浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司 陶國強

某電廠1000MW 超超臨界燃煤發(fā)電機組于2011年投產(chǎn)，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(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、全懸掛Ⅱ型結(jié)構(gòu)。

自投產(chǎn)以來，主蒸汽管道連續(xù)多組支吊架出現(xiàn)位移嚴(yán)重異常，管道偏離設(shè)計狀態(tài)線，給機組的安全運行帶來較大調(diào)整。支吊裝置是管道系統(tǒng)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(shè)計值相差較大，對管系應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，長期運行對管道的安全運行會產(chǎn)生隱患[1-3]。王軍民等通過研究指出，對于連續(xù)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(dǎo)致管道偏離設(shè)計狀態(tài)線的一個重要的因素[4]，這個結(jié)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(jìn)行了檢查（圖1），發(fā)現(xiàn)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(fā)生了明顯改變，#30、#31、#33單恒力吊架原設(shè)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(shè)計相同，但實際熱位移量極小，管道明顯偏離設(shè)計狀態(tài)線。主蒸汽管道部分支吊架檢查結(jié)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(shè)計載荷（N）、三向位移（mm）、檢查結(jié)果分別為：116455、-108.4/-220.6/42.7、冷或熱態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)時恒吊位移指針分別指示于35%、30%位置，垂直熱位移量較小；89864、-150.8/-285/78.8、冷或熱態(tài)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(guān)分析

2.1 應(yīng)力分析

根據(jù)DL/T 5366及管道、支吊架設(shè)計計算要求，應(yīng)用CAESAR Ⅱ?qū)I(yè)應(yīng)力分析軟件對主蒸汽管道建立應(yīng)力計算模型，應(yīng)力校核計算結(jié)果表明：管系中各支吊架均處于正常狀態(tài)的情況下，主蒸汽管道最大一次應(yīng)力計算值及最大二次應(yīng)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(yīng)力、最大二次應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)，管道應(yīng)力合格。

另外吊架載荷計算值與原設(shè)計值差距不大，#30～35單恒力吊架的設(shè)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(shè)計值可知，五組單恒力吊架載荷較設(shè)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(shè)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(tài)下，其各次應(yīng)力均能滿足管道安全運行的要求，管系應(yīng)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(biāo)，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(zhuǎn)動機構(gòu)回轉(zhuǎn)全程中的最大載荷與最小載荷。根據(jù)GB/T17116.1-2018《管道支吊架第1部分技術(shù)規(guī)范》規(guī)定恒定度應(yīng)不超過6%，而該管道恒力吊架超標(biāo)最嚴(yán)重的恒定度達(dá)到了20%，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求，吊架性能難以滿足設(shè)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(dǎo)致實際載荷與設(shè)計載荷存在較大偏差，而水平管段連續(xù)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(dǎo)致管道位移嚴(yán)重偏離設(shè)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(dǎo)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(yīng)力-位移進(jìn)一步偏離原設(shè)計值；該管段連續(xù)布置多個恒力吊架導(dǎo)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(jù)上述原因以及現(xiàn)場水平管段恒力支吊架性能測試結(jié)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(chǔ)上對水平管段恒力吊架進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。優(yōu)化調(diào)整后，熱態(tài)復(fù)查結(jié)果表明管系應(yīng)力更接近理論計算值，應(yīng)力分布合理，支吊架熱位移及管道運行狀態(tài)得到了明顯改善，能滿足管道安全運行的要求。

3 結(jié)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(shè)計值存在偏差，偏差產(chǎn)生的原因與恒力支吊架的性能及管道布置密切相關(guān)。連續(xù)、多個恒力吊架恒定度偏差的疊加會導(dǎo)致局部管段支吊架承載與設(shè)計值差異較大，從而造成管道熱位移偏離原設(shè)計值，甚至導(dǎo)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(yīng)適當(dāng)優(yōu)化支吊架布置方式，改變管段等效剛度；應(yīng)按照DL/T1113—2009要求嚴(yán)格對到貨支吊架性能進(jìn)行驗收，并按照DL/T616-2006要求定期對支吊架進(jìn)行檢查維護(hù)，盡早發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，確保管道長期有效地安全運行。