火电厂蒸汽管道应变测量及应力分析讨论

王红豆

【摘要】随着我国社会经济的发展，我国对电力资源的需求不断增加，火电厂作为我国电力事业中的重要组成部分，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。为了提高火电厂运行的安全性和可靠性，本文对火电厂蒸汽管道进行了应力分析，并对管道支吊架优化调整进行了探讨。

【关键词】火电厂；应变测量；应力分析；优化调整

引言

随着我国电力事业的发展，火电厂机组容量不断增加，蒸汽管道设计参数不断提高，这就给蒸汽管道的安全运行带来了严重的安全隐患。火力发电厂是一个庞大复杂的结构体系，蒸汽管道在运行过程中可能会产生管道结构发生变形、支吊架松弛等情况，严重影响电网的安全稳定运行，所以对蒸汽管道进行应力分析和支吊架优化调整对管道安全运行起到了至关重要的意义。

1、火电厂蒸汽管道应力分析

1.1 火电厂蒸汽管道的特点

火电厂蒸汽管道是电厂锅炉和汽轮机之间进行蒸汽传输的主要通道，这就决定了火电厂蒸汽管道具有明显特点：（1）高温、高压，尤其是火电机组在超临界运行状态下，蒸汽的温度和压力会不断提高；（2）火电厂机组工况以及管道温度变化使管道产生位移；（3）管道较长、管道两端位差比较大、焊缝弯头较多，管道容易产生薄弱环节；（4）主蒸汽和再热蒸汽之间的管道采用支吊架进行支吊，对支吊架依赖程度比较大；（5）蒸汽管道的安全性也是其非常重要的特点。

1.2 火电厂蒸汽管道应力基本概念及应力分析的意义

火电厂蒸汽管道载荷包括管道自重、阀门、法兰、风力、地震以及支吊架等产生的载荷，此外，还包括压力、蒸汽冲击波等引起的载荷，不同的载荷会给蒸汽管道带来不同程度的破坏，一般将蒸汽管道应力分为一次应力和二次应力。一次应力主要包括管道内部压力、自重以及外部受力等产生的应力；二次应力主要是由于管道内部热胀冷缩产生的应力，这也是管道产生疲劳损坏的主要原因；应力分析是管道设计的重要环节，对于管道质量、结構、压力以及安全运行等具有重要的意义。应力分析的目的就是分析管道运行中受到哪些因素的影响，将这些因素进行排除，保证管道在各种环境下都能够安全稳定的运行。

1.3 火电厂蒸汽管道应力分析原理和计算方法

管道应力分析主要分为静力分析和动力分析，应力分析主要采用梁模型进行模拟，计算方法一般是基于有限单元法，有限单元法可以将整个管道受力、变形以及各个节点的受力和位移体现出来，通过单元分析，利用高斯消元法求出各个单元内点的应力。有限单元法能够计算树桩分支的管系，也能计算环状闭合管系；动力分析也主要采用有限单元法，主要是对物体受到载荷充分考虑阻尼力和惯性力等因素，同样采用高斯消元法计算应力，并采用积分法和振型叠加法求出管系的动力响应以及固有频率等。

2、管道支吊架优化调整

2.1 支吊架类型及作用

承重支吊架，包括可变弹簧支吊架和恒力支吊架等，主要作用是限制载荷转移，安装位置主要在管道垂直位移较大、位移较小以及无垂直位移地方；震动控制装置，这主要用于控制管道的振动和冲击，主要应用于需要控制冲击、流体震动以及受地震影响的地方；限位支吊装置，这主要起到限位作用，防止管道发生位移，主要用于管系中需要限制位移或者引导管道位移方向的地方。

2.2 支吊架调整和管系应力的关系

管道所受的一次应力和二次应力主要受到温度、管道自重、布置方式、支吊架以及压力等的影响，其中管道所受压力、管道自重以及支吊架等因素影响管道的一次应力，温度、布置方式以及受力等影响管道的二次应力。在这些因素中，支吊架的载荷与应力大小以及管道的安全运行密切相关。一般情况下，可以通过调整支吊架来改善管道的应力分布，保证管道安全、稳定的运行，延长管道使用寿命。

2.3 管道支吊架常见问题与优化调整

管道支架常见的问题主要包括支吊架安装不当、弹簧支吊架承载异常、支吊架结构损坏、管道热膨胀受阻、阻尼器状态异常以及刚性支吊架卡塞脱空等。由于设计规划与实际管道自重、支吊架安装位置以及保温材料厚度等存在偏差，所以在进行支吊架优化调整时其承受载荷与设计载荷相近即符合要求。调整方法包括管系应力分布不变法和管系应力重新设计法，管系应力不变法是保持管系原有的应力分布，对管道支吊架进行调整，主要用于无明显下沉和支吊架失效率较低的管道。管系应力重新设计法主要是对管系运行中的应力进行重新设计，这种方法能够有效控制管道的位移，适用于下沉明显和支吊架失效率高的管道。调整过程包括冷态调整和热态调整，冷态调整主要是在管道运行前对管道各个零件和参数进行调整，热态调整是机组在标准负荷下对支吊架进行参数调整，使支吊架运行状态符合设计要求。

3、结语

随着我国电力事业的发展，对火电厂的要求不断提高，这就需要相关人员对火电厂管道和支吊架进行严格的应力分析和优化调整，确保管道和支吊架处于正常、有效状态，保证电厂的安全运行，促进我国电力事业的发展。

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