電廠的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，各級(jí)部門對(duì)管道支吊架調(diào)整及管道振動(dòng)的治理工作越來(lái)越重視，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整導(dǎo)則》、《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》等，對(duì)開展汽水管道支吊架的技術(shù)管理工作做了詳細(xì)的規(guī)定，并要求每次機(jī)組大修必須對(duì)支吊架進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。因此，攀鋼發(fā)電廠決定利用機(jī)組大修停機(jī)的機(jī)會(huì)，對(duì)2#機(jī)組主蒸汽管道、主給水管道、高加熱疏水管道、門桿漏氣管道、3段抽氣管道、軸封送氣管道的支吊架共計(jì)126支，逐一進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。

二、汽水管道支吊架檢驗(yàn)內(nèi)容及檢驗(yàn)情況

1.管道支吊架技術(shù)資料審查

資料審查為汽水管道支吊架檢驗(yàn)和調(diào)整的必要前期準(zhǔn)備工作。收集受檢與調(diào)整管道設(shè)計(jì)、安裝、維修和運(yùn)行資料等。并對(duì)主蒸汽管道和主給水管道原始數(shù)據(jù)、管系應(yīng)力計(jì)算與設(shè)計(jì)計(jì)算書進(jìn)行復(fù)核，對(duì)施工圖上支吊點(diǎn)、支吊架類型、彈簧號(hào)及壓縮值、冷/熱位移和載荷與設(shè)計(jì)計(jì)算書進(jìn)行核對(duì)。對(duì)高加疏水管道、軸封蒸汽管道、門桿漏氣管道和汽機(jī)回?zé)岢闅夤艿赖燃爸У跫艿默F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝情況與安裝圖核對(duì)。

實(shí)際復(fù)核發(fā)現(xiàn)，汽機(jī)本體主蒸汽管道支吊架實(shí)際比設(shè)計(jì)少3支，其余復(fù)核與設(shè)計(jì)圖一致。

2.管道及支吊架熱態(tài)/冷態(tài)檢驗(yàn)

（1）熱態(tài)（運(yùn)行狀態(tài)下）檢驗(yàn)內(nèi)容及方法。管道變形、泄漏點(diǎn)等檢查。沿管道全長(zhǎng)檢測(cè)檢查管道有無(wú)異常變形、下沉等現(xiàn)象。檢查管道有無(wú)泄漏點(diǎn)，重點(diǎn)檢查與固定設(shè)備首個(gè)連接點(diǎn)、支吊架部位和管道位移超標(biāo)部位。檢測(cè)保溫層完好情況。

管道膨脹、振動(dòng)檢查。除限位裝置、固定支架、剛性支吊架部位外管道應(yīng)處于自由膨脹狀態(tài)外，重點(diǎn)檢查易發(fā)生管道和支吊架膨脹受阻部位，如管道穿墻、與管道相鄰的固定物部位等。檢查管道有無(wú)明顯振動(dòng)、晃動(dòng)，有無(wú)汽錘、水錘現(xiàn)象。重點(diǎn)檢查汽水兩相流管道。

檢測(cè)主蒸汽、主給水等13條管道3向熱位移值。對(duì)于單剛性、單彈簧支吊架、恒力支吊架，采用2個(gè)水平磁力器分別固定在剛性支吊架最上方和最下方（磁力器的固定點(diǎn)也是冷態(tài)檢驗(yàn)和熱態(tài)復(fù)檢的基準(zhǔn)點(diǎn)，并做好標(biāo)記），并用線錘從上至下，兩者之間的刻度值差（上值減下值）就是橫向位移值；水平磁力器同時(shí)旋轉(zhuǎn)90°，測(cè)的數(shù)據(jù)就是徑向位移值；彈簧值就是軸向位移值。

對(duì)于雙剛性、雙彈簧支吊架，采用兩把1m厚鋼尺分別用磁力座固定在支吊架最上、下方，并分別確定上、下中心點(diǎn)，用線錘從上方中心點(diǎn)至下，差值就是橫向位移值；測(cè)徑向位移值與測(cè)單彈簧支吊架的徑向位移值方法一樣；彈簧值就是軸向位移值。

檢查彈簧支吊架有無(wú)超載、欠載、超限現(xiàn)象，彈簧規(guī)格型是否符合要求，彈簧有無(wú)卡死、壓死、裂紋、銹蝕等現(xiàn)象。吊桿有無(wú)異常偏斜、扭曲變形、裂紋等現(xiàn)象。檢查其余支吊架有無(wú)脫空、阻塞及不正常位移變形等現(xiàn)象。

檢查所有支吊架的根部、管部和連接件及焊接連接部位有無(wú)異常變形、裂紋、嚴(yán)重銹蝕等缺陷。

記錄在熱態(tài)對(duì)支吊架位移進(jìn)行逐一測(cè)量的原始數(shù)值以及變力彈簧的載荷、運(yùn)行過(guò)程中妨礙管道及支吊架位移的任何障礙及各支吊架存在的問(wèn)題，并進(jìn)行缺陷狀態(tài)的拍照攝像記錄。

（2）冷態(tài)（停機(jī)狀態(tài)下管道壁溫接近環(huán)境溫度）檢驗(yàn)內(nèi)容及方法。對(duì)熱態(tài)檢驗(yàn)檢出的管道泄漏點(diǎn)撤除保溫層進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步摸清泄漏缺陷性質(zhì)及形態(tài)。抽測(cè)管道壁厚計(jì)算腐蝕裕度，確定管道使用狀況。

檢測(cè)主蒸汽、主給水等13條管道3向冷態(tài)位移值。借助熱態(tài)檢驗(yàn)的各基準(zhǔn)點(diǎn)用同樣方法進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)安裝有3向位移器的點(diǎn)直接測(cè)量記錄數(shù)據(jù)，并與熱態(tài)檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)相比較。

進(jìn)一步檢查彈簧支吊架的異常缺陷，檢查彈簧有無(wú)壓死、壓扁、斷裂、嚴(yán)重腐蝕等現(xiàn)象。對(duì)管道根部、管部、連接件等鋼構(gòu)異常變形部位處采用表面探傷方法。檢驗(yàn)方法：采用磁粉和滲透進(jìn)行探傷，用超聲波測(cè)厚儀對(duì)管道進(jìn)行測(cè)厚檢測(cè)。

記錄在冷態(tài)時(shí)對(duì)支吊架位移進(jìn)行逐一測(cè)量的原始數(shù)值以及變力彈簧的載荷、運(yùn)行過(guò)程中妨礙管道及支吊架位移的任何障礙及各支吊架存在的問(wèn)題，并與熱態(tài)檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)相比較，進(jìn)行缺陷狀態(tài)的拍照攝像記錄。

（3）根據(jù)管系支吊架冷/熱態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果，確定需調(diào)整和改造的支吊架數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)分別在熱態(tài)和冷態(tài)工況條件下檢驗(yàn)支吊架126支，包括變力彈簧支吊架、恒力彈簧支吊架、剛性支吊架、減震支吊架、導(dǎo)向支吊架、限位支吊架；經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有53支支吊架存在不同的問(wèn)題，歸納為：①甲、乙側(cè)主蒸汽管道整體下沉，使支吊架出現(xiàn)欠載或過(guò)載和失載現(xiàn)象，體現(xiàn)在彈簧壓死、脫空，位移過(guò)大，指示器卡死在極限位置或支吊架未承受到管道的重量。原因是機(jī)組運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、啟停次數(shù)多、保溫層重變化、檢修等原因累積造成；②變力彈簧支吊架的彈簧失效。由于彈簧疲勞失效、性能偏差、積灰腐蝕等而失去操作性能；③變力彈簧支吊架鎖定，鎖銷未拔出，即對(duì)汽水管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)后鎖銷未及時(shí)拔出而影響管道載荷分布；④剛性支吊架卡澀或脫空。剛性支吊架是限制管道沿某一方向（通常為垂直方向）的位移，由于積灰、銹蝕、變形或錯(cuò)誤施工等原因，滑動(dòng)（導(dǎo)向）支吊架由于卡澀而使管道不能移動(dòng)，或者由于滑動(dòng)付之間脫離而懸空；⑤剛性支吊架吊點(diǎn)兩邊受力不均造成吊桿松弛變形；⑥支吊架固定支座的螺栓松動(dòng)，由于反復(fù)啟停和長(zhǎng)期運(yùn)行所致；⑦恒力變力彈簧支吊架過(guò)載或欠載，體現(xiàn)在彈簧壓死、脫空，位移過(guò)大，指示器卡死在極限位置或支吊架未承受到管道的重量。⑧管道振動(dòng)幅度大。原因是支架設(shè)計(jì)不合理，布置不均勻，懸空端吊架間距太大。⑨支吊架根部鋼構(gòu)連接焊縫存在裂紋。各管系問(wèn)題支吊架統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 2#機(jī)組管道支吊架冷/熱態(tài)檢查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

三、汽水管道主要管系應(yīng)力計(jì)算

調(diào)整支吊架的目的是為了保證管道的應(yīng)力水平不超過(guò)管道材料的許用應(yīng)力。鑒于目前管線結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化，部分支吊架已損壞或失效或性能已發(fā)生大的改變、材料性能已下降等實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)主要管系進(jìn)行應(yīng)力校核計(jì)算。管道在工作狀態(tài)下，由內(nèi)壓產(chǎn)生的計(jì)算應(yīng)力應(yīng)滿足式（1）條件。

式中 σeq——內(nèi)壓折算應(yīng)力，MPa

P——管道設(shè)計(jì)壓力，MPa

D0——管道外徑，mm

Y——鋼材應(yīng)力加強(qiáng)系數(shù)

S——管道壁厚，mm

α——熱膨脹系數(shù)

η——應(yīng)力修正系數(shù)

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa

管道在持續(xù)載荷下的應(yīng)力驗(yàn)算（一次應(yīng)力計(jì)算）式（2）。

式中 σL——管道在內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和，MPa

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa

其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和，管道在偶然載荷作用時(shí)的應(yīng)力驗(yàn)算（一次應(yīng)力計(jì)算），即管道在工作狀態(tài)下，受到內(nèi)壓、自重、其他持續(xù)載荷和偶然載荷產(chǎn)生的應(yīng)力之和應(yīng)滿足式（3）條件。

式中P——管道設(shè)計(jì)壓力，MPa

Do——管道外徑，mm

Di——管道內(nèi)徑，mm

MA——自重和其他持續(xù)外載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm

MB——安全閥或釋放閥的反座推力、管道內(nèi)流量和壓力的瞬時(shí)變化及地震等產(chǎn)生的偶然荷載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm

W——管子截面抗彎矩，mm3

K——鋼材應(yīng)力加強(qiáng)系數(shù)

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa管系熱脹應(yīng)力范圍的應(yīng)力驗(yàn)算（二次應(yīng)力計(jì)算）見(jiàn)式（4）。

式中 σE——熱脹應(yīng)力范圍，MPa

f——應(yīng)力范圍的減小系數(shù)

[σ]20——鋼材20℃時(shí)基本許用應(yīng)力，MPa

[σ]t——管道鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa

實(shí)際計(jì)算中采用專業(yè)管道分析軟件（高溫管道應(yīng)力分析軟件）“CAESAR II”，建立分析模型，將管道劃分為若干單元，這些單元在節(jié)點(diǎn)處相互連接，輸入計(jì)算數(shù)據(jù)：①性能管件材料，含許用應(yīng)力、線脹系數(shù)；②運(yùn)行工況，如運(yùn)行溫度、壓力其波動(dòng)范圍、包括各吊點(diǎn)的熱位移值；③各種管道口徑的幾何尺寸，如管道規(guī)格、壁厚；④管道的保溫狀況等。

經(jīng)計(jì)算和分析，判定2#機(jī)組主蒸汽管道、主給水管道滿足各項(xiàng)狀況下的許用應(yīng)力，即符合要求并有一定的余量。

四、制定管道支吊架調(diào)整方案

根據(jù)管系應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果和冷/熱態(tài)檢驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)結(jié)果，制定管道支吊架調(diào)整方案，并在冷態(tài)條件下對(duì)需調(diào)整或增加的支吊架進(jìn)行施工調(diào)整和改造。

1.方案制定

調(diào)整從鍋爐爐機(jī)向下，汽機(jī)端或給水泵向上，到中間除氧層的支吊架結(jié)束。對(duì)于并行的布置的吊架則兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行。對(duì)異常管道支吊架進(jìn)行調(diào)整，該擰緊和擰松、焊接的都要符合調(diào)整要求（吊管道時(shí)必須有工裝來(lái)保護(hù)管道）。所有支撐架、墊塊對(duì)管道要起到受力作用，穿墻管道要求不受外力作用，對(duì)失效和嚴(yán)重銹蝕的剛性支吊架和彈簧必須更換。結(jié)合機(jī)組大修，實(shí)際對(duì)2#機(jī)組汽水管道支吊架進(jìn)行調(diào)整和改造。

2.2 #機(jī)組汽水管道支吊架調(diào)整和改造

（1）對(duì)甲、乙側(cè)主蒸汽管道整體下沉，使支吊架出現(xiàn)欠載或過(guò)載現(xiàn)象，因此在輸送平臺(tái)用手動(dòng)葫蘆分別提升甲、乙側(cè)管道各30mm，見(jiàn)圖 1、圖 2 和圖 3、圖 4。

圖1 甲側(cè)主蒸汽管調(diào)整前的照片

圖2 甲側(cè)主蒸汽管調(diào)照片整后的

（2）彈簧過(guò)載、欠載和失載的支吊架進(jìn)行調(diào)整，使其處于設(shè)計(jì)狀態(tài)，如圖5、圖6等。

（3）對(duì)彈簧失效的支吊架，更換支吊架或彈簧。

（4）對(duì)剛性支吊架卡澀或脫空的，找出受阻、脫空原因，恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。

（5）對(duì)變形的剛性吊架進(jìn)行校直處理或更換。

圖3 乙側(cè)主蒸汽管調(diào)整前標(biāo)示位置的照片

圖4 乙側(cè)主蒸汽管調(diào)整后標(biāo)示位置的照片

圖5 8號(hào)吊架調(diào)整前熱態(tài)的照片

圖6 8號(hào)吊架調(diào)整后的照片

（6）支吊架固定支座的螺栓松動(dòng)或抱箍槍支的，對(duì)其進(jìn)行緊固處理。

（7）對(duì)位移指示不正確的恒力吊架進(jìn)行重新調(diào)整。

（8）支吊架根部鋼構(gòu)各連接焊縫進(jìn)行磁粉探傷，對(duì)存在裂紋進(jìn)行打磨處理或補(bǔ)焊。

（9）對(duì)設(shè)計(jì)布置不合理的吊架，加裝減振器進(jìn)行優(yōu)化。例如汽機(jī)本體主蒸汽管道，在4號(hào)與10號(hào)彈簧支吊架之間增加的滑動(dòng)支架，見(jiàn)圖7。

通過(guò)對(duì)管道支吊架進(jìn)行的上述調(diào)整，更換修理失效彈簧等部件，使2#機(jī)支吊架達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

五、熱態(tài)復(fù)檢與調(diào)整

機(jī)組啟動(dòng)，蒸汽參數(shù)達(dá)到額定值72h后，對(duì)管道支吊架再次進(jìn)行一次熱態(tài)的全面復(fù)查，檢測(cè)熱位移值調(diào)整后是否符合要求，并根據(jù)運(yùn)行狀況對(duì)支吊架進(jìn)行必要的微調(diào)，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道支吊架調(diào)整工程進(jìn)行驗(yàn)收。使各管系支吊架恢復(fù)正常工作狀態(tài)，完全達(dá)到了調(diào)整工作的目的和要求。

圖7 增加的滑動(dòng)支架

六、結(jié)束語(yǔ)

管道支吊架是火力發(fā)電廠管道系統(tǒng)非常重要的組成部分，它的好壞直接影響到管道及相關(guān)設(shè)備的安全可靠性。因此應(yīng)積極重視開展對(duì)支吊架的定期檢驗(yàn)工作，相互學(xué)習(xí)和借鑒同行業(yè)管理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，消除汽水管道運(yùn)行中的不安全隱患，防止由于管道支吊原因而導(dǎo)致的壓力管道爆裂事故的發(fā)生。