林慶宇，譚凱芬，黃慶華，張 琳，劉 彬，藍(lán) 焱，譚雄健

（廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，廣西 南寧 530200）

0 引言

發(fā)生于2016 年的當(dāng)陽(yáng)“8.11”重大高壓蒸汽管道裂爆事故導(dǎo)致22 人死亡4 人重傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2000 多萬元，其慘痛教訓(xùn)仍歷歷在目，電站鍋爐蒸汽管道大多屬于高溫高壓管道，其膨脹量大、安全性和可靠性要求高，一旦發(fā)生事故，造成的損失和社會(huì)影響極其嚴(yán)重。

管道系統(tǒng)安全性能主要取決于運(yùn)行狀態(tài)、管道材質(zhì)以及受力狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)是由工作要求來決定的[1]，管道材質(zhì)由制造、安裝質(zhì)量及運(yùn)行狀態(tài)決定[2，3]，而受力狀態(tài)則主要取決于管道布置及沿程支吊裝置的設(shè)置。支吊架失效會(huì)增加管道應(yīng)力、降低管道壽命，影響管道及設(shè)備的安全運(yùn)行，增加管道振動(dòng)的危險(xiǎn)性[4-6]。因此，管道及支吊架的安全狀態(tài)正常與否將直接影響蒸汽管系應(yīng)力水平的高低和長(zhǎng)期安全運(yùn)行，而這往往是安裝單位在管道、支吊架安裝過程以及使用單位在日常運(yùn)行及維護(hù)管理中最易于忽視的。無論是新建機(jī)組還是運(yùn)行若干年的老機(jī)組，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道及支吊架存在問題時(shí)，都需要先對(duì)對(duì)整個(gè)蒸汽管道系統(tǒng)進(jìn)行安全狀態(tài)檢查，然后根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)管系進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估及應(yīng)力分析，再進(jìn)一步制定調(diào)整方案，使其達(dá)到或接近設(shè)計(jì)狀態(tài)。

根據(jù)“鍋規(guī)”要求，電站鍋爐監(jiān)督檢驗(yàn)及定期檢驗(yàn)均需要對(duì)管道及支吊架進(jìn)行檢驗(yàn)。但“鍋規(guī)”并未對(duì)檢驗(yàn)方法及要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)要求，本文從資料收集與審查、現(xiàn)場(chǎng)檢查及測(cè)量、各階段檢查重點(diǎn)等方面系統(tǒng)地介紹了電站鍋爐檢驗(yàn)過程中蒸汽管道及支吊架安全狀態(tài)檢查方法與重點(diǎn)，為檢驗(yàn)人員開展電站鍋爐蒸汽管道及支吊架檢驗(yàn)提供入門指導(dǎo)，為進(jìn)一步制定針對(duì)性檢驗(yàn)方案提供參考，同時(shí)，還能為進(jìn)一步對(duì)管系進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估、應(yīng)力計(jì)算分析及制定支吊架調(diào)整方案打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也能為同類壓力管道設(shè)計(jì)、安裝及使用單位的相關(guān)技術(shù)管理工作提供借鑒。

1 檢查工作流程

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7-9]要求及文獻(xiàn)[1，10]經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，電站鍋爐蒸汽管道及支吊架安全狀態(tài)檢查主要工作流程包括管道資料收集與審查、現(xiàn)場(chǎng)檢查及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，具體如圖1 所示。

圖1 檢查工作流程

2 管道資料的收集與審查

2.1 管道及支吊架資料收集

管道及支吊架資料主要包括：設(shè)計(jì)資料、安裝資料、設(shè)備廠家資料、運(yùn)行及檢修資料等，具體如下：

2.1.1 設(shè)計(jì)資料

（1）管道和支吊架設(shè)計(jì)圖紙（包含：系統(tǒng)流程圖、安裝圖及設(shè)計(jì)修改通知單）。

（2）標(biāo)記支吊架型式及位置、焊縫位置、管段尺寸、管道坡度的立體圖（或者工廠配管圖）。

（3）管道應(yīng)力計(jì)算原始數(shù)據(jù)（包括：管道材料、規(guī)格、單位重量、端點(diǎn)附加位移，計(jì)算壓力、計(jì)算溫度、環(huán)境溫度及相應(yīng)條件下的許用應(yīng)力、彈性模量、線膨脹系數(shù)等）、應(yīng)力計(jì)算成果表（包括：冷態(tài)、熱態(tài)、水壓試驗(yàn)、偶然荷載、風(fēng)載或地震工況下的應(yīng)力安全判別、端點(diǎn)作用力和力矩表）、支吊架一覽表（含冷、熱態(tài)位移）。

（4）管道技術(shù)條件、管道明細(xì)表。

2.1.2 安裝資料

（1）安裝修改的內(nèi)容記錄及詳圖，施工移交時(shí)的驗(yàn)收資料。

（2）記錄焊口位置、支吊架實(shí)際安裝情況的安裝資料。

（3）安裝時(shí)實(shí)際采用的保溫結(jié)構(gòu)和保溫材料的容重。

（4）管道的焊接工藝和施焊記錄以及焊接檢驗(yàn)記錄。

2.1.3 設(shè)備廠家資料

管道與設(shè)備連接處設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的允許推力和力矩。

2.1.4 運(yùn)行及檢修資料

（1）機(jī)組投運(yùn)后管道系統(tǒng)（包括管子、管件、閥件、支吊架和各種附件等）的改造、修理和調(diào)整資料。

（2）管道運(yùn)行參數(shù)和波動(dòng)情況資料。

2.2 資料審查與分析

資料審查與分析的主要工作如下：

（1）對(duì)原設(shè)計(jì)資料進(jìn)行審核，建立管系應(yīng)力分析計(jì)算模型，進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，核算最大應(yīng)力分布、設(shè)備端點(diǎn)推力及推力矩、支吊架荷載及位移值，繪制管道單線圖供檢查使用。

（2）審查支吊架歷次檢驗(yàn)、更換及調(diào)整資料，其他對(duì)管道應(yīng)力有影響的管道改造、修理等資料也應(yīng)審查。

（3）審查管道實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（溫度、壓力）及其波動(dòng)情況是否符合設(shè)計(jì)要求。

3 管道及支吊架現(xiàn)場(chǎng)檢查

管道及支吊架檢查可及時(shí)發(fā)現(xiàn)其安全隱患，避免管道和支吊架缺陷擴(kuò)展。管道及支吊架檢查一般分為停機(jī)狀態(tài)下的冷態(tài)檢查和運(yùn)行狀態(tài)下的熱態(tài)檢查，將支吊架整體狀態(tài)、冷、熱態(tài)位移等信息進(jìn)行記錄。檢查主要依據(jù)管道和支吊架設(shè)計(jì)資料。對(duì)于在役機(jī)組，還需要參考管道及支吊架歷次檢驗(yàn)、更換、調(diào)整、改造及修理等資料。檢查所用到的工具一般有：望遠(yuǎn)鏡、相機(jī)、激光測(cè)距儀及刻度尺等。

3.1 支吊架類型簡(jiǎn)介

管道支吊架按其功能可分為三大類，每種類型按用途又可分為若干種型式，具體如表1 所示。

表1 支吊架分類及類型

3.2 管道及支吊架檢查內(nèi)容

3.2.1 管系整體檢查

（1）檢查管系端口處膨脹情況是否與設(shè)計(jì)相符，膨脹異常時(shí)檢查端口是否有受損現(xiàn)象。

（2）檢查管道安裝情況是否與設(shè)計(jì)相符，包括管道安裝位置及管段長(zhǎng)度；其熱膨脹位移量是否與設(shè)計(jì)相符，膨脹是否受相鄰建筑物、設(shè)備或構(gòu)件的限制，除了裝設(shè)限位裝置、剛性支吊架、固定支架的部位外，管道不能膨脹受阻。

（3）檢查管道是否受過異常沖擊荷載或劇烈振動(dòng)，如造成焊接接頭開裂、螺栓松動(dòng)、零部件變形及損壞等；管道保溫是否完好。

（4）檢查支吊架安裝情況是否與設(shè)計(jì)相符，包括支吊架安裝位置、總數(shù)量、支吊架類型和型號(hào)、支吊架結(jié)構(gòu)、支吊架偏裝情況；檢查支吊架鎖緊螺母是否鎖緊；檢查承載結(jié)構(gòu)焊縫是否開裂；對(duì)于高溫蒸汽管道還應(yīng)檢查支吊架管部合金材質(zhì)的復(fù)驗(yàn)情況，必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽查；管道支吊點(diǎn)的定位與設(shè)計(jì)的偏差值不應(yīng)超過20 mm[7]。

（5）檢查支吊架是否存在變形或劣化的跡象，如表面變形和腐蝕等；是否有阻礙機(jī)構(gòu)正常位移的外部障礙。

3.2.2 支吊架功能件檢查

（1）變力彈簧支吊架：鎖定裝置是否去除，是否過度壓縮、失載、卡死；彈簧是否偏斜、折斷；行程有無卡澀；彈簧盒內(nèi)有無銹渣或其他雜物。

（2）恒力彈簧支吊架：鎖定裝置是否去除，位移指針是否缺失；位移指針是否越限，在行程范圍兩端是否有余量；固定銷軸是否干涉回轉(zhuǎn)框架。

（3）剛性吊架、滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架、固定支架和限位裝置：工作面應(yīng)平整，無卡澀或脫空現(xiàn)象；主要受力焊縫是否有裂紋，是否存在破壞現(xiàn)象；剛性吊架是否受力正常，無失載；固定支架是否牢固可靠，螺栓松脫。

（4）阻尼器、減振器：阻尼器的油系統(tǒng)與位移行程是否正常，是否漏油；減振器結(jié)構(gòu)是否完好。

3.2.3 支吊架連接件檢查

（1）檢查支吊架吊桿是否扭曲、彎曲變形；剛性吊架、彈簧吊架吊桿與垂線之間夾角應(yīng)分別不超過3°、4°[7]。

（2）檢查吊桿螺紋是否至少高出花籃螺母螺孔內(nèi)端面15 mm[8]。

3.2.4 支吊架根部檢查

（1）檢查根部輔助鋼結(jié)構(gòu)是否有明顯變形；支吊架根部混凝土結(jié)構(gòu)（支墩）是否有裂縫、損壞。

（2）檢查連接的基板與設(shè)計(jì)是否相符。

3.2.5 支吊架管部檢查

（1）檢查管夾、管卡或支座是否與管道正確連接；橫擔(dān)是否傾斜嚴(yán)重；零部件是否有明顯變形、松動(dòng)或脫落情況。

（2）防反沖剛性吊架橫擔(dān)與管托之間不得焊接，熱態(tài)間距符合設(shè)計(jì)要求。

（3）檢查滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架和限位裝置管部是否越限；帶聚四氟乙烯板的滑動(dòng)支架或?qū)蜓b置，應(yīng)檢查其管部的滑動(dòng)底板在冷、熱態(tài)是否均覆蓋聚四氟乙烯板；導(dǎo)向裝置、限位裝置是否對(duì)管道管部產(chǎn)生超出設(shè)計(jì)范圍的約束。

3.3 典型缺陷實(shí)例

典型缺陷實(shí)例如圖2～6 所示。

圖2 管道移位、彈簧支架脫空

圖3 管部與平臺(tái)扶梯干涉

圖4 吊桿傾斜超標(biāo)

圖5 變力彈簧支吊架銷釘未拔

圖6 恒力彈簧支吊架指針位于下極限

4 管道及支吊架現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

對(duì)于存在管道膨脹異常、支吊架受力異常、安裝位置與設(shè)計(jì)不符等情況的蒸汽管系，需要根據(jù)檢查情況綜合判斷，查找原因，必要時(shí)需對(duì)管道及支吊架相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，以便對(duì)管系實(shí)際應(yīng)力情況進(jìn)行建模分析，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）管道端口膨脹情況與設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)測(cè)量端口冷、熱態(tài)位置，得到端口的移位及膨脹量情況。

（2）管道或支吊架安裝位置、管段長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)測(cè)量管道、支吊架的具體位置。

（3）管道在支吊架點(diǎn)處出現(xiàn)明顯下沉或抬升，現(xiàn)場(chǎng)檢查無其他阻礙管道正常膨脹的建筑物或構(gòu)件，同時(shí)管道、支吊架安裝符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)先檢查閥門、法蘭、三通等管件的重量以及測(cè)量管道的實(shí)際厚度、保溫材料的實(shí)際密度和厚度是否與設(shè)計(jì)相符，如果符合設(shè)計(jì)要求，考慮該情況可能是由支吊架性能異常引起，需要對(duì)支吊架進(jìn)行性能試驗(yàn)，測(cè)量其荷載性能。另外，也需要測(cè)量管道的下沉量或抬升量。

5 各階段檢查重點(diǎn)

蒸汽管道及支吊架的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、改造、修理等階段均會(huì)產(chǎn)生影響其安全性能的缺陷，針對(duì)各階段自身特點(diǎn)，結(jié)合以往檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，列舉相應(yīng)檢查重點(diǎn)如下：

設(shè)計(jì)階段，重點(diǎn)檢查管道及支吊架設(shè)計(jì)的合理性和安全性。常見缺陷有：管系整體走向設(shè)計(jì)、支吊點(diǎn)的位置設(shè)置、支吊架連接件選型不合理，支吊架設(shè)計(jì)荷載或位移與實(shí)際情況相差較大，支吊架類型選用錯(cuò)誤。

制造階段，重點(diǎn)檢查管道出廠參數(shù)、支吊架性能數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)選型的相符性。常見缺陷有：恒力彈簧支吊架荷載恒定度、荷載偏差度或變力彈簧支吊架荷載偏差度嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，管道壁厚偏差過大造成支吊架荷載偏大或不足。

安裝階段，重點(diǎn)檢查安裝情況與設(shè)計(jì)是否一致。常見缺陷有：支吊架偏裝錯(cuò)誤，支吊架錯(cuò)裝、漏裝，支吊架鎖緊螺母未安裝或鎖緊，水壓試驗(yàn)后支吊架鎖定裝置未解除，管道、支吊架安裝未考慮熱位移影響導(dǎo)致其與相鄰平臺(tái)或建筑物干涉，合金材質(zhì)零部件錯(cuò)用。

運(yùn)行階段，重點(diǎn)檢查支吊架是否受力正常，支吊點(diǎn)或端口實(shí)際膨脹方向和膨脹量與設(shè)計(jì)是否基本一致。常見缺陷有：管道異常下沉、抬起或振動(dòng)，吊桿偏斜超標(biāo)、支架脫空、阻尼器滲漏油、恒力彈簧支吊架指針接近或超出極限位置、變力彈簧支吊架失載或過載。

改造、修理階段，重點(diǎn)檢查管道、支吊架更換或改造對(duì)管系受力的影響。常見缺陷有：所更換閥門或管件與原件重量相差過大導(dǎo)致管系局部受力改變、支吊架狀態(tài)異常，支吊架更換后未將彈簧荷載或管道位置恢復(fù)至合理狀態(tài)，管系增加支路管道（如機(jī)組供熱改造）后未進(jìn)行整體受力分析導(dǎo)致管系受力異常。

6 結(jié)語(yǔ)

電站鍋爐蒸汽管道及支吊架是一個(gè)完整而細(xì)致的系統(tǒng)，本文從資料收集與審查、現(xiàn)場(chǎng)檢查及測(cè)量等方面介紹了其檢驗(yàn)過程中的安全狀態(tài)檢查方法及重點(diǎn)，根據(jù)該方法能系統(tǒng)全面地檢查管道及支吊架存在的安全隱患，為進(jìn)一步對(duì)管系進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估、應(yīng)力計(jì)算分析及制定調(diào)整方案打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，也能為同類壓力管道安裝及使用單位的相關(guān)技術(shù)管理工作提供借鑒。