PDF《660 MW 机组主蒸汽管道支吊架吊杆偏斜 异常分析及处理》

内蒙古电力技术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 2018年第36卷第5期 [收稿日期] 2018-07-24 [作者简介] 刘奇(1988) , 男, 湖北人, 学士, 助理工程师, 从事电厂锅炉技术监督管理工作.

doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2018.05.018

660 MW机组主蒸汽管道支吊架吊杆偏斜 异常分析及处理 刘奇1 , 刘明2 , 黎大川1 (1.湖北华电江陵发电有限公司, 湖北 荆州 434000;

2.华电电力科学研究院有限公司, 杭州 310030)

0 引言 火电机组管道支吊架是管道的承载部件, 起着 承担管道载荷、 限制管道位移以及控制管道振动的 作用.管道支吊架从功能和用途方面可以分成很 多类型, 其中限位支吊装置[1] (含全限位装置和半限 位装置) 属于管道支吊架的一种常用类型, 主要用 于限制和约束因热胀引起的管系自由位移, 进而起 到调整管道应力分布、 减小管道膨胀的推力、 简化 管道及支吊架设计的作用. 如果管系中限位支吊装置出现故障将导致管 道热胀位移异常, 管道更容易发生振动, 从而引起 摘要: 某660 MW新建机组投运后, 主蒸汽管道支吊架吊杆出现偏斜度超标问题, 通过现 场吊架检验及热位移记录分析, 明确了限位装置预留间隙是导致吊杆发生偏斜的主要原因, 管道应力计算结果表明, 该缺陷会对炉左过热器集箱出口的端口推力和推力矩产生不利影 响.通过采取重新设置偏装以及调整支吊架安装间隙等措施, 全部支吊架恢复正常工作状态. 关键词: 主蒸汽管道;

热胀位移;

限位装置;

支吊架;

推力;

推力矩 文献标志码: B 中图分类号: TM621.7+

2 文章编号: 1008-6218 (2018) 05-0072-04 Thermal Displacement Analysis of Main Steam Pipe and Inspection Adjustment of Support Hanger for

660 MW Unit LIU Qi1 , LIU Ming2 , LI Dachuang1 (1.Hubei Huadian Jiangling Power Generation Co.,Ltd., Jingzhou 434000, China;

2.Huadian Electric Power Research Institute Co.,Ltd., Hangzhou 310030, China) Abstract: In view of the defects of the large deflection of the hanger rod of the main steam pipe of a new

660 MW new set and the defects of some other supporting hangers, the main cause of the abnormal thermal displacement fault is clear by the inspection of the site installation state and the record of the thermal displacement, and the fault to the left of the furnace is clearly defined through the calculation of the stress of the pipe. The port thrust/thrust moment of the outlet of the superheater is adversely affected, and finally the normal working state of all the hangers is restored through a comprehensive and meticulous supporting frame. Key words: main steam pipe;

thermal displacement;

limiting device;

support hanger;

support hanger moment

72 2018年第36卷第5期刘奇, 等:

660 MW机组主蒸汽管道支吊架吊杆偏斜异常分析及处理 图1 锅炉左侧主蒸汽管道布置示意图 图中: ―限位装置;

―恒力吊架;

―弹簧吊架;

―阻尼器 接汽轮机侧主汽管道

17 16

12 13

14 15

8 9

10 11

2 3

4 5

6 7

1 过滤器 出口集箱 z y x 锅炉厂设计段 设计院设计段 与其连接的管道断裂, 管件自身损坏以及焊缝出现 裂纹等[2] .在实际应用中, 为防止限位装置对管道 产生过大的约束力, 常使用半限位装置 (带间隙的 限位) , 它允许管道有一定的自由位移量, 当管道位 移量超过限定的自由位移量时, 管道会受到半限位 装置的约束而停止位移.本文针对某火电厂新建机 组锅炉左侧主蒸汽管道支吊架吊杆发生偏斜异常的 缺陷进行原因分析, 并通过调整限位装置的预留间 隙进行消缺.

1 机组概况及存在的问题 某火电厂新建2*660 MW超超临界机组锅炉为 DG1929.7/28.25-Ⅱ13 型超超临界变压运行直流锅 炉, 单炉膛、 一次中间再热.设计温度

610 ℃, 设计 压力29.67 MPa.主蒸汽管道材质为A335P92, 由标 高76 m锅炉过热器出口集箱分左右2路引出, 分别 在13.3 m处引至汽轮机主蒸汽阀;

在11 m标高的水 平管道上布置有一级旁路系统.锅炉左侧主蒸汽 管道分2部分, 一部分为锅炉厂设计部分, 规格为管 道外径

470 mm, 壁厚

90 mm;

一部分为设计院设计 部分, 规格为管道内径279 mm, 壁厚77 mm. 机组投入运行后, 发现锅炉左侧主蒸汽支管的 部分吊架 (8号―17号) 吊杆偏斜较大, 其中16号单 拉杆恒力吊架偏斜度达到 6°, 不仅影响美观, 还对 管道的受力不利[3] .锅炉左侧主蒸汽管道布置示意 图如图

1 所示.DL/T 616―2006 《火力发电厂汽水 管道与支吊架维修调整导则》 规定, 吊架的拉杆在 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°[3] .吊架吊杆偏斜度超标, 将对管 道产生附加载荷, 对管道端点、 设备接口产生附加 的力和力矩, 不利于管道和设备正常运行, 同时 还可能导致吊架功能件异常, 起不到应有的作用[4] .

2 故障原因查找 2.1 支吊架检验 为找到吊杆偏斜度超标的原因, 对相应管道的 支吊架进行检验, 并对主要偏斜方向 (y 向) 的热胀 位移进行记录.现场检验结果显示该管道上各支 吊架型号规格与设计规格一致;

管道应力复核结果 表明, 设计时管道支吊架选型、 吊点荷载计算结果 均正确.各吊点的设计热胀位移与实测y向热胀位 移数据如表1所示. 2.2 引起吊杆偏斜的主要因素 根据表

1 位移测量结果可以发现, 立管管段的 实际 y 向热胀位移与设计值有一定的偏差, 结合设 计资料及现场安装情况可以发现该管段支吊架安 装主要存在如下问题. 编号

1 2

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17 项目 单拉杆弹簧吊架 单拉杆弹簧吊架 单拉杆弹簧吊架 z向阻尼器 单拉杆弹簧吊架 单拉杆弹簧吊架 单拉杆弹簧吊架 z向限位装置 x向限位装置 双拉杆弹簧吊架 z向阻尼器 双拉杆恒力吊架 双拉杆恒力吊架 x向限位装置 y向限位装置 双拉杆恒力吊架 单拉杆恒力吊架 单拉杆恒力吊架 工作载荷/ N

65 000

52 612

42 212

46 570

38 962

52 978

221 398

443 75

805 80

803 83

718 76

055 127

267 94

831 56

881 51

077 设计热胀位移/mm x -104 -112 -97 -87 -73 -54 -25

10 26

62 103

128 156

146 120 -2 -30 y

11 -24 -53 -69 -91 -118 -158 -192 -192 -186 -165 -140 -58

47 124

236 227 z -16 -21 -13 -9 -3

3 10

0 -17 -54 -99 -132 -195 -247 -278 -237 -87 实测y向 热胀位移/ mm

11 -23 -52 -68 -90 -117 -157 -184 -172 -134 -69 -14

103 198

247 280

245 表1 支吊架设计载荷位移信息及实测y向热胀位移数据

73 2018年第36卷第5期内蒙古电力技术(1) 所有吊架均未按照设计要求设置偏装装 置.相关规范要求, 对于不满足吊杆偏斜角度要求 的吊架应设置偏装或滚动装置, 吊架根部相对于管 部在水平面内的计算偏装值为: 冷位移 (矢量) +1/2 热胀位移 (矢量) [5] . (2) 限位装置预留间隙偏离设计值, 以14号限 位装置为例进行说明.14号限位装置为x、 y向带间 隙的限位, 设计要求在安装时应预留 y 向间隙

47 mm, 而在实际测量中发现 y 向间隙达到

198 mm, 和 设计要求偏差较大, 从而导致管道实际状态和设计 状态不一致. 2.3 其他因素 对整台机组

4 大管道支吊架进行检查, 还发现 以下可能会引起吊杆发生偏斜的因素. (1) 支吊架荷载异常, 表现为弹簧吊架欠载、 过载, 恒力吊架指示处于卡死状态.支吊架荷载异 常将导致管道各吊点的支撑载荷和设计值存在偏 差, 使管道偏离最佳应力分布水平, 增大了管道一 次应力[6] . (2) 弹簧吊架、 恒力吊架锁定装置未取出, 造 成弹簧、 恒力吊架完全卡死, 丧失了吊架的功能, 导 致管道热膨胀位移受阻, 增大了管道的二次应力. (3) 阻尼器拉伸到极限位置, 阻碍管道热胀位 移, 增大管道二次应力. (4) 管夹抱箍松弛导致管夹横担偏斜. (5) 支吊架错装、 漏装.

3 仿真计算结果分析 重点对14号限位装置y向预留间隙错装对管系 安全性的影响进行仿真计算分析, 采用管道应力计 算软件 CAESAR Ⅱ建立主蒸汽-高压旁路-再热冷 段联合计算模型, 以设计工况 (y向间隙47 mm) 为工 况1, 以实际安装状态 (y向间隙198 mm) 为工况2进 行对比计算分析.因限位装置预留间隙的不同对 管道一次应力没有影响, 重点对2种不同工况下, 在 设计温度和设计压力条件下, 锅炉左侧过热器集箱 出口和左侧主蒸汽支管主蒸汽阀的端口推力和推 力矩进行对比, 结果如表2所示. 为方便对比, 将2种工况下的端口推力和推力 矩分量合成为合推力与合推力矩, 对比结果如图

2、 图3所示.对比结果显示, 工况2较工况1锅炉过热 器集箱出口的端口合推力、 合推力矩都大, 而2种工 况下左侧主蒸汽支管主蒸汽阀入口的端口合推力、 合推力矩基本一致.实际安装时, 14号限位装置位 于锅炉侧, 与锅炉左侧过热器集箱由单管直接连 接;

而与左侧主蒸汽支管主蒸汽阀之间布置有高旁 管道, 使之与右侧主蒸汽支管连为一体.因此14号 限位装置y向安装间隙加大会导致锅炉左侧过热器 集箱出口的端口推力和推力矩增大, 而对锅炉左侧 主蒸汽支管主蒸汽阀入口的端口推力和推力矩基 本无影响, 与图

2、 图3显示结果相一致.

4 缺陷原因及处理 通过上述检查分析, 基本确认了锅炉左侧主蒸 汽管道部分吊架吊杆偏斜超标的原因为吊架未按 要求设置偏装, 以及

14 号限位装置 y 向安装间隙预 留有误.根据仿真分析计算结果可知, 以上缺陷将 导致锅炉左侧过热器集箱出口处的端口推力和推 力矩增大, 为管道的安全稳定运行带来不利影响, 应及时进行故障消除处理. 4.1 重新设置偏装 针对吊架未按要求设置偏装装置的问题, 考虑 到滚动装置结构复杂、 成本较高, 且对控制管道振 动不利, 现场重新设置了偏装来解决吊杆偏斜角度 超标问题. 4.2 调整安装间隙 在机组停机检修过程中, 按照设计图纸要求将

14 号限位装置的 y 向安装间隙调整至

47 mm, 并按 照DL/T 616―2006 《火力发电厂汽水管道与支吊架 维修调整导则》 的具体要求[3] , 将其余支吊架荷载异 常、 吊架锁定装置未取出、 阻尼器拉伸到极限位置、 管夹抱箍松弛导致管夹横担偏斜、 支吊架错装和漏 计算 工况 工况1 工况2 锅炉左侧过热器集箱出口 端口推力/kN Fx 9.4 6.7 Fy -4.9 10.5 Fz 46.4 56.6 端口推力矩/ (kN ・ m) Mx -86.4 -137.5 My -46.9 -142.6 Mz 188.7 113.7 锅炉左侧主蒸汽支管主汽阀入口 端口推力/kN Fx 0.9 2.4 Fy -5.8 -4.2 Fz 1.5 -4.1 端口推力矩/ (kN ・ m) Mx -13.3 -23.1 My 97.3 92.2 Mz 70.1 69.1 表2 设计温度、 压........