火電廠四大管道支吊架的檢查與調(diào)整

1、火電廠四大管道支吊架的檢查與調(diào)整摘 要 介紹了火力發(fā)電廠四大管道的應(yīng)力分析計(jì)算及其支吊架 調(diào)整原理，闡明了管道支吊架冷 / 熱態(tài)檢查的內(nèi)容，提出了根據(jù) 計(jì)算結(jié)果、 檢查結(jié)果和 火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維修調(diào)整 導(dǎo)則( DL/T616-2006 )開(kāi)展支吊架維修調(diào)整的工作方法。 關(guān)鍵詞 管道支吊架 應(yīng)力 檢查 調(diào)整1 前言近年來(lái)， 爐外汽水管道爆破呈頻繁發(fā)生態(tài)勢(shì)， 給電廠安全生產(chǎn)帶 來(lái)重大損失，而火電廠的主蒸汽、再熱蒸汽熱段、再熱蒸汽冷段 和給水四大管道均為高溫高壓管道， 其性能狀況直接影響到機(jī)組 的安全運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)予以重視。通過(guò)對(duì)支吊架合理調(diào)整，消除存在 的缺陷和安全隱患，使管道受力均衡、膨脹

2、自如，從而有效延長(zhǎng) 管道的使用壽命。管道的安全性問(wèn)題， 歸結(jié)到一點(diǎn)， 就是其材料強(qiáng)度與實(shí)際應(yīng)力之 間的關(guān)系問(wèn)題，只要應(yīng)力不超過(guò)材料的強(qiáng)度，就不會(huì)發(fā)生破壞。 應(yīng)力影響管道的安全性通常分為兩種情況， 一是應(yīng)力大于材料強(qiáng) 度，直接導(dǎo)致破壞；另一種是由于應(yīng)力的存在對(duì)材料產(chǎn)生損傷， 使材料強(qiáng)度逐漸降低， 當(dāng)強(qiáng)度降到與應(yīng)力相等的臨界值時(shí)產(chǎn)生破 壞。實(shí)際管道中產(chǎn)生的破壞多是第二種情況。 從應(yīng)力角度研究管 道的安全性， 可從兩方面進(jìn)行考慮。 一方面通過(guò)采取措施降低管 道中的應(yīng)力峰值， 可以降低管道材料的損傷速度， 防止一次性破 壞事故， 對(duì)管道支吊架的調(diào)整屬于這方面的考慮。 另一方面幫助 確定管道中的最大應(yīng)力

3、位置、 損傷嚴(yán)重部位及危險(xiǎn)部位， 以利于 對(duì)管道的安全監(jiān)督。2 支吊架調(diào)整原理 管道在工作狀態(tài)下承受的應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。 一次應(yīng) 力是指管道在內(nèi)壓、自重和其它持續(xù)外載 （包括支吊架反力等 ） 作 用下所產(chǎn)生的應(yīng)力； 二次應(yīng)力是指管道在熱脹、 冷縮或其它位移 受約束時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。一次應(yīng)力是由于外力荷載而使管道產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力， 必須 滿(mǎn)足外部及內(nèi)部的力或力矩的平衡法則。 一次應(yīng)力的特點(diǎn)是沒(méi)有 自限性， 它始終隨著外力荷載的增加而增大， 不會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng) 而有所降低，當(dāng)它超過(guò)某一限度，將使管道變形增加直至破壞。 因此，要嚴(yán)格限制一次應(yīng)力的數(shù)值， 使其控制在相應(yīng)的許用應(yīng)力 范圍之內(nèi)。管

4、道在工作狀態(tài)下，由內(nèi)壓、自重和持續(xù)外載產(chǎn)生的 一次應(yīng)力不得大于鋼材在計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力。二次應(yīng)力是由于管道變形受約束而產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力， 其本 身不是直接與外力相平衡的， 具有自限性的特點(diǎn)， 即當(dāng)局部屈服 或產(chǎn)生小量塑性變形時(shí)，就能使工作狀態(tài)下的熱脹應(yīng)力降下來(lái)。 二次應(yīng)力一般不會(huì)直接導(dǎo)致破壞， 只有當(dāng)應(yīng)變?cè)诙啻沃貜?fù)交變的 情況下，才導(dǎo)致管道和附件產(chǎn)生疲勞破壞。因此，對(duì)于二次應(yīng)力 的限定， 并不是指一個(gè)時(shí)間的應(yīng)力水平， 而是指交變的應(yīng)力范圍 和交變的循環(huán)次數(shù)。 管道由熱脹、 冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生 的熱脹二次應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：式中，門(mén)j20:鋼材在20 C時(shí)的基本許用應(yīng)力；J j

5、t :鋼材 在計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力；J ：熱脹當(dāng)量應(yīng)力，取計(jì)算管系上危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力值；M :熱脹當(dāng)量力矩，按全補(bǔ)償值和鋼 材20 C時(shí)的彈性 模量計(jì)算。若所計(jì)算的熱脹當(dāng)量應(yīng)力不能滿(mǎn)足上述要求，但內(nèi)壓、自重和持續(xù)外載的一次應(yīng)力低于J jt時(shí)，允許將一次應(yīng)力未用足的這 部分許用應(yīng)力加在二次應(yīng)力驗(yàn)算的許用范圍內(nèi)，以擴(kuò)大二次應(yīng)力的許用應(yīng)力范圍。此時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算持續(xù)外載產(chǎn)生的應(yīng)力。管道 由熱脹產(chǎn)生的二次應(yīng)力和內(nèi)壓、 持續(xù)外載產(chǎn)生的一次應(yīng)力的最大 合成應(yīng)力（三次應(yīng)力）不得大于鋼材在 20 C時(shí)和在計(jì)算溫度下 的基本許用應(yīng)力之和的1.2倍。通過(guò)管道應(yīng)力計(jì)算可以了解汽水管道在承受內(nèi)壓、自重支吊架反力以及熱

6、脹位移受約束的情況下管道各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力水平，確定管道的最大應(yīng)力位置和最大應(yīng)力值。然后對(duì)照上述（1） （2） （3）要求，比較管道的一次、二次和三次應(yīng)力是否超標(biāo)，從而采取相 應(yīng)的措施予以解決。從力學(xué)角度分析，決定管道系統(tǒng)應(yīng)力的主要因素有：管道內(nèi)壓即管道運(yùn)行壓力；管道（包括管道、管件、閥門(mén)等）及保溫層自重； 支吊架配置與荷重；管道的空間布置；管道的冷、熱態(tài)溫度。內(nèi) 壓、管道及保溫自重、和支吊架配置三方面決定了管道一次應(yīng)力 的大小；支吊架配置、管道空間布置與管道運(yùn)行溫度，決定了二 次應(yīng)力水平。通過(guò)應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)決定管道系統(tǒng)應(yīng)力水平的關(guān)鍵因素是管道運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度、管道布置和支吊架狀態(tài)。運(yùn)行壓 力和溫度

7、通常按設(shè)計(jì)要求變化很小。 在役機(jī)組管道布置及特性已 定。因此，從宏觀角度分析，支吊架 （ 位置、類(lèi)型與運(yùn)行狀態(tài) ） 決 定管道系統(tǒng)的應(yīng)力水平與安全性?？梢?jiàn)，支吊架的配置 （位置、類(lèi)型 ）、承載及熱位移對(duì)于在役管道 的安全可靠運(yùn)行具有非常重要的作用。管道支吊架檢驗(yàn)與調(diào)整， 就是為了校驗(yàn)支吊架配置、 承載及熱位移的正確性， 評(píng)估支吊架 系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平， 消除支吊架存在的直接與間接隱患， 通過(guò) 支吊架的調(diào)整來(lái)改善管道的一次應(yīng)力與二次應(yīng)力水平， 延長(zhǎng)管道 運(yùn)行壽命，達(dá)到動(dòng)力管道安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之目的。3 支吊架檢查3.1 管道設(shè)計(jì)、竣工和改造的相關(guān)技術(shù)資料審查 查閱管道設(shè)計(jì)資料、 管線(xiàn)在設(shè)計(jì)狀態(tài)下和在

8、竣工狀態(tài)下的軸測(cè)布 置圖。將設(shè)計(jì)資料中給出支吊架的位置、編號(hào)、類(lèi)型與相關(guān)的支 吊架施工圖進(jìn)行核對(duì)， 審查兩者是否一致。 查閱并記錄管道設(shè)計(jì) 參數(shù)、管道實(shí)際運(yùn)行參數(shù)以及支吊架的歷次檢驗(yàn)和更改記錄。 如 果管線(xiàn)進(jìn)行過(guò)改造， 還需審查管道改造方面的設(shè)計(jì)資料和施工記 錄。對(duì)查閱過(guò)的資料進(jìn)行整理， 給出所有要檢查的支吊架清單及 冷熱態(tài)檢查項(xiàng)目。同時(shí)為了進(jìn)行管系應(yīng)力計(jì)算，需要整理以下四類(lèi)基本參數(shù)： 管件材料性能，包括彈性模量、材料許用應(yīng)力、線(xiàn)脹系數(shù)等；運(yùn) 行工況，如運(yùn)行溫度、壓力及其波動(dòng)范圍等；各種管道口徑的幾 何尺寸，彎管形狀及尺寸、三通類(lèi)型等；管道的保溫狀況。3.2 管道及支吊架冷 / 熱態(tài)檢查在機(jī)組

9、停運(yùn)的之前和之后，分別對(duì)管道及支吊架進(jìn)行熱態(tài) / 冷態(tài) 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，記錄各個(gè)支吊架存在的問(wèn)題，對(duì)重大缺陷拍照記錄， 得到一套完整的管道及支吊架運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告。主要檢驗(yàn)內(nèi)容有： 總體狀態(tài)檢查支吊架是否有損傷或劣化的跡象， 如構(gòu)件外表面變形和腐蝕 等。檢查管道是否遭受過(guò)大幅度的沖擊荷載或劇烈振動(dòng)， 如造成元件 變形、焊接接頭開(kāi)裂、固定螺栓松弛或水泥碎裂等。 檢查管道熱膨脹是否受建筑物或結(jié)構(gòu)件的限制。檢查管道保溫是否良好，是否存在局部裸露運(yùn)行的情況。 支吊架功能件 檢查彈簧狀態(tài)是否發(fā)生過(guò)載壓死、失載懸空或折斷的情況。 檢查彈簧機(jī)構(gòu)的可操作性， 確定其是否完整有效、 彈簧線(xiàn)圈內(nèi)部 有無(wú)腐蝕物積聚、有無(wú)卡澀

10、、彈簧壓板是否被吊桿頂死等。 確定安裝和水壓試驗(yàn)用鎖定機(jī)構(gòu)是否已解列并保存好。支吊架連接件 檢查吊桿狀態(tài)以確定吊桿是否扭曲、彎曲或從原始設(shè)計(jì)處改變。 檢查吊桿鎖定螺母是否完好鎖緊。支吊架根部 承載結(jié)構(gòu)與根部輔助鋼結(jié)構(gòu)是否有明顯變形， 主要受力焊縫是否 有宏觀裂紋。校驗(yàn)支撐結(jié)構(gòu)的接頭條件（焊接接頭、螺栓、桿眼等）。 校驗(yàn)連接的基板與設(shè)計(jì)相符。支吊架管部確定卡箍或鞍座是否與管道正確連接，零部件是否有明顯變形。 檢查立管抱箍擋塊與管道間角焊縫表面是否有宏觀裂紋。 檢查承載螺栓是否是雙頭螺栓或防松螺栓。檢查承載螺栓、卡箍、螺帽是否松動(dòng)。校驗(yàn)及記錄 校驗(yàn)支吊架類(lèi)型、型號(hào)與原設(shè)計(jì)是否一致。 校驗(yàn)剛性支吊架

11、各部分與原設(shè)計(jì)是否一致， 確定是否存在活動(dòng)間 隙。校驗(yàn)吊點(diǎn)偏裝與原設(shè)計(jì)是否一致。 校驗(yàn)支吊架冷態(tài) / 熱態(tài)位置和標(biāo)牌位置。 校驗(yàn)防沖擊剛性支吊架預(yù)留間隙是否符合規(guī)程要求。 校驗(yàn)限位裝置是否起作用。校驗(yàn)變力彈簧支吊架的荷載標(biāo)尺指示或恒力彈簧支吊架的轉(zhuǎn)體 位置是否正常。記錄運(yùn)行條件下妨礙管道及支吊架位移的任何障礙。 記錄冷、熱態(tài)條件下的位移指針位置。 記錄冷、熱態(tài)條件下變力彈簧的載荷。4 管道應(yīng)力計(jì)算 對(duì)管道的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算書(shū)進(jìn)行復(fù)核， 根據(jù)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)、 管 系布置和火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定 SDGJ6-90， 采用與原設(shè)計(jì)計(jì)算相同的方法對(duì)管道進(jìn)行校核計(jì)算。 計(jì)算結(jié)果中 包含以下信息

12、：支吊架型號(hào)；吊點(diǎn)熱態(tài)荷重；吊點(diǎn)冷態(tài)荷重；支 吊架三向熱位移； 設(shè)備連接端點(diǎn)推力； 管系最大應(yīng)力位置及應(yīng)力 是否超標(biāo)評(píng)定； 可計(jì)算出管道中任意點(diǎn)應(yīng)力及熱位移。 根據(jù)計(jì)算 結(jié)果確定是否存在管道設(shè)計(jì)或支吊架選型錯(cuò)誤。 另外，根據(jù)原設(shè)計(jì)施工圖核實(shí)或測(cè)繪實(shí)際立體管線(xiàn)布置， 依據(jù)材 料性能變化預(yù)測(cè)管道未來(lái)運(yùn)行中的蠕脹。 在此基礎(chǔ)上根據(jù)管道及 支吊架狀態(tài)檢查結(jié)果對(duì)管系進(jìn)行力學(xué)模型簡(jiǎn)化， 使用適合在役機(jī) 組管道的專(zhuān)用分析軟件包， 分析計(jì)算管線(xiàn)結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變、 部分 支吊架已損壞或失效、 材料性能已下降等實(shí)際運(yùn)行條件下， 對(duì)管 道的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算， 對(duì)管道的運(yùn)行安全性進(jìn)行評(píng)估， 為 管道及支吊架調(diào)整和改

13、造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。5 支吊架調(diào)整5.1 制訂支吊架調(diào)整方案根據(jù)管道及支吊架受損原因， 區(qū)分不同性質(zhì)， 選擇解決問(wèn)題的方 法，經(jīng)反復(fù)優(yōu)化驗(yàn)算后給出合理的解決方案。 提供需要更換的支 吊架或其部件訂貨清單，并給出吊點(diǎn)整改施工圖。5.2 支吊架現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整 根據(jù)調(diào)整方案，逐一消除支吊架存在的卡死、載荷偏離設(shè)計(jì)值、 脫載等承載不合格現(xiàn)象，對(duì)管部抱箍損壞及連接件脫落進(jìn)行修 復(fù)，使支吊架承載及熱位移合理。堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧的原則，在調(diào)整 一個(gè)支吊架的同時(shí)， 必須檢查和調(diào)整相近的支吊架， 對(duì)管道進(jìn)行 反復(fù)校核計(jì)算，包括各吊點(diǎn)的熱位移、載荷、最大應(yīng)力值等詳細(xì) 數(shù)據(jù)，直至整個(gè)管系應(yīng)力平衡合理及其支吊架承載正常。 對(duì)暫不能或不宜進(jìn)行改造的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估計(jì)算， 給出運(yùn)行是否安 全的評(píng)估及相應(yīng)監(jiān)督重點(diǎn)。5.3 調(diào)整后后續(xù)工作整改工作結(jié)束， 管道重新運(yùn)行后， 對(duì)支吊架再進(jìn)行一次全面熱態(tài) 檢