某电厂储水箱溢流管支吊架工作异常原因分析

吴晓俊，宋春毅，康豫军，卫大为，王军民，王必宁

(1.西安热工研究院有限公司，陕西 西安7100542.华能巢湖发电有限责任公司，安徽 巢湖 238000)

0 前言

支吊装置是管道系统的重要组成部分，起着承受管道重量、控制管道位移量和控制管道振动的重要作用。支吊架配置(状态、类型、位置)直接影响管系的应力分布和大小，其性能的好坏、承载是否合理都直接影响管道的使用寿命及安全运行。国内发生过多起因为支吊架问题导致各种安全事故的发生［1－6］，值得电厂重视。

某电厂新建600 MW 机组锅炉为HG－1900/25.4－YM7 型锅炉，是一次中间再热、超临界压力变压运行的本生(Benson)直流锅炉。其锅炉储水箱溢流管共设计23组支吊架，10#刚性吊架(以下简称刚吊)之上管道由锅炉厂设计，之下管道为设计院设计，具体吊架布置见图1 所示。管道材质为12Cr1MoV(设计院部分)与SA－335P12(锅炉厂部分)，规格分别为φ325 ×40，φ324 ×50。管道设计温度为380 ℃，调节阀前管道设计压力29.9 MPa，调节阀后设计压力10 MPa。

1 支吊架出现的问题

该机组自2008 年投运以来，管道有四组恒力弹簧吊架(以下简称恒吊)工作不正常。这些吊架位移指针冷、热态均顶死至上极限位置，吊架承载不足，管道膨胀严重受阻，如图2、3 所示，1、2 号机组问题相似。

图1 管道与支吊架系统布置图Fig.1 The pipe-line and pipe support and hangers

图2 5#恒吊位移指针热态顶死在上极限位置Fig.2 5# constant forced hanging bracket did not work well in operation

图3 7#恒吊位移指针热态顶死在上极限位置Fig.3 7# constant forced hanging bracket did not work well in operation

为了分析吊架工作不正常的原因，首先对恒吊外形及吊杆直径尺寸进行现场测量，将结果与恒吊选型手册［7］数据对比，结果显示吊架型号安装正确。4组恒吊调整措施及调整后热态工作情况见表1。从表中可以看出热态运行之后，7#恒吊位移指针依然顶死至上极限位置。锅炉再次停炉之后，11#弹簧吊架(以下简称弹吊)变形严重，如图4 所示。10#刚吊吊杆弯曲严重，且4组恒吊位移指针指示情况与之前相比变化不大。通过以上调整及分析，可初步判断出管道支吊架设计应该存在问题。

表1 溢流管部分支吊架状态检查结果Tab.1 the checking results of some pipe support and hangers

图4 11#弹吊变形严重Fig.4 11# hanger damaged seriously

2 应力校核计算分析

为了查明支吊架工作异常原因，采用CAESARII 5.0 软件对该管道进行了应力校核计算分析。取储水箱溢流管正常运行时设计参数进行应力校核计算，计算标准为ASME B31.1 Power Piping 2007 Edition。计算所得到的支吊架荷重分配见表2。

将校核计算载荷与吊架原设计载荷进行比较，发现其中7#、8#两组立管恒吊的实际载荷超过原设计载荷一倍，吊架“重”而管道“轻”，当管道热态膨胀后，冷态因此不能正常“回缩”，这样机组吊架位移指针自然就会冷热态均在上极限位置。

表2 溢流管部分支吊架载荷校核计算结果Tab.2 The calculation results of the load of some pipe support and hangers

第一次调整是按照原设计进行调整，使吊架冷态工作状态均处于设计状态，对这种情况进行模拟计算，管道热态载荷及位移见表3。

表3 溢流管部分支吊架校核计算结果Tab.3 The calculation results of the displacement of some pipe support and hangers

从表3 中可以看出，当所有吊架均调整至冷态安装位置时，10#立管刚吊在热态时将承载向上的载荷，而此刚吊的设计结构形式无法抗拒143416N 的压力，所以造成吊杆弯曲变形，这样9#限位支架实际热位移将会变大，超过计算表中的92.271 mm 位移。拆开未调整过的1 号机组9#限位支架保温进行检查，从图5 可以看出该限位框架只能保证管道热位移在130 mm 之下支架可以正常工作。此外，由于检修期间管道里面是没有介质的，管道重量变轻，当冷态简单地按设计调整后，由于吊架载荷严重加大，这样调整会使管道冷位移显著增大，管道冷态即被“上提”，加上实际热膨胀量，热态时该吊点卡块将会全部处在生根框架之外，限位实际失效。停炉时由于管线水平方向没有约束而发生偏离，管道不能顺利地通过限位框架“回缩”，造成管道在此受到阻碍，所以恒力吊架位移指针冷态指示与热态相比并变化不大。同时，9#之下的管道也需要“回缩”，这样就会使11#弹吊吊杆造成挤压，进而变形严重。

图5 9#限位支架卡块与框架接触高度不足Fig.5 the height of 9# restraint Contact with the frame is insufficient

3 解决措施

从以上分析可以得知，该管道吊架工作异常主要是由于支吊架载荷设计失误引起，7#、8#两组连续的恒吊设计载荷比实际需要大了一倍，需要重新选型更换。此外，同高压给水管道类似，储水箱溢流管本身也存在两种工况，即为“有水”状态和“无水”状态。由于设计院在设计选型时通常只考虑正常工作状态，即“有水”状态，所以管道在冷态时会有一定的额外的冷位移，容易脱离限位支架的约束。

由于机组停机时间较短，考虑到7#、8#两组恒吊设计载荷相差不大，为了节约时间与更换成本，现场考虑使8#吊架实际不承载，让7#吊架正常承载。为了验证这种方案是否可行，特进行了应力校核计算，并与理想状态下的应力计算结果进行了对比，结果见表4。

表4 应力计算结果对比Tab.4 the contrast result of the stress calculation

应力校核计算结果显示，经过这种更改后管道应力水平与原设计相差不大，能满足管道安全运行的需要，该方案可行。按照该方案，使8#吊架实际不承载，恢复11#弹吊，适当调整10#刚吊载荷，将管道恢复到设计位置。此外，由于9#限位支架处管道卡块大部分在框架之外，为确保限位支架能在管道受冲击或者其他偶然载荷的情况下仍能有效工作，现场提高框架高度，改造框架结构，保证管道在任何状态下都能在框架之中。经过此次整改，机组启动后，管道运行良好，支吊架冷热态均工作正常，保证了机组安全生产的需要。

4 结论建议

(1)储水箱溢流管吊架工作异常问题实际为支吊架设计载荷过大问题，7#、8#两个立管恒吊设计载荷比实际需要大一倍，导致管道热态膨胀与设计不符。

(2)新建机组投运后必须按照DL/T616—2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》的要求进行监察与维护。重要管道的支吊架出现异常情况时，由专业人员对管道系统进行应力分析，结合计算结果进行整改。

(3)储水箱溢流管道阀门设置在零米处，与储水箱高度落差较大，且运行过程中实际阀门前管道中均为高温高压蒸汽，建议设计单位将阀门挪至储水箱附近平台易于操作处，这样可以节省大量高规格钢材，亦能增强管道安全性。

［1］康豫军，姚军武.恒力吊架载荷离差对管系热位移影响的研究［J］.热力发电，2009(05).

［2］张轶桀，马红.350MW 机组管道弯管裂纹与管道支吊架状态关系分析［J］.热力发电，2006(09).

［3］林其略，周美芳.管道支吊架技术［M］.上海:上海科学技术出版社，1994.

［4］刘鸿国，唐丽英.超超临界机组主蒸汽取样管泄漏原因［J］.电力建设，2010 (2).

［5］杨宁，宫吉星.空气预热器运行异常原因分析［J］.电力安全技术，2004(03).

［6］马红，王必宁.沙角C 电厂1 号炉末级过热器再热器管顶棚密封部位开裂问题的分析与防治［R］.西安:西安热工研究院，2005.