蒸汽管道應(yīng)力分析和支吊架調(diào)整

1、蒸汽管道應(yīng)力分析和支吊架調(diào)整劉純陳紅冬胡波濤（湖南省電力試驗研究所，長沙410007） 摘要：對某火力發(fā)電廠蒸汽管道進行了位移測量和應(yīng)力計算，并依據(jù)計算結(jié)果對 管道進行了支吊架的調(diào)整，結(jié)果表明支吊架的調(diào)整解決了管道運行存在的問題。 關(guān)鍵詞：蒸汽管道；位移測量；應(yīng)力分析；支吊架調(diào)整0前言火力發(fā)電廠蒸汽管道的安全直接影響著電廠的安全生產(chǎn)。一般作用于蒸汽管 道的載荷有：管內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的壓力，管子重量（包括管內(nèi)介質(zhì)、保溫材料等）產(chǎn) 生的均布載荷，閥門、三通、法蘭等管件重量產(chǎn)生的集中載荷，管道支吊架產(chǎn)生 的反力，風(fēng)力、地震產(chǎn)生的載荷；還有管道溫度變化熱脹冷縮約束產(chǎn)生的熱載荷, 管道安裝施工時各部分尺寸誤差

2、產(chǎn)生的安裝殘余應(yīng)力，與管道連接的設(shè)備變位或 其他原因地管端位移引起管系變形而產(chǎn)生的載荷等。這些因素決定了蒸汽管道的 應(yīng)力分布和位移變形?；鹆Πl(fā)電廠的蒸汽管道常因支吊架的安裝誤差產(chǎn)生殘余應(yīng)力，加上運行時 管道溫度變化產(chǎn)生熱載荷，將導(dǎo)致管系局部應(yīng)力集中，口對管道端部連接設(shè)備產(chǎn) 牛過大的反作用力，對管道和設(shè)備的安全運行帶來很大的隱患。1管道位移測量某火電廠#2爐為英國撥伯葛動力有限公司（bacock energy limite）制造的 亞臨界壓力自然循環(huán)汽包型鍋爐。汽輪機型號為n362-171.8/540/540,型式為亞 臨界、三缸雙排汽、單軸、一次中間再熱凝汽式，額定功率為362.5mw。經(jīng)過

3、十余年的運行，該機組在開機過程中汽輪機軸振動呈發(fā)散趨勢且有碰摩現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)，運行時#2機汽缸至除氧器抽汽管道p12導(dǎo)向支架嚴(yán)重錯位，管 道上支架檔板屮心高出固定水平支座約260mm, p28導(dǎo)向支架靠爐側(cè)頂緊（z方 向）；在停機狀態(tài)，p12限位支架管道上的檔板與支座間的間隙約為15mm, p28 導(dǎo)向支架爐側(cè)間距為28mm。而p28導(dǎo)向支架爐側(cè)間距的設(shè)計值為60.3mm, p12限位支架擋板與支座間距的設(shè)計值為omm,且中心平齊。同時，在停機狀態(tài)下對管道汽缸下直段（p10至p12段）的垂直度進行了測量，發(fā)現(xiàn)直管發(fā)生了明顯的彎曲，最下部p12處向+z方向的位移量達21mmo該管系示意圖如圖一所

4、示。p10連接汽缸底部，p45連接除氧器。pl5、p20、p25、p 30和p35為彈簧吊架，p12、p28和p29為導(dǎo)向支架。圖一管道示意圖2管系應(yīng)力計算2.1管系計算模型該管道的材質(zhì)為a106b,規(guī)格為610x9.53。管系的應(yīng)力分析采用有限單元法, 其模型直接用節(jié)點和單元構(gòu)造，端部一側(cè)為汽缸出口，另一側(cè)為除氧器進汽口， 整個管系包括直管段、彎管段、閥門、大小頭和支管段，支吊架有彈簧吊架和導(dǎo) 向支架。坐標(biāo)系的設(shè)置為x軸正方向為#2機側(cè)指向#1機側(cè)，y軸正方向為豎 直向上，z軸正方向為鍋爐側(cè)指向汽機房側(cè)。量綱為牛頓和米（n、m）o 2.2管系的應(yīng)力分析管系應(yīng)力依據(jù)ansi/asme b31l

5、1995動力管道應(yīng)用ansys軟件計算叫依據(jù)管系的設(shè)計參數(shù)和實測數(shù)據(jù)，設(shè)置邊界條件，按照管系的額定運行參數(shù)（壓 力0.453mpa,溫度2707c）對管系進行應(yīng)力計算。管系端點熱位移見表一。計算 結(jié)果表明管系在p10處局部屈服，jbl p10處對汽缸的z方向推力和x方向的力 矩均較大。p10處等效應(yīng)力值見表二，管系p10處對汽缸的作用力見表三，管系 的等效應(yīng)力圖如圖二所示。表一管系端點熱位移值節(jié)點號xyz10258045010.60表二管系p10處等效應(yīng)力值（單位：mpa）方位（度）04590135180225270315等效應(yīng)力57.6248.5248.1248.350.3235.6248.

6、1239.8（注：a106b管材在計算溫度下許用應(yīng)力為103.4 mpa。）表三 管系端點p10對汽缸的作用力（單位：kn）fxfyfzmxmymz2.67.7242.4-836.76.55.8由上可知，因p28導(dǎo)向支架安裝吋z向補償熱膨脹的間距預(yù)留得不夠，在運 行時管系向爐側(cè)（一z方向）膨脹受阻，而導(dǎo)向支架p12安裝留有間隙，使管系 向機側(cè)（+z方向）膨脹，致使p10處局部發(fā)生塑性變形，并對汽缸產(chǎn)生很大的 反作用力，正是這個反作用力使汽缸開機過程中汽輪機軸瓦振動劇烈。element solutionstep=1sub =502time=1sint(noavg)dmx =069641smn =

7、393e+07swx =248e+09393e+o7582e+08112e+o9221e+09167e+09圖二管系等效應(yīng)力圖3管系支吊架調(diào)整根據(jù)以上管系的計算分析對該管系的支吊架進行調(diào)整。由于管系p10處產(chǎn)生 塑性變形，首先對p10處進行在退火處理消除殘余應(yīng)力。然后將p28導(dǎo)向支架 爐側(cè)（一z方向）橫梁朝爐側(cè)間距擴大60mm,保證運行時管系的熱膨脹量；調(diào) 整p12導(dǎo)向支架支臂高度，使管道上擋板和固定支座上擋板中心對正，并在固定 支座的擋板上加焊12mm厚鐵板，約束管系向機側(cè)（+z方向）的膨脹量。4結(jié)束語通過對管道的位移測量和應(yīng)力計算，找到了問題的根源，并采取相應(yīng)的措施 對其進行調(diào)整。該管道經(jīng)過支吊架的調(diào)整，在開機過程中振動監(jiān)測表明：汽輪機 軸瓦在升負(fù)荷和超速過程中振