火力发电厂变形蒸汽管道的分析调整和监督研究.pdf

簟3 5●■ 1期 2 O O 2年 1胄 中国电力 E L EC T RI C P OWER V o 1 ． 3 5．N o． 1 ．．2 0 0 2 火 力 发电 厂 变 形 蒸 汽管 道的 分 析 调整 和 监 督 研 究 杨 杰’ ， 李俊昆 ， 王敏明‘ ， 方安千 ， 王新民 1山西电力科学研 究院， 山西 太厚0 3 0 0 0 1 ； 2 ． 娘子关电厂 ， 山西 阳泉0 4 5 2 O 3 摘要 通 过对 山西某电厂 3号机组 主蒸汽管道发生变形进行 深入研究 ，从失效分析人手 ，有针对性地对 管 系进行改造设计和更换 必要 的支 吊架 经处理后的臂系补偿 良好 、疏水畅通 、流阻较 小 、支吊合理 、维 护方便 。同时确定 了管系的危 险截面位置 ，并在该处采取了有效 的监督手段 ，使之成为监督 的重点 ，确保 了管系安垒运行 关蕾词 变形 ；蒸汽管道 ；分析 ；调整 ；监督 中田分类号T K 2 2 3 ． 1 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 - 9 6 4 9 2 0 0 2 0 1 ． 0 0 1 8 - 0 3 许 多 发 达 国 家 从 7 0年 代 起 ． 开 始 把 注 意 力 转 向 研 究 机 组 延 寿 上 来 。 如 美 国 从 8 0年 代 开 始 ， 基 本 已 停 止 建 设 新 的 火 电 机 组 ，到 2 0 0 0年 4 0 ％ 机 组 将 运 行 3 0 a ， 而 2 0 ％机 组 将 已 运 行 4 0 a 。 我 国 火 电 机 组 也 同 样 面 临 这 样 的 问题 。延 长 主 蒸 汽 管 道 使 用 寿 命 是 整 个 火 电 机 组 寿 命 延 长 的 必 要 条 件 和 重 要 组 成 部 分 。因 此 保 证 主 蒸 汽 管 道 在 设 计 寿 命 期 内安 全 运 行 和 适 当 延 长 其 使 用 寿 命 ． 是 非 常 重 要 的 研 究 课 题 。本 文 通 过 对 某 电 厂 主 蒸 汽 管 道 发 生 变 形 的 分 析 调 整 和 监 督 研 究 ， 论 述 变 形 蒸 汽 管 道 的 处 理 和 延 寿 方 法 。 山 西 某 电 厂 3号 机 组 为1 o oMw 汽 轮 发 电 机 组 ． 1 9 8 0年 l 1月 2 2 日正 式 投 产 ， 至 1 9 9 9年 5月 累 积 运 行 1 3 96 2 4h． 机 组 启 停 2 4 9次 。 主 蒸 汽 管 道 材 质 为 1 0C r M0 91 0钢 ， 规 格 D2 7 3mm 2 8mm， 新 蒸 汽 温 度 5 4 0℃ ， 压 力 为 9 ． 8MP a 。该 机 组 运 行 中 发 现 主 蒸 汽 管 道 部 分 管 段 发 生 明 显 下 沉 和 变 形 ，部 分 支 吊 架 失 效 ， 严 重 影 响 该 机 组 主 蒸 汽 管 道 的 寿 命 。 为 此 从 失 效 分 析 人 手 ，通 过 对 主 蒸 汽 管 道 失 效 原 因 的 深 入 研 究 和 分 析 ， 针 对 性 地 对 管 系 进 行 了 改 造 设 计 ， 并 通 过 大 修 得 以 实 施 。 同 时 在 管 系 的 危 险 截 面 处 ， 采 取 了 有 效 监 督 手 段 ， 确 保 了 管 系 安 全 运 行 。 现 在 整 条 管 系 运 行 良好 。 1 影 响蒸汽管道寿命 的因素 影 响 蒸 汽 管 道 寿 命 的 因 素 主 要 有 内 因 和 外 因 内部 因 素 主要 是 管 道 及 其 部 件 的 钢 材 性 能 ，如 室 温 和 运 行 温 度 下 的 短 时 力 学 性 能 ， 蠕 变 和 持 久 强 度 、 组 织 性 质 稳 定 性 、材 质 均 匀 性 、抗 氧 化 和 抗 腐 蚀 性 能 等 ， 这 些 因 素 在 选 用 主 蒸 汽 管 道 钢 材 时 已 考 虑 到 。 同 时 ， 管 材 中 的 缺 陷 种 类 、 性 质 、 大 小 和 分 布 也 影 响 主 蒸 汽 管 道 的 运 行 寿 命 ，所 以 有 关 规 程 都 规 定 对 用 作 主 蒸 汽 管 道 的 管 材 要 进 行 多 项 检 查 、 选 用 合 格 的 管 材 。 外 部 因 素 主 要 是 温 度 和 应 力 。运 行 温 度 对 主 蒸 汽 管 道 的蠕 变 速 度 、管 道 材 质 的组 织 性 质 老 化 速 度 有 很 大 影 响 。 应 力 不 变 时 ， 根 据 L 4 L r o n ． Mi l l e r 参 数 法 可 近 似 地 估 算 温 度 对 主 蒸 汽 管 道 寿 命 的 影 响 。 计 算 表 明 ， 主 蒸 汽 管 道 工 作 温 度 提 高 l 0℃ ， 寿 命 缩 短 一 半 。温 度 不 变 时 ， 根 据 Mo n k ma n Gr a n t方 程 可 近 似 地 估 算 应 力 对 主 蒸 汽 管 道 寿 命 的 影 响 。计 算 表 明 ， 主 蒸 汽 管 道 工 作 应 力 提 高 l 0 ％ ， 寿 命 缩 短 一 半 。可 见 ， 外 部 因 素 对 主 蒸 汽 管 道 寿 命 有 非 常 大 的 影 响 。 其 中 超 温 影 响 在 运 行 中 已 得 到 严 格 控 制 ， 同 时 有 关 规 程 已 要 求 在 管 道 温 度 最 高 处 设 置 监 察 段 。 而 应 力 的 影 响 目 前 有 关 规 程 还 没 有 明 确 提 出 在 应 力 较 大 处 设 置 监 察 段 。管 道 应 力 通 常 由 内 压 、 白重 和 热 膨 胀 等 产 生 ， 内 压 应 力 与 管 件 结 构 形 状 等 几 何 参 数 有 关 ； 而 自 重 、 热 膨 胀 产 生 的 应 力 主 要 取 决 于 管 道 及 支 吊 架 的 布 置 。如 果 蒸 汽 管 道 受 力 不 均 匀 ， 应 力 大 处 ， 其 使 用 寿 命 必 定 鞍 短 。要 使 蒸 汽 管 道 受 力 均 匀 ， 通 过 对 蒸 汽 管 道 支 吊 架 的 调 整 是 有 效 途 径 。 由 于 主蒸 汽 管 道 长 期 运 行 后 容 易 出 现 管 系 变 形 或 支 吊架 失效 ， 引 起 整 个 管 系 应 力 重 新 分 配 ， 势 必 引 起 管 道 局 部 应 力 过 大 ， 造 成 管 道 局 部 损 坏 ， 这 是 电厂 收稿 日期 2 0 0 1 0 5 一 l 0 ；修 回 日期 2 0 0 1 一 l 0 0 8 作者 简介杨杰 1 9 6 6 - ， 男 ， 山西万荣 ， 副院长兼总工程师 ， 从事电力试验和研究工作 。 1 8 维普资讯 第 3 5卷 火力发 电厂变形蒸汽管道的分析调整和监督研究2 0 0 2年第 1 期 普 遍 存 在 的 现 象 ，但 人 们 常 常 忽 视 这 种 现 象 所 产 生 的 严 重 危 害 。 2 主蒸汽管道失效原因分析 主 蒸 汽 管 道 走 向及 支 吊 架 设 置 情 况 见 图 l 。 根 据 反 复 测 量 管 道 足 寸 、 管 道 热 位 移 、 支 吊 架 的 宏 观 检 查 及 应 力 测 量 和 计 算 结 果 ，得 出 管 道 失 效 原 因 主 要 由 以 下 几 方 面 造 成 。 围 1 管道及支吊架设置 示意 2 ． 1 热膨胀影响 3号 主 蒸 汽 管 道 较 长 ， 2条 管 道 总 长 约 2 1 om． 其 中 包 括 2段 3 7 ． 8m 的 竖 直 管 段 锅 炉 在 启 动 时 ， 主 蒸 汽 管 道 由 冷 态 到 热 态 ，竖 直 管 段 的 伸 长 量 可 达 2 7 5mm。 这 样 大 的 热 膨 胀 量 如 果 都 是 向 下 ， 则 必 然 导 致 一 些 吊架 特 别 是 6、 1 9号 吊 架 承 受 较 大 的 工 作 荷 载 。 实 际 检 查 还 发 现 ， 在 改 造 前 冷 态 时 个 别 吊架 完 全 脱 空 ， 而 热 态 时 这 些 吊架 完 全 被 压 牢 ， 这 也 充 分 说 明 热 态 时 这 些 吊架 承 受 了较 大 荷 载 ． 以 至 在 运 行 中 发 生 6号 吊 杆 断 裂 现 象 。 对 原 管 系 冷 态 到 热 态 的 位 移 值 进 行 测 量 结 果 发 现 实 测 值 与 原 设 计 值 差 别 较 大 x 方 向 最 大 相 差 约 2 7 0mm； Y 方 向 最 大 相 差 约 2 5 0mm； Z方 向 最 大 相 差 约 2 3 0mm， 甚 至 有 的 支 吊 点 位 移 方 向 相 反 ， 测 量 时 还 发 现 2处 热 位 移 受 阻 现 象 。 2 2 管系稳定性差 2条 主 蒸 汽 管 道 1 4 ． 5m 标 高 以上 部 分 多 由恒 力 悬 吊 支 承 ， 允 许 有 较 大 位 移 ， l 4 ． 5m 下 部 分 也 是 由 弹 簧 吊 架 支 承 ， 总 共 2 9个 吊 架 中除 主 汽 门 前 有 2个 刚 性 吊架 外 ， 其 余 均 为 恒 力 吊 架 或 弹 簧 吊 架 ， 由 于 恒 力 吊架 和 弹 簧 吊 架 的 刚 度 远 低 于 刚 性 支 吊 槊 ，整 个 管 系 在 变 形 时 ， 支 吊架 约 束 作 用 不 够 。 因 此 可 能 会 引 起 管 系 各 点 位 移 方 向失 去 控 制 ，造 成 管 系 稳 定 性 较 差 ，在 实 际 运 行 中 导 致 部 分 支 吊 架 偏 斜 和 某 些 管 段 出 现 倒 坡 度 和 坡 度 过 大 现 象 2 ． 3 部分 支 吊架失效 对 支 吊 架 宏 观 检 查 时 发 现 一 些 弹 簧 吊 架 被 过 压 ， 另 一 些 弹 簧 吊 架 在 冷 态 时 脱 空 ， 投 有 承 受 任 何 载 荷 。 发 生 倾 斜 的 吊架 较 多 ， 个 别 吊 架 倾 斜 严 重 ， 约 有 9 。 。 管 道 变 形 后 ， 管 系 中 应 力 重 新 分 配 ， 有 些 支 吊 架 结 构 荷 载 过 大 ，导 致 部 分 支 吊架 根 部 预 埋 铁 脱 落 或 预 埋 铁 强 度 不 够 被 损 坏 等 。据 不 完 全 统 计 ， 3号 机 组 主蒸 汽 管 道 约 有 一 半 支 吊架 发 生 失 效 ，直 接 影 响 到 自 重 、 热 膨 胀 产 生 的应 力 变 化 ， 导 致 部 分 管 材 加 速 损 伤 ， 严 重 影 响 管 道 安 全 运 行 。 2 4 炉顶吊架对竖直管段无约束作用 炉 顶 吊 架 多 为 恒 力 吊架 ， 允 许 管 系 有 较 大 位 移 ， 这 些 吊 架 对 管 系 的 位 移 ，特 别 是 对 竖 直 管 段 垂 直 方 向 的 位 移 没 有 约 束 作 用 ， 因 此 ， 竖 直 管 段 某 一 吊架 失 效 后 ， 载 荷 将 向 附 近 吊架 转 移 ， 甚 至 使 整 个 管 系 向下 位 移 ， 造 成 严 重 后 果 。 2 ． 5 5号机 主蒸汽 管道对 3号机 主蒸 汽管道 的 影 响 5号 机 组 由 3号 机 主 蒸 汽 管 取 汽 是 在 3号 机 组 主 蒸 汽 管 已 存 在 情 况 下 设 计 的 ，没 有 将 5号 机 组 主 蒸 汽 管 道 和 3号 机 组 主 蒸 汽 管 道 作 为 整 体 统 一 考 虑 ， 加 以计 算 ， 因 此 5号 机 主 蒸 汽 管 道 对 3号 机 主 蒸 汽 管 道 的 变 形 有 一 定 影 响 。 3 管道和支吊架重新设计 根 据 对 管 系 失 效 分 析 的结 果 支 吊 架 重 新 设 计 时 考 虑 了 以 下 问 题 保 持 支 吊 位 置 、 管 道 走 向 不 变 ； 由 于 缺 少 原 土 建 资 料 ，重 新 设 计 时 每 个 支 吊点 的 结 构 载 荷 不 超 过 原 设 计 值 ； 在 很 长 的 竖 直 管 道 上 分 别 把 7号 和 2 0号 吊 架 改 为 刚 性 吊 架 ， 以 控 制 竖 管 Y 方 向 位 移 ；重 新 设 计 或 加 固 已 失 效 部 分 支 吊架 的 根 部 ； 恢 复 各 管 段 坡 度 ； 把 最 大 应 力 点 调 整 到 便 于 测 量 和 监 督 的 位 置 ， 并 在 此 部 位 装 设 蠕 涨 测 点 等 ； 重 新 设 计 彻 底 解 决 了 管 道 与 设 备 主 汽 门 的 推 力 和 弯 矩 过 大 问 题 、消 除 小 机 主 蒸 汽 管 道 与 3号 机 主 蒸 汽 管 道 间 的 相 互 影 响 ，降 低 管 道 上各 点 的 一 次 应 力 和 二 次 应 力 ， 使 其 都 小 于 管 材 的 一 次 和 次 许 用 应 力 ， 消 除 热 位 移 受 阻 现 象 。 同时 必 须 注 意 艟 工 时 要 按 有 关 导 则 和 规 程 进 行 。 3号 机 启 动 后 ，课 题 组 对 主 蒸 汽 管 道 整 体 运 行 情 况 进 行 了 全 面 检 查 ，运 行 3个 月 后 再 次 对 主蒸 汽 管 道 整 体 运 行 情 况 进 行 了全 面 检 查 ，其 主 蒸 汽 管 道 运 行 状 况 良 好 ； 昔 材 寿 命 延 长 可 带 来 可 观 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。经 过 1 a运 行 实 践 证 明 本 课 题 完 全 达 到 了 预 期 效 果 。 维普资讯 2 O 0 2年第 1期 中国电力 第 3 5尝 4 结论 1 在 对 已发 生 变 形 的 蒸 汽 管 道 进 行 失 效 分 析 基 础 上 ， 针 对 性 地 进 行 改 造 设 计 并 实 施 ， 是 处 理 这 类 问 题 的有 效 办 法 。 2 应 重 视 对 管 系 支 吊 架 的检 查 和 调 整 对 已 失 效 的支 吊 架 尽 快 处 理 。 3 宏 观 支 吊架 损 坏 和 管 道 变 形 的地 方 ，往 往 是 应 力 状 态 较 复 杂 和 恶 劣 的地 方 ， 在 该 支 吊 架 承 载 的 区 段 内 ， 如 有 弯 管 存 在 ， 应 加 装 蠕 涨 测 点 ， 加 强 监 督 。 参考文献 1 扬杰 ， 王敏 明． 李俊昆．火力发 电厂变形燕忾管道的分析调整 和监督研究 [ R] ． 研究报告 ． 2 0 0 0 2 ]DL ／ T 6 1 6 I 9 9 7 火力 发 电厂 汽水管道 与 支 吊架维护 调整 导 则[ S ]I 9 9 7 3 ]李 兵应重视 管道支吊架的巡视 定植 和调整 [ R]电力信 息 与专家建议 ． 1 9 9 9 ， 5 责任编辑孙 家振 An a l y s i s ， Ad j u s t me n t a n d Mo n i t o r in g o f t h e D e f o r me d Ma i n S t e a m Pi p e s i n Th e r mal Po we r Pl an t YANG J i e ，L I Z u n - k u n ，WA NG Mi n - mi n g ， F AN G An - q i a n 。 ， WANG Xi n - mi n 2 1 S h a n x i E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ． T ai y u a n 0 3 0 0 0 1 ． C h i n a ； 2 N i a n g z i gna n P o w e r P l a n t ， Ya n g q u a n 0 4 5 2 0 3、C h i n a A b s t r a c t No ． 3 b o i l e r i n S h a n x i Ni a n g z l g u a n T h e r ma l P o we r P l a n t h a s o p e r a t e d f o r mo r e t h a n t e n y e a r s a n d i t s ma i n s t e a m p i p e s h a v e b e e n o u t o f s h a p e B a s e d u p o n a n a l y s i s a n d s t u d y t h e r e t rofi t t i n g d e s i g n o f p i p e s y s t e m wa 。p u t f o r w a r d a n d the n e 【 y s u p p o r t s a n d h a n g e r s w e r e r e p l a c ed wi t h n e w O H e S Aft e r r e t r o fi t t i n g ，t h e c o mp e n s a t i o n o f ma i n s t e a m p i p e st e m i s ge ed ， d r ain s a r e e a s y a n d s mo o t ht fl o w res i s t a n c e i s s mall ，s u p p o r t s a n d h a n g e r s a r e rea s o n a b l e ．a n d ma i n t e n a n c e i s c o n v e n i e n t ． Mean w h i l e ．the d a n ge r o u s sei o n s a r e陆e d a n d t h e e o e s p o n d i n g e f fe c t i v e mo n i t o r i n g me [ t i i s a re t a k e n．e n s u ri n g the s a f e o per a t i o n 0 f p i p e s y s t e m 、 Ke y wo r d d e f o r m ed m a i n st eam p i p e ；a n al y s i s ；a d j u s t m e n t ；m o n i t o r i n g I 国家电勿公 电励弱 岔 境镰护 为提 高 我 国脱 硫 技 术研 究 水 平 ， 消 化 吸收 国外 先进 技 术 ， 探索 适 台 国 情 的 脱 硫 工 艺 及 装 备 ． 加 强 技 术交 流 ．普 及 推广 及应 用 脱 硫 技 术 ， 国家 电 力 公 司 电 力环 境 保 护 研 究 所脱 硫 实验 室 于 1 9 9 0 年 开 始 建 。经 过 l 0 年 不 断 的建 设 及 对设 备 的 配 套 与完 善 ．实 验 室 建 成 了多 种 脱 硫 工艺 及关 键 设 备 研发 的试 验 台 ，配备 了先 进 完 备 的 分析 测 试 手 段 ，总 体 性 能 可 与 国标 先进 水 平 媲美 。 实 验 室 所 设 置 的关 键 试 验 台 有 炉 内喷钙 试验 台、 旋转 喷雾／ 蝈道 喷 射 试 验 台 、水 嗅 除 尘 器 简 易湿 法脱 硫 试 验 台 、 湿 式 石 灰一 石 灰五 脱 硫 试验 台 、强 化 湿 式 石 灰 石 脱 硫 试验 台 、除 雾 器 冲 洗 试 验 研 窥所 硫赛验蜜 台 。 此外 实 验 室 还 可 进 行 喷 嘴 的 理论 计 算 、 试 验 研 究 、 设 计 鞭 件 开 发 、 防 腐 耐磨 材 料 试 验等 。 实 验 室 目 前 承 担 了 国 家 电 力 公 司项 目 火 电 厂 烟 气 脱 硫 性能 检 测技 术 的 研 究 ， 首 期 研 究 内 容 包 括 1 烟 气 脱 硫 系 统 中 气 、 液 、固三 相 物 料 的 评 价 指 标 和检 测 技 术 ； 2 烟 气 脱硫 系 统 主 要 性 能 的 评 价 指 标 和 检 测 技 术 3 对 烟 气 脱 硫 工 程 项 目 中 ， 烟 气 脱硫 系统 的 物 料 和 脱 硫 性能 进 行 检 测 和 验 收 4 烟 气 脱 硫 系 统 性 能 试 验 导 则 的 制 定 。实 验 室 建设 以来 ，已 完 成 多项 国 家 及 国 家 电 力 公 司 的 重 点 研 究 项 目 ， 有 的研 究 成 果 已 在 火 电 厂 脱 硫 工 程 中得 到 应 用 。 一 1 l 维普资讯