600 MW機(jī)組主再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)管道支吊架調(diào)整與優(yōu)化

楊曉偉，李國(guó)明，謝澄，馬超

（1.同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海200092；

2.國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315800；3.浙江浙能北侖發(fā)電有限公司，浙江寧波315800）

600 MW機(jī)組主再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)管道支吊架調(diào)整與優(yōu)化

楊曉偉1，2，李國(guó)明2，謝澄2，馬超3

（1.同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海200092；

2.國(guó)電浙江北侖第一發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315800；3.浙江浙能北侖發(fā)電有限公司，浙江寧波315800）

介紹了某600 MW汽輪機(jī)組主、再熱蒸汽系統(tǒng)及旁路系統(tǒng)管道支吊架的運(yùn)行情況和存在問題，對(duì)運(yùn)行時(shí)管道支吊架安全性影響進(jìn)行了分析。由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，支吊架彈簧支撐不足、液壓阻尼器漏油等情況，導(dǎo)致機(jī)組的主、再熱蒸汽主管道及旁路系統(tǒng)主管道逐年下沉。通過對(duì)相應(yīng)的主管道進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，對(duì)支吊架重新進(jìn)行校核，綜合分析后，提出了管道支吊架的調(diào)整優(yōu)化方案。經(jīng)過調(diào)整后，各主管道運(yùn)行狀態(tài)良好，管系一次應(yīng)力、二次應(yīng)力均合格，管道下沉得到了有效控制。

管道；支吊架；應(yīng)力；調(diào)整

0 引言

支吊架裝置是發(fā)電廠管道系統(tǒng)的重要組成部分，支撐著管道及管道內(nèi)介質(zhì)的全部荷載，同時(shí)控制管道位移。支吊架的性能狀況，如荷載、類型、安裝位置等，直接影響管系的應(yīng)力分布和應(yīng)力大小，其性能的好壞、承載合理性將直接影響管道的使用壽命及機(jī)組的安全運(yùn)行。

機(jī)組由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，管線的形態(tài)、位置等發(fā)生變化，支吊架彈簧等部件的性能劣化，導(dǎo)致支吊架損壞、過載、欠載及位移受阻、阻尼器漏油等缺陷比較嚴(yán)重，出現(xiàn)管道局部區(qū)域應(yīng)力升高、對(duì)端點(diǎn)設(shè)備推力增大等現(xiàn)象，將影響機(jī)組的安全運(yùn)行。尤其是隨著機(jī)組容量的增大，管道的口徑及壁厚也隨之加大，出現(xiàn)問題的概率和問題的嚴(yán)重性也隨之增加。

根據(jù)支吊架檢驗(yàn)結(jié)果和管道計(jì)算報(bào)告，綜合分析評(píng)估后提出支吊架調(diào)整方案，對(duì)管道及支吊架進(jìn)行調(diào)整，使支吊架處于正常的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)，管道應(yīng)力分布合理，從而確保管系的冷、熱荷載分布和熱膨脹滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的要求，達(dá)到管系長(zhǎng)期、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

1 機(jī)組管系運(yùn)行情況

某600 MW機(jī)組投產(chǎn)至今，管道支吊架的受力狀態(tài)發(fā)生了較大變化，存在較多影響管道壽命和安全運(yùn)行的隱患。通過對(duì)該機(jī)組主、再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)管道的158組支吊架進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)77組存在不同程度的缺陷，占支吊架總數(shù)的近50%。管道支吊架存在的主要問題：

（1）管道支吊架承載性能差，承載能力嚴(yán)重不足，管道一次應(yīng)力超標(biāo)，發(fā)生整體或局部下沉。

（2）恒力支吊架卡死于極限位置，導(dǎo)致管道的二次應(yīng)力超標(biāo)。

（3）阻尼器油缸漏油、油缸密封件損壞等，導(dǎo)致管道受到異常沖擊時(shí)無法有效進(jìn)行保護(hù)。

（4）阻尼器壓縮或拉伸至極限位置，一方面導(dǎo)致阻尼器損壞，另一方面導(dǎo)致管道熱位移受阻。

2 機(jī)組管道應(yīng)力分析

2.1 管道應(yīng)力分析

對(duì)主、再熱系統(tǒng)和旁路系統(tǒng)管道進(jìn)行受力分析，確定管道在外載荷（溫度、自重等）作用下，管道的變形、應(yīng)力分布及支撐結(jié)構(gòu)的約束反力等，并以此為基礎(chǔ)確定管道的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵部位，計(jì)算并評(píng)估管道的安全使用性能。

本次管道支吊架的計(jì)算采用專業(yè)的應(yīng)力計(jì)算軟件CAESAR II進(jìn)行，同時(shí)對(duì)四大汽水管道進(jìn)行應(yīng)力校核計(jì)算，得出了管道應(yīng)力相應(yīng)的結(jié)論。

為了簡(jiǎn)化分析和方便計(jì)算，根據(jù)力的獨(dú)立性原理對(duì)每個(gè)支吊架進(jìn)行受力分析，將管道應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力，并分別進(jìn)行計(jì)算。

（1）管道在正常工作狀態(tài)下，由內(nèi)部介質(zhì)重量、自重和其他持續(xù)外部載荷產(chǎn)生一次應(yīng)力，該應(yīng)力不得大于鋼材在計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力：

式中：P為設(shè)計(jì)壓力；Do為管道外徑；Di為管道內(nèi)徑；M為自重和其他持續(xù)外載作用在管道橫截面上的合成力矩；W為管道截面抗彎矩；[σ]t為鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力；μ為應(yīng)力增加系數(shù)；бL為由于內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和。

（2）管道由熱脹、冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生的熱脹應(yīng)力范圍必須滿足以下計(jì)算式：

式中：[σ]20為管道鋼材在20℃時(shí)的許用應(yīng)力；MC為按全補(bǔ)償值和鋼材在20℃時(shí)的彈性模量計(jì)算的，熱膨脹引起的合成力矩范圍；σE為熱膨脹應(yīng)力；f為應(yīng)力減小系數(shù)。在設(shè)計(jì)運(yùn)行年限內(nèi)，系數(shù)f與管道全溫度周期性的交變次數(shù)N有關(guān)。

2.2 管系應(yīng)力計(jì)算

計(jì)算對(duì)象為主蒸汽、再熱蒸汽熱段、再熱蒸汽冷段、高壓旁路和低壓旁路的主管道。計(jì)算中對(duì)管道冷緊力、閥門、彎頭及三通等剛性管件均作了簡(jiǎn)化處理，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的疏水管道等進(jìn)行了綜合考慮。在管道應(yīng)力計(jì)算中，還需要以下基本參數(shù)：

（1）管件材料的物理性能，包括管材的彈性模量、材料許用應(yīng)力及管材的線膨脹系數(shù)等。

（2）管道的運(yùn)行工況，如運(yùn)行溫度、壓力及其波動(dòng)范圍等。

（3）各種管閥的幾何尺寸、形狀及彎頭尺寸、三通類型等。

（4）管閥、彎頭、三通的保溫狀況及保溫外表溫度。

各管道的主要計(jì)算參數(shù)見表1。

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 主蒸汽管道、再熱蒸汽冷段管道及高壓旁路管道

主蒸汽管道和再熱蒸汽冷段管道通過高壓旁路管道連接在一起，進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算，并對(duì)全部支吊架進(jìn)行校核，表2列出了典型支吊架的校核值。

主蒸汽管道、再熱蒸汽冷段管道及高壓旁路管道支吊架經(jīng)調(diào)整后，管系中各支吊架處于正常狀態(tài)，其各次應(yīng)力均能滿足管道安全運(yùn)行的要求，各主要管種最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表3所示，表中同時(shí)給出了一次、二次應(yīng)力的許用值。

3.2 再熱蒸汽熱段管道與低壓旁路管道

再熱蒸汽熱段管道和低壓旁路管道連接在一起，進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算，表4列出了典型支吊架的校核結(jié)果。

再熱蒸汽熱段管道及低壓旁路管道支吊架經(jīng)調(diào)整后，管系中各支吊架處于正常狀態(tài)，其各次應(yīng)力均能滿足管道安全運(yùn)行的要求，各主要管種最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表5。

表1 管道主要管種計(jì)算參數(shù)

表2 主蒸汽管道、再熱蒸汽冷段管道及高壓旁路管道典型支吊架校核計(jì)算

表3 主蒸汽管道主要管種最大應(yīng)力計(jì)算

4 支吊架調(diào)整及檢驗(yàn)

4.1 主蒸汽主管道支吊架調(diào)整與冷態(tài)檢驗(yàn)

主蒸汽管道19組支吊架狀態(tài)異常，特別是848-3吊架附近管道下沉最為嚴(yán)重，造成熱態(tài)情況下輔助蒸汽管道與13.7 m平臺(tái)頂死。根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，原設(shè)計(jì)支吊架載荷配置偏小及支吊架性能較差是管道下沉的直接原因。

在主蒸汽管道上增設(shè)1組彈簧支吊架及3組恒力支吊架，對(duì)848-3恒力支吊架附件管道向下熱位移由整改前的330 mm降低為235 mm（原設(shè)計(jì)位移向下為231 mm），管道下沉趨勢(shì)得到了有效控制，管道熱位移正常。

表4 再熱蒸汽熱段與低壓旁路管道典型支吊架校核計(jì)算

表5 再熱熱段與低旁管道主要管種最大應(yīng)力計(jì)算

4.2 再熱熱段、冷段等主管道支吊架調(diào)整與冷態(tài)檢驗(yàn)

再熱熱段管道共30組支吊架狀態(tài)異常，再熱冷段管道共有9組支吊架狀態(tài)異常，根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，原設(shè)計(jì)支吊架載荷配置偏小，支吊架性能較差是管道下沉的直接原因。

在鍋爐側(cè)再熱蒸汽熱段管道增設(shè)3組恒力支吊架，在汽機(jī)側(cè)管道增設(shè)4組恒力支吊架，并對(duì)23組支吊架進(jìn)行了調(diào)整或維修。支吊架經(jīng)整改后，843-1恒力支吊架處管道向上允許熱位移由整改前的20 mm改為145 mm（原設(shè)計(jì)位移向上為170 mm），管道向上熱位移嚴(yán)重不足的狀況得到了有效改善，管道二次應(yīng)力由整改前的107%降低為44.82%，二次應(yīng)力合格。

高壓旁路管道共有6組支吊架狀態(tài)異常，占其支吊架總數(shù)的85.7%。低壓旁路管道共有13組支吊架狀態(tài)異常，占其支吊架總數(shù)的48.1%。經(jīng)過調(diào)整后，一、二次應(yīng)力均合格。

4.3 熱態(tài)復(fù)查

管道及支吊架調(diào)整與優(yōu)化完成后，對(duì)主蒸汽主管道、再熱蒸汽主管道、高低壓旁路主管道及支吊架進(jìn)行了全面熱態(tài)復(fù)查。

熱態(tài)復(fù)查結(jié)果表明：主蒸汽管道下沉最嚴(yán)重的管段（機(jī)側(cè)848-3吊架處），熱位移由整改前的-330 mm改善為-240 mm(設(shè)計(jì)值為-231 mm)；再熱蒸汽熱段管道下沉最嚴(yán)重的部位，熱位移由整改前的+20 mm改善為+145 mm（設(shè)計(jì)值為+170 mm）。通過調(diào)整，消除了支吊架存在的嚴(yán)重受力問題，支吊架運(yùn)行狀態(tài)得到了明顯改善，承載基本正常，能夠滿足機(jī)組正常、安全運(yùn)行要求。

5 結(jié)論

（1）由于該機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，支吊架狀態(tài)異常，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。較為突出的問題是：支吊架因多方面原因?qū)е鲁休d能力不足，主蒸汽及再熱熱段蒸汽管道逐年持續(xù)下沉，恒力吊架位移指針卡死于極限位置、阻尼器油缸漏油、阻尼器活塞被拉伸或壓縮至極限位置。

（2）通過對(duì)支吊架運(yùn)行狀況綜合分析，提出了主再熱及高低壓旁路管道支吊架調(diào)整方案，并依此方案對(duì)77組支吊架進(jìn)行了整改。針對(duì)管道的下沉問題，綜合分析支吊架運(yùn)行狀態(tài)及管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，在主蒸汽管道上增設(shè)了4組支吊架、在再熱蒸汽管道上增設(shè)了7組支吊架。對(duì)漏油的11組阻尼器進(jìn)行了更換或檢修，對(duì)漏裝的1組支吊架重新進(jìn)行選型及安裝調(diào)整，對(duì)32組位移指針指針卡死于極限位置的恒力支吊架進(jìn)行了調(diào)整。

（3）綜合分析結(jié)果表明，主蒸汽及再熱熱段蒸汽管道下沉的直接原因?yàn)樵O(shè)計(jì)支吊架載荷偏小及恒力支吊架性能較差，對(duì)此進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)整。

（4）應(yīng)力校核計(jì)算結(jié)果表明，支吊架調(diào)整前主蒸汽管道最大一次應(yīng)力超標(biāo)，再熱蒸汽熱段管道最大二次應(yīng)力超標(biāo)，對(duì)管道安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。支吊架調(diào)整后，管道應(yīng)力大幅降低，管道一次、二次應(yīng)力均在允許范圍內(nèi)，應(yīng)力校核合格。

（5）整改后熱態(tài)檢查結(jié)果表明，支吊架承載及熱位移基本達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值，根部偏裝符合相關(guān)要求，運(yùn)行狀態(tài)得到了明顯改善，能夠滿足機(jī)組安全運(yùn)行需要。

[1]沈松泉.壓力管道安全技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社, 2000.

[2]DL/T 616－2006火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修與調(diào)整導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[3]火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

（本文編輯：徐晗）

Adjustment and Optimization of Pipe Supports and Hangers for Main and Reheat Steam and Bypass System of a 600 MW Unit

YANG Xiaowei1，2，LI Guoming2，XIE Cheng2，MA Chao3
（1.School of Mechanical Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；2.Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315800，China；3.Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315800，China）

The paper expounds the operation status and existing problems of pipe supports and hangers for main and reheat steam and bypass system of a 600 MW unit；besides，it analyzes safety influence of pipe supports and hangers in unit operation at present.Due to long operation of the unit，underbraced springs of supports and hangers，oil leakage of hydraulic damper and so on，main pipes of reheat steam and bypass system sink year by year.By stress calculation on the relevant main pipes and recheck of supports and hangers，the paper，after comprehensive analysis，presents an adjustment and optimization scheme of pipe supports and hangers.After the adjustment，the main pipes are in good operation；both the primary and secondary stress of the pipes are up to the standard；sink of the pipes are effectively controlled.

pipe；support and hanger；stress；adjustment

TK226

：B

：1007-1881（2016）04-0054-05

2015-12-17

楊曉偉（1978），男，工程師，長(zhǎng)期從事汽輪發(fā)電機(jī)組的檢修、管理與技術(shù)監(jiān)督工作。