吉林省火力发电机组汽水管道支吊架监督与管理.pdf

2 0 1 0年 0 6月 第 3 8卷 第 3期 总第 2 0 8期 J u n ． 2 0 1 0 Vo 1 ． 3 8 No ．3 Se r ． No． 2 0 8 吉林省火力发 电机组汽水管道支 吊架监督与管理 Su p e r v i s i o n a nd M a n a g e me nt of S up p o r t a n d Ha n g e r f o r St e a m wa t e r Pi p e s o f Ge n e r a t i n g Un i t s o f J i l i n Pr o v i n c e 刘铁 军 ， 李淑彦。 1 ． 吉林省电力有限公司电力科学研究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ． 大唐国际发 电股份有 限公 司， 北京 1 0 0 0 5 3 摘要 针对近年来 吉林省 内发 电厂多次发生管道支 吊架异 常及断裂事件 ， 严重威胁 到机组安全运行 的情况 ， 分析 了管道与支吊架运行工况 、 应力状 态和异常形式 。 通过典型案例分析 ， 提出了管道支 吊架外部检查 与维护调 整的重 点部位 ， 指 出金属技术监督管理 中应严 格执行电力行业规程及 标准 、 建立 完善管道支 吊架技术监督档 案、 对管道进 行应力计算 。 关键 词 金属监督 ； 吉林 省 ； 支 吊架 ； 汽水管道 中图分类号 T M6 2 1 ． 7 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 0 0 3 0 0 0 5 0 4 近年 来 ， 吉林 省 火 电机组 汽水 管 道 支 吊架 异 常 时有 发 生 ， 目前 已有 3个 电 厂 主蒸 汽 管 道支 吊架 管 夹发 生断裂 ， 由于及 时发 现并处 理 ， 避免 了严 重事 故 的发生 。 火力 发 电厂 汽水 管道支 吊架 检查 、 维 护与 调 整是金 属技 术监督 管 理 的重要 内容 之一 。加 强管 道 支 吊架 监督 管理 ， 依据 相关 规程 要求 ， 规 范开 展 日常 运行巡检及年度定期全面检查工作， 及时发现支吊 架存在的缺陷和异常 ， 通过合理维护与调整 ， 可以有 效保证支吊架处于合理的工作状态 。 1 运行工况下 的管道应力状 态及影响 因素 1 ． 1 管道应 力分 类 汽水管道在运行状态下承受着各种应力作用 ， 通 常将作 用 在管道 上 的应力 划分 为一 次应 力 和二 次 应 力 。 管 道 承受 自重 、 内压 和支 吊架 反力 等 持 续外 载 荷 作用 下所 产生 的应 力为一 次应 力 。一 次应力 随外 载荷增加而增大 ， 当外载荷超过某一限值时， 管道将 发 生弹性 变形 、 塑性 变形 损 伤直 至断裂 。 由于管 道及 保温层 自重、 管道运行压力、 支吊架配置与荷重因素 决 定 了管 道一 次 应 力水 平 ， 因此 应严 格 限定 其 在钢 材计 算 温度 下的基 本许 用应 力 范围 内 。 管 道承 受 热 胀 、 冷缩 或 其 他 位移 受 约 束 时产 生 的应力 为二 次应 力 。当 管道局 部屈 服产 生少 量塑 性 变形时 ， 可释放掉工作状态下的热胀应力 。 管道支吊 架 配 置 、 管道 空 间 布置 与 运 行 温度 决 定 了管道 二 次 应 力水 平 。 机 组在 启停 过程 中 ， 管道 经历 由冷 态到 热 态 ， 再 由热态 到冷 态 的一 次应力 循环 。 当该应力 多 次 重 复 交变 后 ， 将 导 致 管道 发 生 低周 期 疲 劳 损伤 。因 此 ， 二次 应力 不是 限定 某 一时 间 的应 力水 平 ， 而是 限 制交 变应 力 范 围和循 环次 数 。 1 ． 2 管 道应 力影 响 因素 影 响 管 道 系 统 应 力 水 平 的主 要 因 素是 管 道 布 置 、 运行压 力 和温 度 、 支 吊架 状 态 。由于 管道 布置在 基 建移 交 生产 后 已经定 型 ， 同时 电厂 严格 限制锅 炉 运 行压 力 和温 度 ， 所 以管 道运 行 温 度 和压 力 超 限影 响很小。 排除以上因素 ， 管道支吊架运行状态就成为 影响管道系统应力水平 的决定因素。定期对管道支 吊架进 行 检查 、 维 护与 调 整 ， 校 验 支 吊架 配 置 、 承载 及热 位 移 的可 靠 性 ， 消 除 支 吊架 存 在 的缺 陷 和异 常 隐患 ， 改善管道的应力水平 ， 使支吊架系统始终处于 安全 、 可靠 的运行工况 ， 延长管道的使用寿命。 2 管道支 吊架异常类 型与原 因 2 ． 1 管道 支 吊架异 常 类型 a ． 弹簧支吊架承载异常。支吊架弹簧压缩量不 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 3 1 2 作者简介 刘铁 军 1 9 5 2 一 ， 男， 高级工程师 ， 从 事金属 专业技 术监督工作 。 5 2 0 1 0年 O 6月 第 3 8卷 第 3期 总 第 2 0 8期 J u n ． 2 0 1 0 Vo 1 ． 38 No ．3 Se r ． NO． 2 08 足或无压 缩 ， 将 导致支 吊架欠 载甚 至脱载 ； 支 吊架 弹 簧 压缩量 过大甚 至完全 压死 ， 将导致 支 吊架 超载 ； 弹 簧 未拆除 锁定销 而投入 运行 ， 将 导致 弹簧 吊架失效 。 b ． 恒力吊架状态异常。恒力吊架位移在规定范 围内变化 时 ， 吊架 承受 载荷不 变 。 如 果恒力 吊架卡 死 或 失效 ， 将 引起 管道热膨 胀受 阻 ， 导 致管道 局部应 力 增 大 。 通 常表现 为指针 卡死在 上限值 或下 限值 、 吊架 脱 载或超 载等 。恒力 弹簧 吊架 常选取 在热 膨胀较 大 部位 ， 可有效吸收管道膨胀引起的热位移， 降低管道 附加 应力 。 2 ． 2 管道 支 吊架 异常原 因 a ． 安装及 检修 原 因。安装位 置 、 初装 载 荷 、 冷 紧 点位 置与冷 紧量 以及管 子 、 管件 、 保 温层重 量 的选择 与设计不符 。 恒力 吊架转动体位置、 直接接触管道的 材料与设计不符。 利用管道作为检修起重支 吊点， 水 压试 验时 弹簧 吊架 未锁定 ， 运行后 锁定 未解 除 。 b ． 支 吊架运行异常。管道热膨胀位移受阻， 实 际热 位移 、 管系推 力与设 计不符 ； 管 系振动及 受到 冲 击载 荷作用 。弹 簧 吊架 与恒力 吊架 弹簧卡死 、 偏斜 、 脱载 ， 荷重 与设计 不符 ； 滑 动支 座 、 导 向支架 、 刚性 吊 架卡死 或过 载 ， 荷 重与设 计不符 。 C ． 错用 型号 和材料 。 实际选用 管道 支 吊架 型号 、 连接件材质和规格、 保温材料容重等与设计值不符 ， 将导致 支 吊架 功 能失效 ， 影响管 系应力 水平及 分布 ， 使管 系局 部应 力增 大 ， 同时破 坏 邻 近支 吊架 的载荷 分布 。 d ． 支 吊架 间距 偏差 。管道支 吊点 实际安 装位置 偏 离设 计 值 ， 引起 邻近 支 吊架 所 分配 荷 重大 小发 生 变化 ， 导 致管道 自重应 力改 变 。 同时管道垂 弧变 形增 大 ， 易于 引起管 道振动 加剧 。 e ． 偏装 作业偏 离设计 值 。管道 支 吊架 偏装 量不 足或过 大 ， 偏装 方 向与设计 方 向相 反 ， 都将 导致 支 吊 架 在热 态 运行 时偏 斜 量增 大 ， 使 支 吊架 在垂 直方 向 上 承载不 足 ， 而 在水平 方 向产 生一 个附加 分力 ， 增 大 对端点设备的推力。 安装管道与支 吊架时， 保证支吊 点与着力 点在一 维或二 维方 向偏 差值处 于设计 范围 内 ， 可减 少管道 热位移 引起 管道水 平方 向附加 推力 ， 使 运行 的管道支 吊架处 于正 常受力 状态 。 3 吉林省管道支吊架断裂典型案例分析 3 ． 1 选型错 误 案例 2 0 0 4年 4月 2 5日， 吉 林 省 某 电 厂现 场 巡 检 发 现 1 、 2号锅 炉主蒸 汽管 道 出 口第 2 段 垂直 管段 弹簧 6 吊架 管夹 均 在 同一 位 置断 裂 ， 1号 锅 炉 主蒸 汽 管 吊 架管 夹 断裂形 貌 见 图 1 。l 、 2号 锅 炉均 为俄 罗 斯机 组 ， 主 蒸 汽 管 道材 质 1 5 C r 1 Mo 1 V、 规 格 3 7 7 mm 5 0 mm。其 中 1 号 锅 炉 累计 运 行 2 1 2 1 7 h ， 启 停 3 2 次 ； 2 号锅 炉 累计 运行 1 4 8 3 2 h ， 启停 3 O次 。经金属 检验 ， 管夹化学成分符合 1 5 c r 1 Mo 1 V钢标准 ， 金相 组织 正常 ， 断 口具有 低周期 疲 劳断裂特 征 。 依据 规程 设 计对 证 ， 主蒸汽管 道 弹簧 吊架 布设位 置 、 管部 选用 均符 合标 准 。进 一步 测 量 比对发 现 ， 断 裂管 夹选 型 D9型 与 设计 管夹 型 号 D9 A 型 不符 。断 裂 管夹 宽度 比设 计 值 减 少 4 0 mm， 壁 厚 比设 计 值减 少 4 mm， 最 大 工 作 应 力 低 于 设 计 最 大 结 构 载 荷 2 9 ． 2 。 由于 实际选 用管夹 配置低 ， 断裂 管夹实 际承 受 的最大 工作 应力 明显 低于 设计 的最 大工 作应 力 ， 在锅炉启停过程中较大应力的作用下导致疲劳损伤 积 累而 最终发 生断裂 。据此 判定 1 、 2 号 锅炉 主蒸汽 管 道管夹 断裂 原 因为 选型错 误 。进 一步 检查并 核对 图纸 ， 发 现 2台锅 炉 主蒸 汽管 道共 8组 支 吊架 管夹 存在同类选型错误。由于及时更换 了这些不合格管 夹 ， 从 而 避 免 了 主蒸 汽 管 道 可 能 发 生 塌 落 的 恶 性 事 故 。 图 1 1号 锅 炉 主 蒸 汽 管 道 弹 簧 吊架 管夹 断 裂 宏 观 形 貌 3 ． 2 实 际安装位 置与 设计不 符案例 2 0 0 8年 1 月 ， 吉林 省某 电厂 3号锅炉 主 蒸汽 管 道 支 吊架在 进行 全面检 查过程 中发 现 8 号 恒力 吊架 吊杆夹断裂脱载。3号炉主蒸汽管道 8号恒力吊架 吊杆 夹断裂 宏观形 貌见 图 2 。 3号锅炉 最大 连续蒸 发 量 1 0 2 5 t ／ h ， 已累计运行 超过 4 1 0 h 。 主蒸 汽管 道 支 吊架外观 检查结 果设计 对证 ， 发现 1 0号恒 力 吊架 实际安装位置与设计安装位置不符。 受其影响， 邻近 7 、 8 、 9 、 1 0号 吊架 荷载 发生 了不 同程 度变 化 ， 由于 9 号吊架弹簧失效并振动 ， 造成相邻 2个 吊架严重超 载 。 其 中 8 号 吊 架 荷 载 由 8 5 ．4 4 5 k N 变 为 2 0 1 0年 0 6月 第 3 8卷 第 3期 总第 2 0 8期 J u n ． 2 0 1 0 Vo1 ．3 8 No． 3 Se r ． No． 2 08 2 3 7 ． 4 2 3 k N； 1 0号 吊 架 荷 载 由 1 3 5 ． 2 6 5 k N 变 为 1 8 7 ． 7 1 5 k N， 最 终 导 致 超 载 最 严 重 的 8号 吊架 先 断裂 。 图 2 3 号炉主 蒸汽 管道 8号恒力吊架 吊杆 夹断裂宏观形貌 4 管道支 吊架外部检查与维护调整 4 ． 1 管道支 吊架外部 检 查重点 火 电机组 汽水 管 道经 过 一 定 时 间运 行 后 ， 管 道 位 移和 载荷会 发生 不 同程度 的变化 。通 过定期 外 观 检 查 可 以及时 发 现 支 吊架 存 在 的缺 陷 和 异 常状 况 。 每年应至少全面检查一次四大汽水管道支 吊架并记 录存档。 发现异常应及时调整处理 ， 重大缺陷应委托 专业机构分析原因并 消缺处理。管道支吊架重点检 查项 目如下 。 a ． 设 计 对证 。 通 过现 场外 部检 查结 果 ， 核 对管 道 设计资料、 支吊架施工图纸及检验报告 ， 确定各管段 壁厚 ， 阀门、 三通等管件型号、 重量 ， 支吊架型号、 数 量 和实 际布设 位 置准 确无误 。 管道热 膨胀 位移 量 、 弹 簧 吊架 弹簧 压缩量 、 恒 力 弹簧支 吊架 转体 位移 量 、 刚 性 支 吊架 各 部 分 活 动 问 隙 、 吊 点 偏 装 应 符 合 设 计 要求 。 b ． 资料 审查 。查 阅管 道 设 计 参 数 ， 实 际运 行 参 数 ， 超 温 、 超 压 、 振 动 、 冲击 等 运行 异 常 记 录 ， 支 吊架 消缺 及更 改记 录 ， 确 定管 道 与支 吊架重 点检 查项 目。 管系应力计算前应提供 以下基本参数 管件弹性模 量 、 材 料 许 用应 力 、 线 胀 系数 等 材 料 性 能 ； 管道 介 质 温度、 压力及异常运行工况 ； 管道直管、 弯管规格及 三通类 型 ； 管道保 温 材料及 布设 状况 。 C ． 功能件检查。 弹簧无卡涩及腐蚀物聚积 ， 锁定 机构已解除 ， 弹簧压缩量在设计范围内， 无弹簧未压 缩失载悬空或弹簧压死超载折断。恒力支 吊架位移 量在 设计 范 围 内， 无过 载或 失载 。 刚性 支 吊架受 力正 常 、 无失 载 。 活动 支架 位移 方 向 、 位 移量 、 导 向性 能符 合设计要求。限位装置、 固定支架牢 固、 支墩混凝土 无开 裂 。 支 吊架 活动 部件 无卡 死 、 损坏 。 减 振器 结构 完好 ， 液压 阻尼 器 液位正 常 、 无渗 油 。 d ． 连 接件 检查 。吊杆无 变形 、 损 坏 ， 锁 定螺母 无 松 动 ， 支 吊架 热 膨 胀 位 移 方 向 、 位 移 量 符 合 设 计 要 求 。恒力 、 弹 簧 吊架 吊杆偏斜 小 于 4 。 ， 刚性 吊架 吊杆 偏 斜小 于 3 。 。 e ． 根 部检 查 。承载 结构 与根 部辅 助钢 结构 无 明 显变 形 ， 主要 受力 焊缝 无宏 观裂 纹 。支撑 结构 焊缝 、 螺栓 、 杆眼、 连接基板与设计相符 。防反冲刚性 吊架 预 留间 隙符合 要求 ， 横 担与 管托 问不得 焊 接 。 f ． 管部 检查 。卡箍 、 鞍 座与 管道 正确 连 接 ， 零 部 件无 明显 变形 。立 管抱 箍挡块 与 管道 问角 焊缝无 表 面宏 观裂纹 。承载螺 栓 、 卡箍 、 螺 帽紧 固无松 动 。管 道 实测 规格 、 膨胀 指示 器 热态 位移 量 、 弹簧 吊架弹 簧 压缩量 、 恒力 吊架实际受力状态 。 管道受热膨胀无卡 涩 受 阻 ， 管道 保 温局部 无脱 落 。 4 ． 2管道支 吊架调整 重 点 支 吊架 调整应 严 格按 照规 程要求 逐项 完成 。首 先 应详 细 检查 并 记 录管 系 所 有 支 吊架 的冷 、 热态 状 况 ， 对 重 大缺 陷应保 留影像记 录 。 支 吊架调 整应逐 一 消 除 支 吊架 卡 涩 、 载 荷 偏 离 设 计 值 、 脱 载 等 承 载 异 常， 更换并修复管夹断裂及连接件脱落等。 在调整某 一 支 吊架 时 ， 应 同时 兼顾 邻近 支 吊架 的检查并 调 整 ， 防止邻 近支 吊架 受其 影 响而 出现新 的异 常 。通过 反 复 校 核调 整 管道 各 吊点 的 热位 移 、 载 荷 和最 大 应 力 值 等 ， 直 至 整个 管系 应力平 衡 合理 ， 支 吊架承 载及 热 位 移处 于正 常工作 状 态 。管道 支 吊架 调 整结束 重新 运 行期 间 ， 应 对 支 吊架 再 次进 行 全 面 的热 态 检 验及 微调 ， 直 至全 部符 合技 术要 求 。调整 工作 结束后 ， 应 记 录管 道 支 吊架 调 整前 后 的冷 热状 态 参 数 、 管 道应 力水 平等 数据 并存 档备 案 。 5 汽水管道支 吊架监督管理 目前 吉林 省火 电厂 汽水 管道 支 吊架 监督 管理 存 在 的共性 问题 表现 为 执 行 规程 不 严 格 ， 三级 监 督 体 系不健 全 ， 没有 编制 管道 支 吊架检查 作业 指导 书 ， 没 有 建立定 期 检查 制度 、 设备 台帐和 检查记 录 ， 管道 支 吊架检查 、 维护调整工作不到位 。 为规范管道支吊架 技术监督管理工作 ， 建议做好规程执行、 监督档案建 立、 管道应力计算等工作。 5 ． 1 严 格执 行 电力行 业规 程 、 标 准 7‘ 2 0 1 0年 0 6月 第 3 8卷 第 3期 总 第 2 0 8期 J u n ． 2 0 1 0 Vo 1 ． 3 8 NO． 3 S e r ． NO． 2 0 8 为了保 证 汽水 管 道 系统 安全 运 行 ， 应 严 格执 行 DL ／ T 4 3 8 -- 2 0 0 9 火 力发 电厂金 属技 术监 督规 程 、 D L 6 4 7 2 O 0 4 电站 锅 炉 压力 容器 检 验规 程 、 D L ／ T 6 1 6 --2 0 0 6 火力发电厂汽水管道与支 吊架维修调 整 导则 、 D L／ T 1 1 l 3 2 9 火力 发 电厂 管道 支 吊 架验 收规程 。 开展 火 电厂汽水 管道 支 吊架 的监督管 理应 通过 电厂技术监督管理体系逐级落实 ， 最终由本体 、 管阀 等班组 去实施 。 目前各 电厂在开展 管道 支 吊架 监督 管理工作中尚处于形式化阶段 ， 主要表现为缺失规 程标 准 ， 支 吊架技 术 档案 、 台帐 不健 全 ； 没有 支 吊架 检查作业 指导 书 ， 班组 检查 人员不 知道检 查项 目、 异 常特征 和判据标 准 ， 检 查数 据不与 设计值 对证 ， 异常 数 据不 能 及时 发现 ， 管 道 与支 吊架 工 作状 况 不能 有 效 实施监 控 。健 全完 善管道 支 吊架 日常巡 检 和定期 检 查制 度 ， 依据 规程 制 定具 有 可操 作性 的检 查作 业 指导书， 可 以保证管 道支 吊架技 术监督工作 规范 有 效 。 5 ． 2 建 立完善 管道支 吊架 技术监 督档案 建立 管道 支 吊架技 术监 督档案 应从设 计 和基建 阶段开始 ， 认真做 好管 道支 吊架设计 、 制造 、 安装 、 验 收和检验 各 阶段 的技术 资料 接收工 作 。 部分 电厂在 机组扩 建期 间临时 委派项 目监督 人 员 ， 由于专 业基础 和实 际经验 不足 ， 同时缺 乏与生 产 监督 专责 的协调 ， 在机组 移交 生产后 ， 存在许 多基 建 遗 留 问题待 消缺 处 理 ， 相关 技 术资 料接 收 滞后 或 严 重 缺失 ， 导 致技术 监督档 案和设 备 台帐建立 迟缓 ， 部 分项 目可 能成为 永久 的空 白。 在役 机组金 属监督 专工全 过程介 入到 扩建机 组 管道 支 吊架 监督 管理工作 十分 必要 。通过 协调相关 部 门 和基建 专责 ， 阶段性 收 集 基建 移交 的管道 及 支 吊架设 计参 数 、 安 装图纸 、 管线设 计及 竣工 布置 图等 相 关技术 资料 。通 过现 场核 对 管道 支 吊架 类 型 、 编 号、 位置及相关施工图， 初步建立起管道支吊架专项 技术监督管理档案。在机组投入运行后 ， 结合运行、 检修和技术改造逐步完善管道支吊架技术监督档案 及设 备 台帐 。 建立 管 道 及支 吊架 技 术监 督 档 案至 少应 包 括 技 术 监 督 规程 、 支 吊架 台 帐 、 支 吊架 检 查 作 业 指 导 书 、 支 吊架 检查及 维护 调整记 录 、 支 吊架 异常及 消缺 记 录等 。火 电厂 四大 汽水管 道运行 超过 不 同规 定时 间后 ， 电厂应 委 托 专业 机构 进 行 管道 支 吊架 全 面检 查 和调整 ， 必要 时要进 行应力 核算 。 5 ． 3 对 管道进 行应 力计算 管道 应力水 平直 接影 响管道 的运行 安全 。当管 道应 力大 于管材 强度 时 ， 将直 接导 致管 道破坏 。 当管 道应 力 较大 但低 于 管材 强 度 时 ， 将 加 速管 材蠕 变 损 伤速度， 导致管道材质金相组织老化严重 、 强度显著 降低 。当材质强度降至临界应力值 时， 管道将发生 破 断 。 在役机 组 汽水 管道 应力计 算应 由专业 机构根 据 管道 设计 参 数 和管 系布 置 ， 对 照管 道 原始 数据 和计 算书进行校核验算 。 配合管道应力计算， 电厂应准确 提供 材质 、 规 格 、 弹性模 量 、 许 用应力 、 线膨 胀系数 等 管件 材料性 能数 据 ； 运行 温度 和压力 、 累计 运行 时间 和启停次数 ， 超温、 超压统计数据等管道运行工况 ； 直管 、 弯管规 格 ， 三通类 型 ； 管 道保温 状况 等数据 、 管 道及 管件参 数 。C AE S AR Ⅱ 是 目前应 用较 为广泛 的 应力计算软件 ， 管道应力计算分析可以确定管道系 统 中的任 意 点应 力 、 热 位移 、 最 大应 力 位置 、 损 伤严 重部位及危险部位， 验证管道设计或支吊架选型是 否正 确 ， 评估 管道 运行 的安全 性 ， 为管 道支 吊架调 整 和改造 方案 提供依据 。 广 告 目 次 编辑郝竹 筠 1 ．宁波燎 原工业 股份有 限公 司简介 ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ 封一 2 ．天正集 团有 限公 司产 品简 介 ⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ 封二 3 ． QZ Y 一 3型转子对 中瓢偏 晃度 综合测 量仪 ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ 封三 4 ．沈 阳昊诚 电气 有限公 司简介 ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ 封 四 8