分享：去除水壓試驗堵閥後電廠主蒸汽管道支吊架整改及應力計算

摘 要：

採用等值剛度法計算程式對某電廠主蒸汽管道在水壓試驗堵閥去除後其附近支吊架的 工作載荷、管道受到的應力以及管道對鍋爐末級過熱器出口聯箱的推力進行了計算分析。結果表 明：去除堵閥後，其附近支吊架的工作載荷減小，主蒸汽管道受到的一次應力極大升高，且最大應力 點發生了轉移。因此，需要對管道上的支吊架結構進行整改，將堵閥附近的一橫擔恆力吊架改為單 個恆力吊架。等值剛度法計算結果表明：該整改方法即可保證主蒸汽管道在水壓試驗堵閥去除後 能夠正常執行，同時利於水壓試驗堵閥的回裝。

關鍵詞：

主蒸汽管道；水壓試驗堵閥；支吊架整改；應力計算；等值剛度法

中圖分類號：

ＴＢ１２；ＴＭ６２１．７２

文獻標誌碼：

Ａ

文章編號：

１００１４０１２（２０１０）１００６３００４

管道支吊架是火電廠管道系統的組成部分，是 管道系統的重要承載部件，其工作狀態正常與否直 接影響到電廠管道能否安全可靠地執行

［１］

。支吊架 狀態異常對電廠安全執行的不利影響主要表現在三 個方面：①增加管道應力，縮短管道壽命；②改變管 道對裝置的推力和力矩，對裝置產生危害；③引起管 道振動

［２］

。

內 蒙 古 岱 海 發 電 有 限 責 任 公 司２號 機 組 於２００６年 １ 月 ２１ 日 投 運，其 主 蒸 汽 管 道 材 料 為 Ａ３３５Ｐ９１合金鋼，蒸汽溫度狋為５４６℃，蒸汽壓力狆 為１７．５ＭＰａ，管道尺寸規格為６１５ｍｍ×６２ｍｍ， 熱膨脹係數α為１３．０２６×１０－６℃－１，鋼材２０ ℃時 的彈性模量犈２０為２１３０１０ＭＰａ，鋼材設計溫度下的 彈性模量 犈ｔ 為１５４６６０ ＭＰａ，鋼材２０ ℃時的基本 許用應力［σ］２０為１４１．３ ＭＰａ，鋼材設計溫度下的許 用應力 ［σ］狋 為 ９５．８３ ＭＰａ，彎 管 彎 曲 半 徑 犚 為 ９１４ｍｍ。２００９年１０月大修期間，由於鍋爐末級過 熱器出口聯箱附近的水壓試驗堵閥（８５００ｋｇ）需返廠檢修。去除水壓試驗堵閥後其附近管道支吊架的 工作載荷、主蒸汽管道受到的應力及管道對鍋爐末 級過熱器出口聯箱的推力都可能發生較大的變化， 這對管道的安全執行非常不利，故需對附近支吊架 採取有效的改進措施。為此，筆者對主蒸汽管道的 支吊架進行了整改，並對整改前後管道受到的應力 以及管道對裝置的推力進行了計算及分析。

１ 整改方法

首先借助於等值剛度法計算程式

［３］

，對去除水 壓試驗堵閥後管道的載荷分佈及應力進行了計算， 結果表明其工作載荷減小，最大應力明顯升高，因此 需要更換附近的支吊架。然而由於工期較短，更換 支吊架不現實，同時由於該堵閥在返廠檢修後仍需 回裝。因此，筆者經過計算和分析，對原吊架元件未 做任何 改 變，只 是 將 堵 閥 附 近 的 橫 擔 恆 力 吊 架 （４０３號支吊架）改為單恆力吊架，即從吊架上方花 蘭螺絲處拆開，將其中一個吊架移至管道上方中心 位置，保證橫擔梁、管夾、花蘭螺絲及其下方的吊杆 位置不變，在吊杆上方加裝過渡梁、吊杆、螺母及墊 板，使其能夠在堵閥回裝時很容易將４０３號支吊架 恢復到原狀。整改前後的吊架示意圖見圖１。

２ 計算結果與討論

整改後４０３號支吊架附近支吊架（４０１，４０２，４０３ 和４０６號等）的工作載荷、主蒸汽管道受到的最大應 力以及管道對鍋爐末級過熱器出口聯箱的推力仍有 可能發生變化。為此，筆者又藉助於等值剛度法計 算程式，分別對以上三種物理量進行了計算分析。

２．１ 工作載荷分析

表１中給出了４０３號支吊架附近各支吊架在去 除堵閥前、去除堵閥後常規計算和去除堵閥後最佳化 計算三種工況條件下主蒸汽管道的工作載荷。 常規計算［４］即按管道現有規格（配管情況，管道 材質、直徑、壁厚、溫度和壓力等）進行的計算，一般 適用於管道的設計階段。

常規計算結果表明：去除 堵閥後４０１號支吊架工作載荷變大，可調大其載荷； ４０２號支吊工作架載荷變小，超出其調節範圍，需訂 貨更換；４０３號支吊架可改為單恆力吊架，並需調大 載荷；４０６號支吊架工作載荷基本不變。

去除堵閥後，將４０３號支吊架改為單恆力吊架， 保證其載荷不變進行最佳化計算，結果表明：４０１和 ４０２號支吊架的工作載荷均變小但在調節範圍內， 可 調小載荷；４０６號支吊架工作載荷不變，無需調 整。由於工期原因，４０２號支吊架訂貨更換無法實 施，因此按常規計算整改支吊架無法實施。而透過 最佳化計算結果制定調整方案無需訂貨更換支吊架， 能滿足工期要求並節約經費，但仍需對管道進行應力分析以進一步論證該方案的可行性。

２．２ 最大應力分析

表２同時給出了去除堵閥前原始計算、去除堵 閥後不變更支吊架計算、去除堵閥後變更支吊架常 規計算和去除堵閥後變更支吊架最佳化計算四種工況 條件下的最大應力計算結果，其中，σ１ 為一次應力， σ２ 為二次應力。圖２為這四種工況條件下主蒸汽 管道的最大應力點位置示意圖，圖中由固定端指向 擴建端的方向為狓 的正方向，由汽機指向鍋爐的方 向為狔的正方向，垂直向上的方向為狕的正方向。

表２中的計算結果表明，去除堵閥後如果不變 更支吊架將會導致一次應力極大升高，而最大應力 點將轉移到圖２中鍋爐末級過熱器出口聯箱介面位 置。隨著執行時間的增長，管道高應力蠕變損傷

［５］

和管道材質劣化速率將加快，其設計壽命將被縮短， 因而會嚴重影響機組的安全執行並可能會造成較大 的經濟損失。由表２及圖２還可見，去除堵閥後變 更支吊架常規計算及最佳化計算的最大應力計算結果 及最大應力點位置均與去除堵閥前的基本相同，說 明去除堵閥後支吊架的整改變更方法能夠較好地滿 足主蒸汽管道的安全執行。

２．３ 端點推力分析

表３中同時給出了上述四種工況條件下主蒸汽 管道對鍋爐末級過熱器出口聯箱推力的計算結果。 計算結果表明，去除堵閥後如果不變更支吊架將會 導致管道對鍋爐末級過熱器出口聯箱的z向推力急 劇變大並且方向改變。將去除堵閥後變更支吊架的 最佳化計算結果和去除堵閥前原始計算結果相比較可 見，x和y 向推力變化不大，z向推力略有升高。將 去除堵閥後變更支吊架的常規計算結果與去除堵閥 前的原始計算結果相比較可見，x 和y向推力變化不大，z向推力大幅減小，斷點受力情況更為良好。 但考慮工期緊張和堵閥返廠檢修後仍需回裝等因素 仍應採取最佳化計算結果制定調整方案。

綜上所述，去除水壓試驗堵閥後該主蒸汽管道 支吊架整改方案能兼顧各方面因素，為最合理化方 案，並於２００９年１０月１５－１７日對該方案進行了成 功實施，機組於１０月２３日啟動，管道執行正常。

３ 結論

（１）該２號發電機組去除水壓試驗堵閥後，其 附近支吊架的工作荷載減小，主蒸汽管道受到的一 次應力極大升高，而最大應力點將轉移到鍋爐末級 過熱器出口聯箱介面位置，管道對鍋爐末級過熱器 出口聯箱的狕向推力急劇變大並且方向改變，以上 諸因素對管道的安全執行都非常不利。

（２）去除水壓試驗堵閥後，對主蒸汽管道的支 吊架結構進行了整改，將堵閥附近的一橫擔恆力吊 架改為單個恆力吊架，可同時滿足支吊架的工作荷 載、管道的應力分佈和管道對鍋爐末級過熱器出口 聯箱推力的要求。

（３）該整改方案施工過程無需訂購、更換吊架， 縮短了工期，保證了機組的正常啟動，同時利於水壓 試驗堵閥的回裝，體現了較高的經濟性和實用性。

參考文獻：

［１］ 郭延軍，邵慰濤．在役管道支吊架狀態異常對電廠安 全執行的影響［Ｊ］．電力機械，２００５，２６（５）：７８８０．

［２］ 劉純，謝國勝．主蒸汽管道應力分析與校核［Ｊ］．湖南 電力，２００２，２２（２）：１３１４．

［３］ 姚成開，許龍．組合單元法管道靜力計算程式［Ｍ］．北 京：水利電力出版社，１９９６．

［４］ 王 致 祥．火 力 發 電 廠 汽 水 管 道 應 力 計 算 技 術 規 定 ［Ｍ］．北京：水利電力出版社，１９９１．

［５］ ＤＬ／Ｔ６１６－２００６ 火力發電廠汽水管道與支吊架維 修調整導則［Ｓ］

<文章來源

>材料與測試網

>

期刊論文

>

理化檢驗－物理分冊

>

46卷

>

10期

（pp：630-633）

>