某300MW機組高壓給水管道熱位移異常原因分析及處理

劉　明，張毓琳（.華電電力科學研究院，浙江杭州30030；.湖北華電襄陽發電有限公司，湖北襄陽44000）

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某300MW機組高壓給水管道熱位移異常原因分析及處理

劉明1，張毓琳2
（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.湖北華電襄陽發電有限公司，湖北襄陽441000）

摘要：對某300MW機組高壓給水管道支吊架的冷、熱態檢查發現其部分管段豎直向熱膨脹位移為零，經過管道應力計算確定了管道熱膨脹受阻對管系安全的巨大危害，通過設計資料查詢核對及吊架選型計算，確定了位移異常的原因為兩組恒力吊架選型過大，最終通過更換合適的恒力吊架，使得管道熱膨脹位移正常，有效的保證了機組的安全運行。

關鍵詞：高壓給水管道；支吊架；選型；熱位移

0　引言

由于金屬材料的固有熱脹冷縮特性，火電廠高溫管道在運行狀態下不可避免的會產生熱膨脹位移，人為的控制固定管道的熱膨脹只會增加或轉移管道熱脹應力、提高連接端口的推力/推力矩，不利于管道的安全運行。

管道支吊架是管道的承載部件，起著承擔管道及其介質重量、承受管道排汽反力、約束和限制管道不合理位移以及控制管道振動等功能，同時通過支吊架的位移指示還能夠準確直觀的獲知管道的位移變化情況，對于監控管道的正常運行有著重要的作用。

1　位移異常管道介紹

高壓給水管道作為火電廠“四大管道”之一，承擔著向鍋爐供水的重要任務，是電廠汽水系統循環連通的重要組成，某電廠300MW亞臨界機組高壓給水管道主要設計參數見表1。

表1　高壓給水管道設計參數

該高壓給水管道（鍋爐側）立體布置示意圖如圖1所示，通過對管道的支吊架檢查發現，#2、#3恒力吊架冷、熱態指示均向上卡死，顯示出對應吊點的熱位移為零，與設計值嚴重不符。

2　管道應力計算

由#2、#3恒力吊架冷、熱態指示均向上卡死基本可以判斷管道在這兩處的豎直向熱膨脹被完全限制，#2、#3恒力吊架已完全喪失了恒力吊架的功能[1]，退化為剛性吊架。依據管道布置圖紙，采用專業管道應力計算軟件CAESAR II建立該高壓給水管道的應力計算模型，以理論設計狀態為工況一，將#2、#3吊架給定為剛性吊架為工況二，對比兩種工況在設計運行狀態下的一、二次應力以及管道與省煤器連接端口的推力/推力矩[2]，計算對比情況見表2。

計算結果顯示工況二較工況一的一次應力有所提高、二次應力顯著提高，這主要是由于二次應力是為滿足位移約束條件或管道自身變形的連續要求所產生的應力，管道局部豎直向熱膨脹被完全限制后必然導致二次應力增大。同時由于#2、#3吊架位置距省煤器連接端口較近，該管段固定卡死后，運行狀態下管道不能隨著鍋爐本體自由向下膨脹，導致端口推力/推力矩顯著增加。

由上述計算分析結果可知#2、#3恒力吊架處管道豎直向熱膨脹被完全限制后，管系應力及端口推力/推力矩均明顯增大，雖然管系應力最大值仍在材料許用應力范圍內，但極大的降低了管道的安全余量，不利于機組的長久安全穩定運行。

3　原因分析及處理

查閱相關設計圖紙得到#2、#3恒力吊架的具體資料見表3，現場檢查顯示吊架安裝規格型號與設計資料一致。

管道應力校核計算顯示#2、#3吊架對應吊點的設計載荷、位移正確，但#2、#3吊架均為雙拉桿恒力吊架，吊點載荷應平分到兩個吊架上，對比吊架選型中的載荷數據可知選型規格中的載荷標注錯誤，按此數據制造出來的吊架實際載荷遠大于吊點載荷，從而造成管道無法拉動吊架，阻礙了管道的正常熱膨脹。

#3雙拉桿吊架為立式橫擔型吊架，吊架位于管道下方與管夾橫擔焊接在一起，所以確定單個吊架載荷時在二分之一吊點載荷的基礎上應加上管夾、吊架自身以及連接吊桿等附件重量的一半。#2雙拉桿吊架為臥式吊架，吊架銷接在根部鋼梁上，通過吊桿與管夾橫擔連接，在確定單個吊架載荷時只需要在二分之一吊點載荷的基礎上另加上橫擔管夾以及連接吊桿等附件重量的一半。依據上述原則計算#2、#3恒力吊架載荷以及吊架選型見表4。

依照上表選型方案將原有選型過大的吊架進行了更換，在機組重啟穩定后，對管道的熱位移情況進行了持續檢查記錄，#2、#3吊架的位移指示情況見表5。

表2　計算結果對比

表3　高壓給水管道#2、#3恒力吊架設計資料

表5　更換后吊架的位移指示

檢查結果顯示更換吊架后的高壓給水管道恢復了自由膨脹狀態，#2、#3吊架所對應吊點的熱膨脹位移正常，管道熱膨脹受阻問題得到解決。

4　結語

本文通過支吊架現場檢查以及管道應力計算分析確定了某300MW機組高壓給水管道熱位移異常的原因，并通過更換吊架有效解決了管道熱膨脹受阻問題，消除了機組安全運行的重大隱患，同時也獲得了以下經驗教訓。

（1）管道位移異常將嚴重危及相關管系的安全穩定運行[4]，支吊架的位移指示能夠準確直觀的獲知管道的熱位移變化情況，因而在機組日常運行中應加強對管道支吊架的日常檢查監督，發現問題及時進行調整處理，尤其是對“四大管道”等熱位移比較大的管道而言。

（2）在進行吊架選型時，應針對不同形式的吊架結構合理考慮吊點載荷、吊架自重以及管夾等其他附屬結構重量。

參考文獻：

[1]林其略，周美芳.管道支吊技術[M].上海：上海科學技術出版社.1994.

[2] DL/T 5366-2014，火力發電廠汽水管道應力計算技術規程[S].北京：中國電力出版社，2014.

[3]水利電力部西北電力設計院.火力發電廠汽水管道支吊架手冊[M].西安，1983.

[4]衛大為，安付立，康豫軍.某火電廠1000MW機組高溫再熱蒸汽管道熱位移異常原因分析[C].成都：第九屆電站金屬材料學術年會.2011：548～552.

修回日期：2016-02-16

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封二：堃霖冷凍機械（上海）有限公司

前插一：堃霖冷凍機械（上海）有限公司

前插二：河南駿化發展股份有限公司

前插三：東芝開利空調銷售（上海）有限公司

前插四：上海華電源信息技術有限公司

后插一：中國制冷展

封底：深圳麥克維爾空調有限公司

Analysis and Treatment about Thermal Displacement Anomaly of High Pressure Water Supply Pipeline for a 300MW Unit

LIU Ming1，ZHANG Yu-lin2
（1. Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2. Hubei Huadian Xiangyang Power Generation Co.，Ltd，Xiangyang 441000，China）

Abstract：For 300 MW unit high pressure feed water pipe support and hanger cold and hot state examination revealed some of its tube vertical section to thermal expansion displacement is zero，through a pipeline stress calculation to determine the pipeline thermal expansion blocked the huge harm on the tube，through the design of data query check and a hanger type selection calculation to determine the abnormal displacement due to two groups of constant force hanger selection is too large，ultimately through constant force hanger for a suitable replacement，the pipeline thermal expansion displacement of normal，effectively guarantee the safe operation of the unit.

Key words：High pressure water supply pipeline；Supports；Lectotype；Thermal displacement

收稿日期：2015-12-23

作者簡介：劉明（1985-），男，安徽宣城人，工學碩士，工程師，主要從事管道應力計算分析、管道振動分析與治理及支吊架優化調整工作。

中圖分類號：TM621.4

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）01-0055-03

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.013