火电厂蒸汽管道支吊架失效问题的研究.pdf

第 4 l卷第 3期 2 0 1 0年 5月 锅 炉技术 B0I LER TECHNoLOGY Vo 1 ． 4 l，No ． 3 M a y ．， 2 0 1 0 文章编 号 CN3 11 5 0 8 2 0 1 0 0 5～0 0 0 50 3 火电厂蒸汽管道支 吊架失效 问题的研究 赵 星海 ，郑 明秀 ，魏春 明 ，辛国华 ，倪 绍一 1 ．东北 电力大学 能源与机械工程学院 ，吉林 吉林 1 3 2 0 1 2 ； 2 ．上海发 电设备成套设计研究 院 ，上海 2 0 0 2 4 0 关键词 单元机组 ；蒸汽管道 ；支 吊架 ；失效 ；安全性 摘要 近年 ， 因蒸 汽管 道支 吊架失效而 引起 的电厂安 全生产 事故尤 为突 出。为 了提 高火 力发 电厂生产运 行 的安全性和可靠性 ， 对蒸汽管道支 吊架失 效 的问题进行 了深 入的分析 和研 究 ， 找 出了蒸汽管 道支 吊架失效 的根本原 因， 提出了解决蒸汽管道支 吊架失 效 问题 的方 法 ， 给出 了有 效预 防和控 制蒸汽 管道 支 吊架失 效现象 发生 的建议 和措施 ， 为工程实 际提供参考 。 中图分类号 T K 2 2 3 文献标识码 A 0 前 言 支 吊架 是 火 电厂 蒸 汽 管 道 系统 中 的重 要 组 成部分 ， 具 有 安 全 承受 管 道 荷 载 、 合 理 约 束 管 道 位移 、 限制管 道接 口对所 连接设 备 的推 力 和扭 矩 、 增 加 管 系 的稳 定 以及 防 止 管 道 振 动 等 功 能_ 1 ] 。但 目前 ， 无 论 是 新 建 或 是 在 役 机 组 ， 蒸 汽 管道 系统 都 普 遍 存 在 支 吊 架 失 效 的 现 象 。失 效 的支 吊架 会 导致 管 道 系统 偏 离 原设 计 态 ， 对 管 系 及 其所连 接 的 相 关 设 备 的安 全 运 行 带 来 重 大 安 全 隐患L 2 ] ， 进 而影 响整 个 电厂 生 产 运 行 的安 全 性 和可靠 性 。 近年 ， 随着 我 国 电力 行 业 的 快 速 发 展 ， 单 元 机组容量和参数不断提高， 加之我 国火 电厂建设 周期 大幅 缩 短 ， 工 程 设 计 进 度 加 快 ， 设 计 质 量 难 免有瑕 疵 ， 从 而 导 致 机 组 调 试 、 试 运 和 商 业 运 行 中存在 大量难 以解 决 的 问题 __ 5 ] 。据统 计 ， 近 年 因 蒸 汽管 道 支 吊架 失 效 而 引起 的 电 厂 安 全 生 产 事 故 尤为 突 出 。因此 ， 全 面 系统 的开 展 有关 蒸 汽 管 道支 吊架 失效 问 题 的研 究 是 非 常必 要 的 ， 同 时这 也是 提 高 电厂 生产 安全 性 和可靠 性 的重要 途 径 。 1 蒸汽管道支 吊架的类型及失效原因的分析 1 ． 1支 吊架 的分类 随着 电 力 行 业 的 快 速 发 展 ， 火 电 厂 蒸 汽 管 道 系统 的 设 计 技 术 日益 进 步 ， 管 系 的 支 吊 架 结 构 型式及零部件 的种类 也不断更新 、 完善 ， 并 且 实 现 了 标 准 化 、 定 型 化 和 专 业 化 的 加 工 制 造 体 系 。 完 整 的 支 吊 架 通 常 由 “ 管 部 ” 、 “ 连 接 件 ” 及 “ 根部” 组成 。目前， 我 国在 借鉴 国内、 外支 吊架 设计 特 点和 实践 经 验 的基 础 上 ， 编 制 了 2 4种 “ 管 部 ” 、 3 6种 “ 连 接 件 ” 和 2 4种 “ 根 部 ” ] ， 它们 之 间 按 照一定 的搭 配 原则 ， 可 以组 成 型 式 多样 的支 吊 架整体结构 ， 用于满足各种实际情况下蒸 汽管道 支 吊 的 需 要 。表 1为 蒸 汽 管 道 系 统 支 吊 架 的 组 成 。 表 1 支 吊架 的组成 序号 管部 连接件 根部 符号 名称 符号 名称 符号 名称 收 稿 日期 2 0 0 90 lO 7 基金项 目 吉林省教育厅“ 十一五” 科学技术研究项 目 2 0 0 8 5 0 ； 东北 电力 大学博 士科研启 动基金 资助项 目 B S ] X M--2 0 0 7 0 6 作者简介 赵星海 1 9 7 7一 ， 男 ， 汉 ， 黑龙江佳木斯人 ， 硕士研 究生 ， 讲 师。主要从事 火力发 电厂汽水 系统 的设计 、 优化 、 改造及 汽水 系统安全性评估的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 锅 炉 技 术 第 4 1 卷 1 ． 2 支 吊架 的失效 形式 电厂实 际运行 中 ， 支 吊架失 效 的表 象 多种 多 样 ， 且管部 、 根部及连接件均可能失效 。下面 通过表 2对常见 的蒸 汽管道系统支 吊架失效形 式进行分类 。 表 2支 吊架的 失效形 式 序号 管道支 吊架失效 的主要 表现 1 刚性 吊架 弹簧 吊架 。 弹簧支架 3 滑动支架 4 导 向支架 恒力弹 簧 吊架 拉杆弯曲、 折断损坏 、 松动失载 、 偏斜 弹簧过载 、 弹簧失载 、 弹簧损坏 失载脱 空、 接触面 位 移受 阻、 支撑件损坏 失载脱空 、 导向支架 底板损坏 、 接触面位移受阻 恒力 弹簧过载位移指示 器卡死 或变为刚性 吊架 、 拉杆弯曲 、 恒力 弹簧失载 、 折断损坏 、 偏 斜 对管道 的偶然荷载无反应 、 6 阻尼器 阻尼器失灵 、 承受 管道工作荷载 1 ． 3支 吊架 的失效 原 因 导致电厂蒸汽管道支 吊架失效 的原因， 归纳 起 来有 以下几 方 面 1 ． 3 ． 1设 计方 面 1 新 建 电厂 随着 我 国电 厂 机 组 的容 量 和 参 数 的不 断 提 高 ， 蒸 汽 系 统 更 加 复 杂 ， 其 设 计 难 度不断加大。加之 电厂建设周期 的大幅缩短 ， 设 计进度大大加快 ， 且刚从事设计行业人员的业务 水平不高等因素 ， 都导致 了设计质量难免出现瑕 疵 ， 支 吊架设计 的合 理性 和 安全 性 是 设 计 质 量 中 最 突 出 的 问题 。如 管 系 整 体 走 向设 计 的 不 合 理[ 1 、 支 吊点的位 置设置不合理、 支 吊架荷 载设 计 与蒸 汽系统 实 际运行 荷载 分 配不 匹 配[ 1 、 支 吊 架连接件选择不合理 、 支吊架类型选用错误等。 2 在 役 电厂 在 电厂 正 常 生 产 或 机组 大修 过 程 中 ， 对 蒸 汽 管 道 支 吊架 的安 全 性 方 面 ， 几 乎 不做任何的评估。对支 吊架 日常工作状态下 的 检查记录， 也不全面和完善。 由于机组大修或技改后 ， 蒸 汽管道系统的任 何改动都会直接影响管系整体 的应力分布， 从而 影 响支 吊架 工 作 荷 载 的 分 配 以及 其 工 作 态 时 的 位移。进而会导致局部支吊架失效而发生损坏 ， 还可能产生连锁效应危急整体管系的安全。 1 ． 3 ． 2运 行方 面 电厂在调试和生产运行过程 中， 由于多种原 因使蒸汽管道发生不规律、 长时间的强烈振动和 晃动 ， 这些都直接影响到支吊架 的安全。剧烈的 振动和晃动会导致支吊架连接件弯 曲、 折断及偏 斜等损坏 ， 更严重 的会导致管系整体脱落的恶性 生 产事 故 。 1 ． 3 ． 3施 工 方面 在 安装 或更换 支 吊架 时 ， 由 于施 工人 员 的技 术水平和人为的误差 ， 不能使原设计支 吊架 的意 图精确的反应 到实际中， 导致管 系的荷 载、 位移 分 布发生 变化 ， 从 而影 响管 道 系统 工 作 的安 全 性 和稳 定性 。 2 某电厂蒸汽管道支吊架失效的解 决对策 现通 过笔 者 2 0 0 7年 主持 完 成 的蒸 汽管 道 支 吊架 安全 性评估 项 目， 来举 例 说 明解决 管 道 支 吊 架失效的方法 。 某 6 2 0 0 MW 电厂从 1 9 9 8年 投产 至 今 ， 蒸 汽管道系统存在大量管系偏斜、 振动及支 吊架损 坏等 严重 问题 ， 已经 威 胁 到 电厂 的 正 常安 全 生 产 运行 。项 目要 求对该电厂全部蒸汽管道 系统的 支 吊架进 行全 面的安 全性评 估并 给 出解决 方案 。 根据现场实 际勘 察 和冷 、 热 态 的测量 ， 对 蒸汽 管道支 吊架逐 一进行检验 。通过汇总 的结果 ， 对原 设计管系的应力进行了分析计算， 计算结果与现场 测量 的数据进行 对 比， 制定 了调 整原则 。 2． 1调整原则 1 对于脱载的支吊架吊杆重新进行复位安装； 2 对于电厂自行安装的简易支吊架进行拆除； 3 对 已损 坏 的支 吊架或 组件 进行更 换 ； 4 对安装有缺 陷的支 吊架进 行修 复处理 如定 位杆 未割 断 ； 5 对于阻碍管道热膨胀的障碍物进行清除 或整 改 ； 6 对热 态 承 载位 置 异 常 包 括 弹 簧 压 死 和 欠载 的 弹 簧 支 吊架 进 行 调 整 ， 使 支 吊架 工 作 态 处于设 计值 ； 7 对 弹簧扭 曲 、 变 形或 严重 损坏 的支 吊架 ， 通过应力校核计算， 选择合理的弹簧型号 ； 8 对管系下沉或偏斜严重等情况， 对管系 进行 复位 安 装 ， 并 重新 对 管 系 进 行 应 力 分 析 考 虑蠕变等情况 计算 。 9 调整工作 的顺 序 要求 从锅 炉 固定端 和汽 轮机 固定 端 开始 ， 向 中间管 系 柔 度 较 大 的方 向按 顺序进行 ， 对于并行布置的管道两侧要对称进行。 通过采取上述措施 ， 将使管系支吊架处于正 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 赵星海 ， 等 火电厂蒸汽管道支 吊架失效 问题 的研究 常的工作状态且应力分布均衡合理 ， 从 而确保管 系 的冷／ 热 态 荷 载 分 布 和 膨 胀 量 满 足 设 计 要 求 ， 达 到管 系安全 运行 的 目的 。 下面通过列 举本项 目中比较典 型 的蒸 汽 管道 支 吊架失 效形式 ， 来具体 说 明支 吊架调整 的方法 。 图 1为该 厂锅 炉排 汽管 道 支 吊架 失效 情况 。 图 1 锅炉排汽管道 弹簧吊架失效 由于该 吊点 处 弹 簧 两边 荷 载 分 布 不均 匀 ， 导 致 右边 弹 簧 扭 曲 变 形 ， 左 侧 弹 簧 过 载 且 拉 杆 偏 斜 。经 现场 勘 察 、 测 量 与 原 设 计 图纸 的对 比， 发 现该 支 吊架 失 效 点 的 安 装 位 置 与原 设 计 位 置 不 符 、 管系走 向 已经 整体 偏离设 计 值 。 2 ． 2 采取 的措 施 针对 该点 支 吊架 失 效 情况 ， 采 取 以下 措 施 来 确保 管道 工作 的安 全性 和稳 定性 1 根据 排 汽 管 道 的 实 际 管 位 ， 进 行 应 力 分 析并 与原设 计对 比 ； 2 根据对 比结果 ， 采 取管 系二 次优 化 设计 ， 在 排汽 管道 的立 管 2 5 ． 4 m、 3 7 ． 6 m 处设 置 2个 限位支 架 ， 限 制 管 系 的 偏 斜 且 增 加 了 管 系 的 刚 度 ， 恢 复管 系 中失 效 支 吊点 的设计 安装 位置 ； 3 根 据对 比结 果 ， 对 该 处 失 效 点 的 弹 簧 支 吊架 型号 进行 更换 。 图 2为该 厂 四段 抽汽 管道 支 吊架失 效情 况 。 图 2抽汽管道刚性 吊架抱 箍断裂 由于抽 汽系 统该 点 支 吊架 热 位 移 偏 大 ， 且 管 系支 吊架 整体 设计 不 合 理 ， 导 致 该 点 刚 性 架抱 箍断 裂 。 针对 该点 的失 效 情 况 ， 采 取 以下 措 施来 确保 四抽 管道 工作 的安 全性 和 稳定性 根据 四段 抽 汽 的实 际 管 位 ， 进 行 应 力 分 析并 与原设 计对 比 i 根据 对 比结果 ， 对 失 效 点 的支 吊架 根 部采 取 偏 装 的 形 式 ， 来 解 决 此 处 吊 点 热 位 移 偏 大 的 问 题 ， 并对该 吊点再加装组合式刚性限位吊架 。 3 结 论 预 防 和 控 制 由蒸 汽 管 道 支 吊架 失 效 而 引 起 的生产 事故 ， 是 提 高 电厂 运 行 安全 性 和可 靠 性 的 关 键环 节 ， 且 为 电力 设 计 行 业 提供 有 价 值 的实 际 反 馈建议 ， 使 设 计 环 节 考 虑 因素 更 合 理 和全 面 ， 也 为 电力建 设施 工 单 位 ， 改 进 和提 高 施 工 工 艺 水 平 ， 提供 必要 的指导 。 通 过本 文 的研究 ， 可 归纳 为 以下几 点 3 ． 1设 计方 面 1 通 过 对 管 系 的 优 化 设计 ， 改 进 和 完 善 了 原设 计 的缺 陷和 不 足 ， 消 除 了应 力集 中 。使 管 系 能安 全 和稳定 的运 行 ； 2 通 过对 管 系 的水 力计 算 ， 进一 步 指 导 、 优 化 和完善 系统 的 走 向 ， 使 管 系 内介 质 流 阻 降 低 、 压损 减小 、 荷 载 分 布 合 理 ， 从 而 确 保 支 吊架 工 作 的稳 定性 和 可靠性 。 3． 2 运行 方面 1 提 高 现 场运 行人 员 的技 术 水 平 ， 使 机 组 运 行 既 平 稳 、 可 靠 又 能 快 速 适 应 外 界 负 荷 的 变 化 ； 2 严禁机组长时 间超压 、 超温 、 超负荷运行 ； 3 严 禁蒸 汽 管道 内工 质 出现两 相 流状态 ； 4 对 于 管 系 中存 在有 偶 然 荷 载 的支 吊点 ， 运行 中要 严 密监 视 。 3 ． 3 施 工方 面 1 提 高 施 工 人 员 的技 术 水 平 ， 尽 量 减 少 安 装误 差 ， 确 保设 计 意 图能准 确 的反应 到 实 际中 i 2 在蒸 汽 管 道 安 装 过 程 中 ， 严 禁 出现 强 拉 对 口野蛮 施工 ， 确保 施 工质 量 ； 3 对需 进 行 水 压 试 验 的 蒸 汽 管 道 系 统 ， 要 求 施工 技 术人 员制 定 必 要 、 合 理 的 管 系 临时 支 吊 保 护 系统 。 下转 第 2 O页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 O 锅 炉 技术 第 4 1 卷 St u d y o n Ut i I i t y Boi t h e P r e di ct i on M o d el o f F o ul i n g Gr o w t h o n Co al f i r e d l er s ’He a t i n g Su r f a c e Ba s e d o n W a v el e t Tr a n s f or ma t i o n PAN Ya d i ，XU Zhi g a o， SI Fe ng q i ， YANG Xi n y u S c h o o l o f E n e r g y a n d E n v i r o n me n t ， S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ，N a n j i n g 2 1 0 0 9 6 ， C h i n a Ke y wor d s c oa l f i r e d ut i l i t y bo i l e r s； f o ul i ng g r o wt h p r e di c t i on； wa v e l e t t r a ns f or ma t i on； A RM A p， qpr e di c t i o n mod e l Ab s t r a ct Ba s e d on t h e c h a r a c t e r i s t i c i d e n t i f i c a t i o n m e t ho d o f wa v e l e t t r a ns f o r ma t i o n a nd ARM A P，q mo de l a n a l ys i s o f t i m e s e q ue nc e i n f or ma t i o n， a c ompr e h e n s i v e pr e d i c t i o n m o d e l o f f o ul i n g g r o wt h o n c o a l f i r e d ut i l i t y bo i l e r s’he a t i ng s u r f a c e i s c o ns t r uc t e d i n t h i s p a pe r a f t e r t h e a na l y s i s of s i mpl i f i e d t he o r e t i c a l m o d e l o f f o ul i ng gr o wt h， f o r i t i s t h e p r e mi s e o f t he s t udy o n t h e s o o t bl o wi n g o pt i m i z a t i o n．Thr o ug h t he c a l c ul a t i o n a n a l ys i s a nd c ha r a c t e r i s t i c i de nt i f i c a t i o n on r e a 1 t i m e d a t e of bo i l e r ’ s o pe r a t i o n，t h e a c c u r a t e e s t i m a t i o n a nd pr e d i c t i o n o f f o ul i ng s t a t e c a n be ob t a i n e d wi t h t h i s mo de 1 wi t ho u t a ny ot he r e x t r a i n ve s t ．W i t h t he e vi de n c e o f s o m e e c o no m i z e r f o ul i n g g r o wt h，i t c a n be c o n c l ud e d t h a t t he pr e s ．e n t m o de l i s v a l i d i t y a nd wo u l d be c on t r i bu t e d t o s o o t bl o wi ng op t i mi z a t i on of b oi l e r s ． 上 接 第 7页 参考 文献 [ 1 ]郭延军 ， 陈跃光．支 吊架失效与 电厂蒸汽管道 安全分析 [ J ] ． 电力设备 ， 2 0 0 7 ， 8 4 6 2 6 4 ． E 2 3鲍俊涛， 巩建明， 姜 勇， 等．高温主蒸 汽管线应力应变的有限元 分析及其优化口] ．中国电机工程学报， 2 0 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d Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g，No r t h e a s t Di a n l i Un i v e r s i t y，J i l i n 1 3 2 0 1 2 ，C h i n a ； 2 ．S h a n g h a i P o we r Eq u i p me n t Re s e a r c h I n s t i t u t e ，S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0，Ch i n a Ke y wor d s un i t ； s t e a m pi p e； s up po r t ha n ge r s ； f a i l u r e ； s e c u rit y Ab s t r a ctI n r e c e nt y e a r s，t he o c c ur r e n c e o f s e r i ou s a c c i d e n t s i n pr o du c t i on o f po we r pl a n t i s I o o m i n g l a r ge c a u s e d by t he s t e a m pi n e s up po r t ha n ge r s f a i l ur e ． To i m p r ov e t he s e c u r i t y a nd r e l i a b i l i t y o f p r od uc t i o n r un of p o we r s t a t i o n，s t e a m pi p e s u pp o r t h a ng e r s f a i l u r e wa s a na l y z e d a n d s t ud i e d t h or o u ghl y， ba s i c r e a s o ns o f t h e s t e a m p i pe s up po r t h a ng e r s f a i l ur e we r e f ou nd， t he s ol u t i o n o f t he s t e a m p i n e s u pp or t ha nge r s f a i l ur e wa s pu t f o r wa r d， s ug g e s t i o ns a nd me a s ur e s w e r e o f f e r e d t o p r e v e n t a n d e o nt r o l t h e s t e a m p i n e s upp o r t b a ng e r s f a i l ur e e f f i c i e nt l y．Al l o f t he s ol u t i o ns c a n be r e f e r e nc e d by e ng i ne e r i n g． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m