浙江浙能嘉华发电有限公司 陶国强

某电厂1000MW 超超临界燃煤发电机组于2011年投产，其锅炉系哈尔滨锅炉厂制造的超超临界变压运行直流炉，采用反向双切圆燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、全钢构架、全悬挂Ⅱ型结构。

自投产以来，主蒸汽管道连续多组支吊架出现位移严重异常，管道偏离设计状态线，给机组的安全运行带来较大调整。支吊装置是管道系统的重要组成部分，起着承受管道荷载、控制管道位移量的重要作用。支吊架位移异常直接反映出管道热位移与设计值相差较大，对管系应力状态产生了严重影响，长期运行对管道的安全运行会产生隐患[1-3]。王军民等通过研究指出，对于连续布置了多组恒力支吊架的管道，支吊架性能因素会造成其承载力与管道自重不匹配是导致管道偏离设计状态线的一个重要的因素[4]，这个结论是非常重要的。

1 主蒸汽管道检查情况

在机组运行和停机时，分别对主蒸汽管道支吊架进行了检查（图1），发现炉右前水平管#33恒力支吊架位移指针卡死于极限位置，其承载发生了明显改变，#30、#31、#33单恒力吊架原设计垂直热位移均向下，实际垂直热位移均反向向上，#34、#35单恒力吊架实际热位移方向与原设计相同，但实际热位移量极小，管道明显偏离设计状态线。主蒸汽管道部分支吊架检查结果如下。

图1 主蒸汽管道及支吊架布置示意图

#30～35单恒力吊架设计载荷（N）、三向位移（mm）、检查结果分别为：116455、-108.4/-220.6/42.7、冷或热态时恒吊位移指针分别指示于10%、45%位置，垂直热位移反向；118487、39.7/-247.2/87.1、冷或热态时恒吊位移指针分别指示于25%、50%位置，垂直热位移反向；107440、-26/-268.1/113.8、冷或热态时恒吊位移指针分别指示于上极限位置、10%位置，垂直热位移反向；109356、-88.5/-281.2/113.9、冷或热态时恒吊位移指针分别指示于35%、30%位置，垂直热位移量较小；89864、-150.8/-285/78.8、冷或热态时恒吊位移指针分别指示于75%、60%位置，垂直热位移量较小。其典型支吊架问题照片如图2、图3所示。

图2 主蒸汽管道#33单恒力吊架

图3 主蒸汽管道#30单恒力吊架

2 相关分析

2.1 应力分析

根据DL/T 5366及管道、支吊架设计计算要求，应用CAESAR Ⅱ专业应力分析软件对主蒸汽管道建立应力计算模型，应力校核计算结果表明：管系中各支吊架均处于正常状态的情况下，主蒸汽管道最大一次应力计算值及最大二次应力计算值分别为48MPa、191MPa，分别为许用值的72%、83.2%，主蒸汽管道最大一次应力、最大二次应力均在允许范围之内，管道应力合格。

另外吊架载荷计算值与原设计值差距不大，#30～35单恒力吊架的设计载荷（N）与计算载荷（N） 分别为116455/115886.9、118487/112907.9、107440/107850.2、109356/105104.55、89864/87455.85、541602/529205.4。对比主蒸汽管道炉右前水平管#30～35恒力支吊架载荷计算值与原设计值可知，五组单恒力吊架载荷较设计值偏差不超过4%，炉前水平管整体载荷计算值之和较原设计值偏差小于3%，由此可见，如果管系中各支吊架均处于正常状态下，其各次应力均能满足管道安全运行的要求，管系应力合格。

2.2 支吊架性能分析

查询支吊架入厂检验资料可知5组恒力支吊架恒定度均超标，其中#30吊架性能曲线如图4所示。载荷恒定度计算公式为：荷载恒定度△=(Wmax-Wmin)/(Wmax+ Wmin)×100%，其中Wmax、Wmin分别表示恒吊转动机构回转全程中的最大载荷与最小载荷。根据GB/T17116.1-2018《管道支吊架第1部分技术规范》规定恒定度应不超过6%，而该管道恒力吊架超标最严重的恒定度达到了20%，远超标准要求，吊架性能难以满足设计需求。

图4 主蒸汽管道#30吊架载荷-位移曲线

2.3 管道位移异常原因分析

综上所述，造成管道位移异常原因主要如下：支吊架性能较差导致实际载荷与设计载荷存在较大偏差，而水平管段连续布置5组恒力吊架，其载荷偏差的叠加会造成局部支吊架实际承载与该管段自重载荷差异更大，从而导致管道位移严重偏离设计线；吊架服役时间增长、恒力吊架长期处于极限位置等均会导致吊架性能降低，造成支吊架实际荷载与管道重量匹配度变差，最终管道实际应力-位移进一步偏离原设计值；该管段连续布置多个恒力吊架导致管段垂直方向上柔度较大，管道位移异常时恒力吊架无法起到一定的约束作用。

根据上述原因以及现场水平管段恒力支吊架性能测试结果，在#32、#33吊架之间新增一组单恒力吊架、载荷50000N，并在此基础上对水平管段恒力吊架进行了优化调整。优化调整后，热态复查结果表明管系应力更接近理论计算值，应力分布合理，支吊架热位移及管道运行状态得到了明显改善，能满足管道安全运行的要求。

3 结语

管道异常位移主要原因是局部管段支吊架实际载荷与设计值存在偏差，偏差产生的原因与恒力支吊架的性能及管道布置密切相关。连续、多个恒力吊架恒定度偏差的叠加会导致局部管段支吊架承载与设计值差异较大，从而造成管道热位移偏离原设计值，甚至导致管道热位移反向；对于恒吊较多、柔度较大的管段必要时应适当优化支吊架布置方式，改变管段等效刚度；应按照DL/T1113—2009要求严格对到货支吊架性能进行验收，并按照DL/T616-2006要求定期对支吊架进行检查维护，尽早发现并消除缺陷，确保管道长期有效地安全运行。