火電廠蒸汽管道應(yīng)變測量及應(yīng)力分析討論

王紅豆

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國對電力資源的需求不斷增加，火電廠作為我國電力事業(yè)中的重要組成部分，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著越來越重要的作用。為了提高火電廠運行的安全性和可靠性，本文對火電廠蒸汽管道進行了應(yīng)力分析，并對管道支吊架優(yōu)化調(diào)整進行了探討。

【關(guān)鍵詞】火電廠；應(yīng)變測量；應(yīng)力分析；優(yōu)化調(diào)整

引言

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，火電廠機組容量不斷增加，蒸汽管道設(shè)計參數(shù)不斷提高，這就給蒸汽管道的安全運行帶來了嚴(yán)重的安全隱患?；鹆Πl(fā)電廠是一個龐大復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，蒸汽管道在運行過程中可能會產(chǎn)生管道結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、支吊架松弛等情況，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，所以對蒸汽管道進行應(yīng)力分析和支吊架優(yōu)化調(diào)整對管道安全運行起到了至關(guān)重要的意義。

1、火電廠蒸汽管道應(yīng)力分析

1.1 火電廠蒸汽管道的特點

火電廠蒸汽管道是電廠鍋爐和汽輪機之間進行蒸汽傳輸?shù)闹饕ǖ?，這就決定了火電廠蒸汽管道具有明顯特點：（1）高溫、高壓，尤其是火電機組在超臨界運行狀態(tài)下，蒸汽的溫度和壓力會不斷提高；（2）火電廠機組工況以及管道溫度變化使管道產(chǎn)生位移；（3）管道較長、管道兩端位差比較大、焊縫彎頭較多，管道容易產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)；（4）主蒸汽和再熱蒸汽之間的管道采用支吊架進行支吊，對支吊架依賴程度比較大；（5）蒸汽管道的安全性也是其非常重要的特點。

1.2 火電廠蒸汽管道應(yīng)力基本概念及應(yīng)力分析的意義

火電廠蒸汽管道載荷包括管道自重、閥門、法蘭、風(fēng)力、地震以及支吊架等產(chǎn)生的載荷，此外，還包括壓力、蒸汽沖擊波等引起的載荷，不同的載荷會給蒸汽管道帶來不同程度的破壞，一般將蒸汽管道應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。一次應(yīng)力主要包括管道內(nèi)部壓力、自重以及外部受力等產(chǎn)生的應(yīng)力；二次應(yīng)力主要是由于管道內(nèi)部熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力，這也是管道產(chǎn)生疲勞損壞的主要原因；應(yīng)力分析是管道設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，對于管道質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、壓力以及安全運行等具有重要的意義。應(yīng)力分析的目的就是分析管道運行中受到哪些因素的影響，將這些因素進行排除，保證管道在各種環(huán)境下都能夠安全穩(wěn)定的運行。

1.3 火電廠蒸汽管道應(yīng)力分析原理和計算方法

管道應(yīng)力分析主要分為靜力分析和動力分析，應(yīng)力分析主要采用梁模型進行模擬，計算方法一般是基于有限單元法，有限單元法可以將整個管道受力、變形以及各個節(jié)點的受力和位移體現(xiàn)出來，通過單元分析，利用高斯消元法求出各個單元內(nèi)點的應(yīng)力。有限單元法能夠計算樹樁分支的管系，也能計算環(huán)狀閉合管系；動力分析也主要采用有限單元法，主要是對物體受到載荷充分考慮阻尼力和慣性力等因素，同樣采用高斯消元法計算應(yīng)力，并采用積分法和振型疊加法求出管系的動力響應(yīng)以及固有頻率等。

2、管道支吊架優(yōu)化調(diào)整

2.1 支吊架類型及作用

承重支吊架，包括可變彈簧支吊架和恒力支吊架等，主要作用是限制載荷轉(zhuǎn)移，安裝位置主要在管道垂直位移較大、位移較小以及無垂直位移地方；震動控制裝置，這主要用于控制管道的振動和沖擊，主要應(yīng)用于需要控制沖擊、流體震動以及受地震影響的地方；限位支吊裝置，這主要起到限位作用，防止管道發(fā)生位移，主要用于管系中需要限制位移或者引導(dǎo)管道位移方向的地方。

2.2 支吊架調(diào)整和管系應(yīng)力的關(guān)系

管道所受的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力主要受到溫度、管道自重、布置方式、支吊架以及壓力等的影響，其中管道所受壓力、管道自重以及支吊架等因素影響管道的一次應(yīng)力，溫度、布置方式以及受力等影響管道的二次應(yīng)力。在這些因素中，支吊架的載荷與應(yīng)力大小以及管道的安全運行密切相關(guān)。一般情況下，可以通過調(diào)整支吊架來改善管道的應(yīng)力分布，保證管道安全、穩(wěn)定的運行，延長管道使用壽命。

2.3 管道支吊架常見問題與優(yōu)化調(diào)整

管道支架常見的問題主要包括支吊架安裝不當(dāng)、彈簧支吊架承載異常、支吊架結(jié)構(gòu)損壞、管道熱膨脹受阻、阻尼器狀態(tài)異常以及剛性支吊架卡塞脫空等。由于設(shè)計規(guī)劃與實際管道自重、支吊架安裝位置以及保溫材料厚度等存在偏差，所以在進行支吊架優(yōu)化調(diào)整時其承受載荷與設(shè)計載荷相近即符合要求。調(diào)整方法包括管系應(yīng)力分布不變法和管系應(yīng)力重新設(shè)計法，管系應(yīng)力不變法是保持管系原有的應(yīng)力分布，對管道支吊架進行調(diào)整，主要用于無明顯下沉和支吊架失效率較低的管道。管系應(yīng)力重新設(shè)計法主要是對管系運行中的應(yīng)力進行重新設(shè)計，這種方法能夠有效控制管道的位移，適用于下沉明顯和支吊架失效率高的管道。調(diào)整過程包括冷態(tài)調(diào)整和熱態(tài)調(diào)整，冷態(tài)調(diào)整主要是在管道運行前對管道各個零件和參數(shù)進行調(diào)整，熱態(tài)調(diào)整是機組在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下對支吊架進行參數(shù)調(diào)整，使支吊架運行狀態(tài)符合設(shè)計要求。

3、結(jié)語

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，對火電廠的要求不斷提高，這就需要相關(guān)人員對火電廠管道和支吊架進行嚴(yán)格的應(yīng)力分析和優(yōu)化調(diào)整，確保管道和支吊架處于正常、有效狀態(tài)，保證電廠的安全運行，促進我國電力事業(yè)的發(fā)展。

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