支吊架论文.doc

汽水管道支吊架调整和监督研究
摘 要
通过对广西某电厂6号机组主蒸汽管道发生变形进行深入研究，从失效分析入手，有针对性的对管系进行改造设计和更换必要的支吊架，经过处理后管系补偿良好、疏水顺通、流阻较小、支吊架工作合理、维护方便。同时确定了管系的危险截面位置，并在该处采取了有效的监督手段，使之成为监督重点，确保管系安全运行，延长机组运行寿命。
关键字：变形、蒸汽管道、分析、调整、监督。
正 文
随着时代的发展，在电力行业越来越把机组的延寿重视起来，广核集团也已经针对机组的延寿着手立项开展研究了。本文主要是针对延长主蒸汽管道寿命的方面来进行一些分析介绍。本文主要是通过对某电厂的主蒸汽管道变形的分析调整和监督研究，论述变形蒸汽管道的处理和延寿方法。
广西某电厂6号机组是由东方锅炉厂生产的DG－410/100－3型锅炉，系按劣质煤设计的固态排渣自然循环塔式煤粉炉，采用全露天布置，钢筋混凝土结构加外护板，于1996年开始取消了碎渣机设备。整个锅炉是于1977生产并于1978年安装，其额定蒸发量为410t/h，该机组的额定工作功率为100MW，经改造扩容后额定工作功率为110MW。＃6机组系直流式锅炉，主蒸汽管道从锅炉2－2进入汽机，主蒸汽管道原设计参数如下：工作压力：9.8mpa，蒸汽温度：540℃，管道尺寸：Φ273×29mm，管道材料：12Cr1MoV。该主蒸汽管道在垂直管道各有一组弹簧吊架常年处于压死状态，厂方在每次检修的过程中都会对该支架进行调整，但是调整运行后又发生了压死状况，那么可以判定该管道发生了明显的下沉现象，会增加管道对设备的推力，影响设备寿命。为此从失效分析入手，通过对主蒸汽管道支吊架失效原因的深入分析和研究针对性地对管系进行了改造设计，并通过机组大修得以实施。同时计算了管道内部应力，提交了厂方应力峰值截面地位置，提醒厂方采取必要地监督手段，确保管系地安全运行，改造后整条管系运行良好。
1 影响蒸汽管道寿命的因素
影响蒸汽管道寿命的因素主要有内因和外因。
内部因素主要是管道及其部件的钢材性能，如室温和运行温度下的力学性能，蠕变和持久强度、组织性质稳定性、材质均匀性、抗氧化和抗腐蚀性能等，这些因素在选用蒸汽管道材料时已经考虑过；同时管道材料中的缺陷种类、性质、大小和分布也影响蒸汽管道运行寿命，所以根据有关规程规定了对蒸汽管道的检查，选用合格的管材。
外部因素主要是温度和应力。运行温度对蒸汽管道的蠕变速度、管道材料组织性质老化有很大影响。在应力不变的情况下，通过计算（Larson-Miller参数法）可以发现主蒸汽管道工作温度提高10度，寿命缩短一半。温度不变时，计算(Monkman-Grant方程)发现主汽管道工作应力提高10％，寿命缩短一半。
因此可以发现在管道材料确定的情况，管道内部应力和管道工作温度对管道的寿命影响是很大的。在对广西的该厂6号机组的管道支吊架改造中，主要是调整管道支吊架，使管道整体受力均匀避免出现应力集中。
由于主蒸汽管道长期运行后容易出现管系变形或支吊架失效，引起整个管系应力重新分配，势必引起管道局部应力过大，造成管道局部损坏，这是电厂普遍存在的现象。
2 主蒸汽管道失效原因分析
主汽管道走向及支吊架设置情况见下图1。根据反复测量管道尺寸、管道热位移、支吊架的宏观检查及应力计算，得出管道失效原因主要由以下几个方面造成。
2.1 热膨胀影响
管道本身比较长，但是由于管线的布局自我热膨胀的吸收能力比较差，所以造成了多处吊架不能正常分载。所以出现了部分弹簧吊架完全压死，但是部分吊架出现了失载的现象。
2.2 管系的稳定性差
2条管线分别有7组和8组吊架，最大位移吊点的位移为154mm，但是纵观整个管系均为恒力吊架和弹簧吊架。由于恒力吊架和弹簧吊架的刚度远低于刚性支吊架，整个管系在变形时，支吊架约束作用不够，因此可能会引起管系各点的位移方向失去控制，造成管系的稳定性交差，在实际运行中导致部分支吊架偏斜和某些管段出现倒坡和坡度过大的现象。
图1：广西某厂主蒸汽管道及支吊架布置图
2.3 部分支吊架失效
在对整个管系的支吊架检查过程中发现部分吊架完全失效了，弹簧吊架被压死，恒力吊架完全失载。长期的管道支吊架不正常承载，导致了管道的变形，管系内部应力重新分布，直接影响到了自重、热膨胀产生的应力变化，导致部分管材加速损伤，严重影响管道安全运行。
3 管道和支吊架重新设计
根据对管系支吊架失效分析的结果，支吊架重新设计考虑以下问题：保持支吊架位置、管道走向不变、管材从10CrMo910改成了12Cr1MoV；在垂直管道上5’、6弹簧吊架改装为刚性吊架，控制管系整体膨胀方向；在两条管道上水平段上各增加了一个50mm的冷紧口。在进行了这些新设计后，针对原设计和新设计进行了计算比对，下面的四个表格就是应力峰值及截面位置。

表1．原设计状态下A线主蒸汽管道主要管种最大应力计算结果
管种
应力分类
计算值（MPa）
许用值（MPa）
计算值/许用值%
截面位置
Ф273×28
σ1（一次应力）
28.65
52
55.1
S1（77-203）
σ2（二次应力）
76.14
224.15
34.0
S2（33-44）

表2．原设计状态下B线主蒸汽管道主要管种最大应力计算结果
管种
应力分类
计算值（MPa）
许用值（MPa）
计算值/许用值%
截面位置
Ф273×28
σ1（一次应力）
30.9
52
59.4
S3（7-8）
σ2（二次应力）
46.48
223.74
20.77
S4（4-5）

表3．新设计状态下A线主蒸汽管道主要管种最大应力计算结果
管种
应力分类
计算值（MPa）
许用值（MPa）
计算值/许用值%
截面位置
Ф273×24
σ1（一次应力）
28.19
72
39.1
X1（506-66）
σ2（二次应力）
84.45
253.28
33.34
X2（33-44）
Ф273×28
σ1（一次应力）
27.50
72
38.2
X3（66-77）
σ2（二次应力）
79.42
256.40
31.0
X4（33-44）

表4．新设计状态下B线主蒸汽管道主要管种最大应力计算结果
管种
应力分类
计算值（MPa）
许用值（MPa）
计算值/许用值%
截面位置
Ф273×24
σ1（一次应力）
27.75
72
38.54
X5（2-3）
σ2（二次应力）
48.99
251.94
19.45
X6（4-5）
Ф273×28
σ1（一次应力）
30.16
72
41.89
X7（1-2）
σ2（二次应力）
42.43
255.88
16.58
X8（4-5）
通过对表1和3，表2和4两组计算应力的结果进行对比可以发现，在新设计中虽然管道的线质量比原设计要高，但是新设计下整个管系的平均应力水平反而得到了有效的减小，使整个管系的应力水平维持在一个比较低的状况下，所以可以肯定对整个管系水平（Y）方向增加50mm的冷紧和将5’、6改成刚性吊架是合理有效的措施。
在锅炉重新启动后，对新的管道支吊架进行了热态检查，检查时的蒸汽显示温度为535℃~540℃，经检查：新的管道支吊架热态工作状态正常，实际热位移值与计算值基本相符，吊架吊杆与垂线之间的夹角符合GB/T17116.1-1997的要求。经过数年后运行实践证明对主蒸汽管道的改造完全达到了预期的效果，所以厂方对另外两台机组也按照此法进行了重新的改造。
4 结论
1、 在对已发生变形的蒸汽管道进行失效分析的基础上，针对性的进行改造设计，是处理类似问题的有效方法；
2、 应该重视对管系的支吊架的检查和调整，对已经失效的支吊架尽快处理；
3、 宏观支吊架损坏和管系变形的地方，往往是应力状态比较复杂和恶劣的地方，在该支吊架承载区段内，如弯管，更应该加强监督。