淺談超臨界鍋爐高壓蒸汽管路支吊架在線更換方法

國能孟津熱電有限公司 張濤濤

高壓蒸汽管道是火電機組的關(guān)鍵部件之一，管道支吊架狀態(tài)異常會使支吊架承載分配及管系受力發(fā)生變化，造成管系的應力分布不均，特別是焊口、三通、彎頭等部位應力大幅增加；縮短管道和設(shè)備的使用壽命。管道支吊架工作狀態(tài)異常不能及時發(fā)現(xiàn)并加以調(diào)整，將嚴重影響電廠的安全運行。

1 支吊架常見問題及其原因分析

1.1 支吊架功能受限

支吊架功能受限對管道受力、位移產(chǎn)生影響，進而影響管道的使用壽命及其運行安全可靠性。

管道及支吊架位移受阻。表現(xiàn)為管道、支吊架與附近管道或設(shè)備卡、碰嚴重，通常為設(shè)計時的支吊架配置不合理或安裝預留間距不足所致，影響管道的正常熱膨脹和管道應力分布狀況；支吊架承載異常。表現(xiàn)為吊架彈簧壓縮不足，吊架欠載、甚至脫載，吊架彈簧壓縮過量甚至被完全壓死，吊架拉桿偏斜彎曲，橫擔彈簧吊架的橫擔梁偏心傾斜。此類缺陷大多為安裝質(zhì)量不良、標定錯誤、彈簧支吊架本身質(zhì)量較差或支吊架功能劣化失效等所致。

恒力支吊架狀態(tài)異常。主要表現(xiàn)為位移指針指示刻度不正確，指針完全頂在上極限、吊架脫載或指針完全卡在下極限等，造成管道熱膨脹受阻，管道局部應力升高，影響到鄰近其它支吊架的受力狀態(tài)；限位裝置、滑動支架、導向支架、剛性支撐狀態(tài)異常。表現(xiàn)為限位裝置、剛性支撐支點脫離，導向支架導向錯誤，滑動支架滑動受阻等。此類缺陷大多為安裝質(zhì)量不良，部分是由于支架根部結(jié)構(gòu)配置不合理，在管道發(fā)生熱位移時出現(xiàn)支架管滑脫根部限位和支撐結(jié)構(gòu)失效；阻尼器的油系統(tǒng)與行程異常。表現(xiàn)為漏油、冷熱態(tài)行程分配不合理，使阻尼器在冷態(tài)或熱態(tài)時處于極限位置而限制管道熱膨脹。

1.2 支吊架結(jié)構(gòu)損壞

支吊架管部損壞。表現(xiàn)為管部部件存在裂紋或斷裂、支架管部管夾松動等。通常是由過載、材料自身缺陷或安裝質(zhì)量等原因所致；支吊架根部損壞。一般是由于支吊架生根部位的強度不足、生根結(jié)構(gòu)不合理等所致。生根結(jié)構(gòu)不合理常見于生根梁的采用式及根部連接件穿孔部位的開孔大小不當；支吊架連接件損壞。通常是由支吊架承載異常，管道沖擊、振動、嚴重銹蝕等原因所致。連接件的材質(zhì)質(zhì)量差或安裝錯誤也是原因之一。

1.3 支吊架功能失效

由于支吊架安裝問題導致支吊架功能失效，從而影響了管系的峰值應力大小及分布，造成管系局部應力增加且影響鄰近支吊架的載荷分布；支吊架偏裝不正確會導致冷熱態(tài)承載不合理；支吊架嚴重偏斜會導致吊架在垂直方向上承載不足、而在水平方向產(chǎn)生過大的附加力，對端點設(shè)備推力增大，不利于管道安全運行。

2 支吊架異常處理重要性及介紹一種在線處理工法

針對不同的支吊架問題采取相應的維護調(diào)整措施，使其處于有效的功能狀態(tài)。如對熱位移受阻的支吊架進行重新設(shè)計和安裝；對承載異常的彈簧支吊架進行調(diào)整；對冷態(tài)或熱態(tài)位移指示異常的恒力支吊架進行位移指示調(diào)整；對脫空、失效的限位裝置及滑動、導向、剛性支架進行整改；對拉伸或壓縮至極限位置的阻尼器進行調(diào)整；對油系統(tǒng)故障進行維修；對偏裝錯誤和安裝錯誤的支吊架進行重新偏裝和安裝；對損壞的支吊架及其結(jié)構(gòu)件進行修復或予以更換。

支吊架型號、性能與管道的膨脹程度不匹配時將導致管道膨脹受阻，嚴重時會危及管道的安全運行。例1：某電廠1、2號亞臨界600M W 機組吹管后，發(fā)現(xiàn)低溫再熱蒸汽入口管道傾斜變形，部分支吊架松弛、失載，最大變形處管道抬升約80mm。對管道及支吊架等進行了實際勘察并對恒力吊架的性能進行了測試。結(jié)合校核計算結(jié)果認為，部分支吊架的設(shè)計選型載荷偏大、恒力吊架的性能較差使管道向下膨脹時的阻力增大，影響其正常的熱膨脹導致管道變形；例2：某電廠1號超臨界600MW 機組對外供汽改造后，吹管后進入試運行階段，發(fā)現(xiàn)主蒸汽管道恒力吊架存在超載情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)安裝吊架載荷偏小，未能達到設(shè)計的載荷要求，管道整體存在下移量偏大情況。

以上情況均需進行進行支吊架更換，消除管道存在的支吊架嚴重隱患，為減少機組停運帶來的經(jīng)濟損失，介紹一種在線更換管道支吊架的實踐方法。

2.1 作業(yè)條件

施工機具準備、測量工器具準備、新支吊架到貨并驗收合格；作業(yè)風險評估及防范措施執(zhí)行，務必保證施工區(qū)域的安全性，將可能出現(xiàn)泄漏位置進行硬質(zhì)鐵板隔離；制作應急預案，應對突發(fā)情況；保持機組運行負荷穩(wěn)定，盡量保持在較低負荷，減少鍋爐側(cè)系統(tǒng)切換操作，作業(yè)過程中禁止鍋爐吹灰操作，保持主汽溫度穩(wěn)定；臨時設(shè)施、作業(yè)場地、工具布置、安全、消防設(shè)施等條件已具備。

電源箱、電焊機、氧氣、乙炔等應布置合理；人員資質(zhì)和數(shù)量滿足作業(yè)要求；施工前，對施工人員進行技術(shù)交底及安全文明施工交底，使施工人員熟悉作業(yè)指導書及特殊工藝要求，明確設(shè)計意圖、切實掌握高壓管道施工的技術(shù)要求、質(zhì)量標準及安裝工藝；選用的機械設(shè)備和工器具的狀態(tài)正常；計量器具的規(guī)格、量程、精度滿足要求，且在檢定有效期內(nèi)。

2.2 作業(yè)方法

2.2.1 準備工作

恒力彈簧支吊架原拉桿垂直方位臨近拉桿位置，制作臨時龍門架及吊點，龍門架采用#14槽鋼拼接、滿焊，并于兩側(cè)焊接加固支撐，用于安裝新恒力彈簧吊架的拉桿拉伸，作為手拉葫蘆的受力點，用作支吊架力量轉(zhuǎn)移用；在臨時龍門架吊點與新的恒力彈簧支吊之間固定1個3t 拉鏈葫蘆（1號）；新恒力彈簧吊架在原設(shè)計吊架生根位置焊接固定，按圖施工并要求新彈簧吊架現(xiàn)場提前進行拉力承載負荷的試驗。

在需更換的恒力彈簧支吊架內(nèi)部焊接限位，確保恒力彈簧支吊架處于一種剛性吊架狀態(tài)，不能收縮或伸長；在主汽電動閥門上固定1個3t 拉鏈葫蘆（2號），中間連接指針拉力計，緩慢拉升，手拉葫蘆剛剛帶勁即可，用作管道保護，同時觀察c 管道位移指示；在反方向垂直向下固定1個3t 拉鏈葫蘆（3號），保護管道不會突然大幅度上移，鏈條拉緊即可；全部管道的位移指示進行記錄及標記，并保持低負荷負荷穩(wěn)定，不進行機組爐側(cè)操作。

圖1 支吊架更換進行固定卡塊

圖2 支吊架更換載荷監(jiān)視點

2.2.2 開始進行更換操作

拉動2號手拉葫蘆，使恒力彈簧支吊架吊桿處于松動狀態(tài)，且指針拉力計讀數(shù)接近19000N，同時緩慢配合松3號手拉葫蘆；拆除恒力彈簧支吊架及所屬吊桿，安裝新的恒力彈簧支吊架，拉動1號手拉葫蘆，新的恒力彈簧支吊架指針處于三分之一讀數(shù)處時停止，開始安裝新支吊架吊桿。注意手拉葫蘆位置不能影響吊桿的安裝；新支吊架吊桿安裝后，旋轉(zhuǎn)緊固吊桿上的花籃螺母，使吊桿處于緊固狀態(tài)。

緩慢松動1號手拉葫蘆，待指針拉力計讀數(shù)開始減小停止。開始緩慢松2號手拉葫蘆，待指針拉力計讀數(shù)開始減小停止。再緩慢松動1號手拉葫蘆，待指針拉力計讀數(shù)開始減小停止，由此1、2號手拉葫蘆配合分3～4次使手拉葫蘆全部松開，力量轉(zhuǎn)移至新的恒力彈簧支吊架；配置拉力計葫蘆松動之拉力計指針讀數(shù)為零時，觀察新的101恒力彈簧吊架工作狀態(tài)，若狀態(tài)正常拆除鏈條葫蘆，若狀態(tài)異常通過花籃螺栓進行微調(diào)，使之處于正常位移狀態(tài)，然后拆除鏈條葫蘆；全過程對支吊架的位移進行記錄，且對比開始和最終的位移拆別進行分析。當位移出現(xiàn)大幅度變化時應立即停止進行分析后，才可再進行。拆除臨時措施，恢復現(xiàn)場。

3 結(jié)語

當前機組存在大量的改造工作，設(shè)計支吊架問題較多，主要為支吊架設(shè)計、安裝問題和缺陷。改造投運前，應對管道支吊架狀態(tài)進行全面、系統(tǒng)的檢驗與調(diào)整，使各彈簧、恒力支吊架的指針處于冷態(tài)標示點上，固定支架和各種限位裝置穩(wěn)定牢固，減振器和阻尼器處于冷態(tài)安裝起始點；改造或檢修中進行局部變更時應對管系應力重新進行計算，對受影響的支吊架進行相應的調(diào)整以防破壞管系的載荷平衡，影響管系的安全運行；管道支吊架在運行過程中狀態(tài)會發(fā)生變化，應按照火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架檢修導則的要求，對支吊架進行日常監(jiān)督與維護。