某F级燃气机组主蒸汽管道支吊架故障分析及治理

陈 锐，解 鑫

(华电电力科学研究院有限公司，杭州 310030)

0 引 言

管道支吊架是管道的承载部件，主要起承担管道及其介质重力、限制管道不合理位移、承受偶然工况下管道排汽反力以及控制管道振动等作用，对发电机组安全运行具有重要的意义[1]。对于高温高压管道而言，在管道材料、焊口、施工质量均已确定的情况下，管系支吊架的工作状态直接影响管系的安全运行。管系支吊架状态异常时，会引起管道载荷的重新分配，大量支吊架状态异常时，甚至会引起管系一次应力、二次应力超标，缩短管系寿命，影响机组安全运行。

上海某电厂9F级燃气机组于2015年8月投产，自投运来主蒸汽管道支吊架未进行系统检验及调整，管系支吊架存在大量故障。文章总结了燃气机组管系支吊架存在的普遍问题，并给出具体处理方案，对燃气机组管系支吊架检验调整具有参考意义。

1 主蒸汽管道支吊架主要失效形式

1.1 弹簧支吊架荷载异常

弹簧支吊架是一种比较常见的管道支吊架，通过弹簧压缩量的变化，为管道提供可变荷载。弹簧吊架荷载量在支吊架设计时已确定，设计的弹簧荷载能为管道提供最佳应力水平和最优的荷载分布[2]。现场检查发现主蒸汽管道有部分弹簧吊架实际工作载荷偏离了设计载荷，如图1所示。因此，需要调整弹簧压缩量，恢复管道载荷分配并将应力状态调至最佳状态。

图1 弹簧支吊架状态

1.2 恒力吊架位移指示卡死或处于极限位置

恒力吊架指示在其行程范围内时，其荷载恒定不变。当恒力吊架回转至下位移拉死状态时，恒力吊架将变成刚性吊架，该点的荷载将大于吊架设计载荷，具体大小不可控，直接威胁到管道和吊架的安全。当恒力吊架回转至上位移卡死状态时，恒力吊架将失载，该点的荷载将小于吊架设计载荷，具体大小也不可控(可能会完全失载)，直接威胁到管道和吊架的安全[3]。当恒力吊架回转至极限位置时，存在隐患。如图2 所示，主蒸汽管道有5组恒力吊架(具体见处理方案)位移指示卡死，对管系载荷分配影响大，须冷态调整吊架指示至正常工作位置。

图2 恒力吊架位移指示卡死状态

1.3 支吊架偏斜角度超标

按照DL/T616—2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》规定[4]，吊架拉杆在各种工况下，刚性吊架摆角不得超过3°，弹性吊架摆角不得超过4°[1]。当支吊架根部未按设计图纸偏装，吊杆偏斜超过导则规定的角度时，会对管道产生附加载荷，也会对设备接口及管道端点产生附加力和力矩[5]，严重影响设备安全运行。而且，吊杆偏斜角度超标还有可能导致支吊架功能件异常，起不到应有的作用[6]。如图3所示，主蒸汽管道10号Z向限位偏斜超标，须按照设计位移进行偏装，消除隐患。

图3 10号Z向限位吊杆偏斜超标状态

1.4 阻尼器渗油

阻尼器主要靠油路的阻塞或开通起到控制管道快速振动的目的，当阻尼器油缸漏油至一定程度时，管道受到偶然冲击时，阻尼器无法有效保护管道，也容易引起管道振动。当阻尼器拉升或压缩至极限位置时，会变成刚性吊架，阻碍管道正常膨胀。如图4 所示，主蒸汽管道7号阻尼器漏油，须更换阻尼器。

图4 阻尼器漏油

2 管系应力分析

现场检查发现主蒸汽管道连续4组(见图5)恒力吊架载荷异常，采用MP10-A型载荷/挠度测量仪对4组吊架载荷进行测量。

图5 主蒸汽管道应力计算模型

CAESARⅡ软件是一款对管道进行应力分析的专业软件，应用CAESARⅡ软件可以对管系应力进行分析。在设计状态下，对支吊架三向热位移、其与设备连接端点处的推力和管系最大应力值进行复核计算，校验支吊架配置、承载及热位移的正确性[7-8]。将4组吊架载荷值给定至软件中，对管系进行应力复核。

现场也对管系一次应力、二次应力最大点处进行了应力测量(见图6)，将管系应力测量值与软件计算值进行对比，验证管系应力状态。表1为管系最大应力计算结果，由表1可知，一次应力、二次应力最大点处实际计算值与现场测量值均未超过设计允许值，现场应力测量值与软件计算值基本吻合(见图7、图8)，但实际计算值和现场测量值均大于理论计算值。现场大量吊架状态异常，增大了管系的一次应力、二次应力，增加了管道运行风险[9]。因此，需要调整管系支吊架状态，降低管系应力。

图6 现场应力测试

表1 管系最大应力计算结果

图7 一次应力实际计算值与现场测量值对比

图8 二次应力实际计算值与现场测量值对比

3 故障处理措施

在停炉前后，按设计值对管系支吊架进行热态、冷态检查，对照管系布置图(见图9)，对检查发现的故障进行记录。

图9 主蒸汽管系布置图

在认真分析管系支吊架故障与缺陷产生原因的基础上，制定切实可行的调整处理方案及解决措施。对故障缺陷支吊架功能件及连接件进行调整处理，以消除存在的隐患，确保管道安全运行，具体处理方案见表2。

按照处理方案对管系支吊架进行调整处理，调整后对主蒸汽管道支吊架状态进行复查，调整后管系所有支吊架状态已恢复正常。重新对管系应力进行复测，复测后的管系一次应力、二次应力最大值如图10和图11所示。管系应力显著降低，表明调整方案科学、有效、切实可行。

图10 主汽管道最大一次应力调整前后应力曲线对比

图11 主汽管道最大二次应力调整前后应力曲线对比

4 结 语

1)对现场吊架的载荷测量及管系应力的重新计算，发现当管系吊架大量存在异常时，管系的一次应力、二次应力会增大，管系安全风险增加。

2)对吊架进行状态检查，制定科学合理的调整方案。调整处理后，所有支吊架状态恢复正常，管系的载荷分配更加合理，消除了支吊架存在的重大隐患，有效降低了管系应力。

3)对于高温高压管道，应定期对管系支吊架进行检查，并记录好支吊架的工作状态。并应按相应规程的规定，定期对高温高压管道支吊架进行全面检验调整。