某150MW機組過熱器連接管位移異常分析及治理

竇　帥，劉　明，趙元元，郭雅峰

（1.內蒙古華電烏達熱電有限公司，內蒙古烏海016000；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

某150MW機組過熱器連接管位移異常分析及治理

竇帥1，劉明2，趙元元1，郭雅峰1

（1.內蒙古華電烏達熱電有限公司，內蒙古烏海016000；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

針對某150MW循環流化床機組過熱器系統中間連接管熱脹位移受阻的故障，通過管道應力分析與吊點載荷計算獲知原有吊架設計工作載荷過大，并導致管道二次應力局部超標，嚴重危及管道的安全穩定運行，最終依據管道吊點載荷計算結果進行了支吊架重新選型、更換，保證了管道的正常熱脹位移，也為其他同類故障的解決提供了參考。

過熱器連接管；熱位移；支吊架；應力分析

0　引言

循環流化床（CFB）鍋爐是八十年代發展起來的高效率、低污染和良好綜合利用的燃煤技術，由于它在煤種適應性和變負荷能力以及降低污染物排放上具有的獨特優勢，使其得到迅速發展。某火電廠鍋爐系UG-480/13.7-M型480t/h超高壓再熱循環流化床鍋爐，與150MW等級汽輪發電機組匹配使用。鍋爐爐室為膜式水冷壁全懸吊結構；水循環采用單汽包、自然循環、單段循環系統；爐膛內設有水冷屏、過熱屏與再熱屏；爐膛出口有旋風分離器；尾部豎井依次布置高、低溫過熱器，低溫再熱器，省煤器和臥式空氣預熱器。其中過熱器系統由包墻過熱器、Ⅰ級（低溫過熱器）、Ⅱ級（屏式過熱器）、Ⅲ級（高溫過熱器）過熱器組成。

1　過熱器連接管熱脹位移異常介紹

其過熱器各系統間通過中間連接管連通，分別對應為：包墻集箱至低過連接管、低過至屏過連接管、屏過至高過連接管，各連接管均由上一道集箱出口的兩端引出，呈左右對稱布置進入下一道集箱的左右對稱入口，各連接管的設計參數見表1。

表1　過熱器系統連接管設計參數

現場檢查發現低過至屏過連接管、屏過至高過連接管上布置的均是恒力彈簧吊架，各吊架熱、冷態指示均處于向上卡死狀態，如圖1所示。通過吊架指示可知上述連接管道的豎直向熱位移為零，與設計思想嚴重不符。

2　管道應力計算分析

通過現場檢查與設計資料核對顯示該管道上各支吊架型號規格與設計文件一致，現場安裝得當，因而可以基本排除制造、安裝方面的原因導致該管道位移異常。參考以往管道異常位移處理的經驗[1]，初步判斷可能是由于吊架設計過大造成的，為準確判斷管道位移異常的原因，并為故障缺陷的處理提供詳細的理論依據，在此采用CAESAR II軟件對低過至屏過、屏過至高過連接管進行應力分析與吊點載荷計算[2]，考慮到管道的對稱布置，在此都選取爐右側的低過至屏過、屏過至高過連接管為計算對象，計算模型圖如圖2、圖3所示。

吊點載荷計算顯示低過至屏過、屏過至高過連接管各個吊點的吊架實際工作載荷較計算載荷明顯偏大，詳見表2、表3，因而可以基本確認現有吊架設計載荷過大造成管道無法“拉動”吊架，從而阻礙了管道的豎直向熱膨脹位移。

表2　低過至屏過連接管吊架型號參數與吊點計算載荷對比

表3　屏過至高過連接管吊架型號參數與吊點計算載荷對比

管道熱膨脹受阻后必然導致二次應力[3]增大，為準確獲知該過熱器連接管位移異常的原因，在此以實際安裝狀態（按照吊架實際規格給定所有恒力吊架載荷）為工況一，理論計算狀態（軟件自動選配恒力吊架載荷）為工況二，對比兩種工況在設計運行狀態下的一、二次應力值，計算結果對比情況見表4。

表4　管道應力計算結果對比MPa

計算結果顯示工況一較工況二的一次應力不變、二次應力顯著提高，其中低過至屏過連接管的二次應力甚至略微超過了許用值，將產生巨大的安全隱患。與此同時管道熱膨脹受阻還會導致端口推力/推力矩增大，也不利于內部集箱的安全穩定運行[4]。

3　處理方案及結果

通過上述計算分析結果可知，膨脹受阻將嚴重危害管道的正常安全運行，因此必須進行徹底有效地處理。考慮經濟性以及方便施工的因素，在此不改變原有吊點位置、不更換管夾部件，依據管道應力分析所得的吊點載荷值，同時考慮吊架管部附件重量[5]，進行恒力吊架的重新選型，更換后吊架型號[6]見表5、表6。

在機組重啟穩定后，對上述低過至屏過、屏過至高過連接管的熱位移情況進行了持續檢查記錄，其中機組負荷在140MW左右時各吊點的豎直向熱位移見表7。檢查結果顯示更換吊架后各連接管道恢復了正常熱位移狀態，管道熱脹受阻問題得到有效解決。

表5　低過至屏過連接管更換吊架型號

表6　屏過至高過連接管更換吊架型號

表7　更換吊架后各吊點豎直向熱位移與理論計算熱位移對比

4　結語

管道支吊架是管道的承載部件，支吊架的總工作載荷應與管道重量（包含內部介質、保溫層、管夾部件重量）相匹配，支吊架總載荷過大或過小都將影響管道的正常位移，不利于管道的安全穩定運行。

與此同時支吊架的位移指示也是記錄管道位移狀況的一種重要手段，在日常運行中應加強管道支吊架的檢查記錄，及早發現管道異常位移情況，及時消除安全隱患。

[1]劉明，張毓琳.某300MW機組高壓給水管道熱位移異常原因分析及處理[J].發電與空調，2016，37(1)：55-57．

[2]蒼璠，王慧文，于欣.利用CEASERⅡ對鍋爐過熱器連接管進行應力分析[J].鍋爐制造，2005，(4)：47-48．

[3]唐永進.壓力管道應力分析[M].北京：中國石化出版社，2012．

[4]郭延軍，陳躍光.支吊架失效與電廠蒸汽管道安全分析[J].電力設備，2007，8(4)：62-64．

[5]馬東方，黎榮銳，劉永成.支吊架附重對管系應力的影響分析[J].鍋爐制造.2010，(5)：35-37．

[6]NB/T 47038-2013.恒力彈簧支吊架[S].北京：新華出版社，2014．

Analysis and Treatment of Abnormal Displacement of Superheater Connecting Pipe for a 150MW Unit

DOU Shuai1，LIU Ming2，ZHAO Yuan-yuan1，GUO Ya-feng1
（1．Inner Mongolia Huadian Wuda thermoelectric Co.，Ltd，Wuhai 016000，China；2．Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

For a 150MW CFB power plantsuperheater system connecting pipe at the center of the blocked thermal expansion displacement of fault,through the pipeline stress analysis and lifting point load calculation informed the original hanger design work load is too large,and lead to secondary stress ofpipeline localstandard,a serious threat to the safe and stable operation ofthe pipeline,finally according to the pipe lifting point load calculation results of the supportand hanger re selection,replacement,ensure the normalpipeline thermalexpansion displacement,butalso provides a reference forsolving other similar faults.

superheater connecting pipe；thermal displacement；supports；stress analysis

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.015

TK223.3+2

B

2095-3429（2016）05-0060-03

竇帥（1985-），男，內蒙古巴彥淖爾人，學士，助理工程師，主要從事電廠鍋爐的檢修管理工作；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。

2016-06-27

2016-08-09