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摘要：采用等值刚度法计算程序对某电厂主蒸汽管道在水压试验堵阀去除后其附近支吊架的工作载荷、管道受到的应力以及管道对锅炉末级过热器出口联箱的推力进行了计算分析。结果表明：去除堵阀后，其附近支吊架的工作载荷减小，主蒸汽管道受到的一次应力极大升高，且最大应力点发生了转移。因此，需要对管道上的支吊架结构进行整改，将堵阀附近的一横担恒力吊架改为单个恒力吊架。等值刚度法计算结果表明：该整改方法即可保证主蒸汽管道在水压试验堵阀去除后能够正常运行，同时利于水压试验堵阀的回装。
关键词：主蒸汽管道；水压试验堵阀；支吊架整改；应力计算；等值刚度法
中图分类号：ＴＢ１２；ＴＭ６２１．７２文献标志码：Ａ文章编号：１００１４０１２（２０１０）１００６３００４
管道支吊架是火电厂管道系统的组成部分，是管道系统的重要承载部件，其工作状态正常与否直接影响到电厂管道能否安全可靠地运行［１］。支吊架状态异常对电厂安全运行的不利影响主要表现在三个方面：①增加管道应力，缩短管道寿命；②改变管道对设备的推力和力矩，对设备产生危害；③引起管道振动［２］。
内蒙古岱海发电有限责任公司２号机组于２００６年１月２１日投运，其主蒸汽管道材料为Ａ３３５Ｐ９１合金钢，蒸汽温度狋为５４６℃，蒸汽压力狆为１７．５ＭＰａ，管道尺寸规格为６１５ｍｍ×６２ｍｍ，热膨胀系数α为１３．０２６×１０－６℃－１，钢材２０℃时的弹性模量犈２０为２１３０１０ＭＰａ，钢材设计温度下的弹性模量犈ｔ为１５４６６０ＭＰａ，钢材２０℃时的基本许用应力［σ］２０为１４１．３ＭＰａ，钢材设计温度下的许用应力［σ］狋为９５．８３ＭＰａ，弯管弯曲半径犚为９１４ｍｍ。２００９年１０月大修期间，由于锅炉末级过热器出口联箱附近的水压试验堵阀（８５００ｋｇ）需返厂检修。去除水压试验堵阀后其附近管道支吊架的工作载荷、主蒸汽管道受到的应力及管道对锅炉末级过热器出口联箱的推力都可能发生较大的变化，这对管道的安全运行非常不利，故需对附近支吊架采取有效的改进措施。为此，笔者对主蒸汽管道的支吊架进行了整改，并对整改前后管道受到的应力以及管道对设备的推力进行了计算及分析。
１整改方法
首先借助于等值刚度法计算程序［３］，对去除水压试验堵阀后管道的载荷分布及应力进行了计算，结果表明其工作载荷减小，最大应力明显升高，因此需要更换附近的支吊架。然而由于工期较短，更换支吊架不现实，同时由于该堵阀在返厂检修后仍需回装。因此，笔者经过计算和分析，对原吊架组件未做任何改变，只是将堵阀附近的横担恒力吊架（４０３号支吊架）改为单恒力吊架，即从吊架上方花兰螺丝处拆开，将其中一个吊架移至管道上方中心位置，保证横担梁、管夹、花兰螺丝及其下方的吊杆位置不变，在吊杆上方加装过渡梁、吊杆、螺母及垫板，使其能够在堵阀回装时很容易将４０３号支吊架恢复到原状。整改前后的吊架示意图见图１。
２计算结果与讨论
整改后４０３号支吊架附近支吊架（４０１，４０２，４０３和４０６号等）的工作载荷、主蒸汽管道受到的最大应力以及管道对锅炉末级过热器出口联箱的推力仍有可能发生变化。为此，笔者又借助于等值刚度法计算程序，分别对以上三种物理量进行了计算分析。
２．１工作载荷分析
表１中给出了４０３号支吊架附近各支吊架在去除堵阀前、去除堵阀后常规计算和去除堵阀后优化计算三种工况条件下主蒸汽管道的工作载荷。常规计算［４］即按管道现有规格（配管情况，管道材质、直径、壁厚、温度和压力等）进行的计算，一般适用于管道的设计阶段。
常规计算结果表明：去除堵阀后４０１号支吊架工作载荷变大，可调大其载荷；４０２号支吊工作架载荷变小，超出其调节范围，需订货更换；４０３号支吊架可改为单恒力吊架，并需调大载荷；４０６号支吊架工作载荷基本不变。
去除堵阀后，将４０３号支吊架改为单恒力吊架，保证其载荷不变进行优化计算，结果表明：４０１和４０２号支吊架的工作载荷均变小但在调节范围内，可调小载荷；４０６号支吊架工作载荷不变，无需调整。由于工期原因，４０２号支吊架订货更换无法实施，因此按常规计算整改支吊架无法实施。而通过优化计算结果制定调整方案无需订货更换支吊架，能满足工期要求并节约经费，但仍需对管道进行应力分析以进一步论证该方案的可行性。
２．２最大应力分析
表２同时给出了去除堵阀前原始计算、去除堵阀后不变更支吊架计算、去除堵阀后变更支吊架常规计算和去除堵阀后变更支吊架优化计算四种工况条件下的最大应力计算结果，其中，σ１为一次应力，σ２为二次应力。图２为这四种工况条件下主蒸汽管道的最大应力点位置示意图，图中由固定端指向扩建端的方向为狓的正方向，由汽机指向锅炉的方向为狔的正方向，垂直向上的方向为狕的正方向。
表２中的计算结果表明，去除堵阀后如果不变更支吊架将会导致一次应力极大升高，而最大应力点将转移到图２中锅炉末级过热器出口联箱接口位置。随着运行时间的增长，管道高应力蠕变损伤［５］和管道材质劣化速率将加快，其设计寿命将被缩短，因而会严重影响机组的安全运行并可能会造成较大的经济损失。由表２及图２还可见，去除堵阀后变更支吊架常规计算及优化计算的最大应力计算结果及最大应力点位置均与去除堵阀前的基本相同，说明去除堵阀后支吊架的整改变更方法能够较好地满足主蒸汽管道的安全运行。
２．３端点推力分析
表３中同时给出了上述四种工况条件下主蒸汽管道对锅炉末级过热器出口联箱推力的计算结果。计算结果表明，去除堵阀后如果不变更支吊架将会导致管道对锅炉末级过热器出口联箱的z向推力急剧变大并且方向改变。将去除堵阀后变更支吊架的优化计算结果和去除堵阀前原始计算结果相比较可见，x和y向推力变化不大，z向推力略有升高。将去除堵阀后变更支吊架的常规计算结果与去除堵阀前的原始计算结果相比较可见，x和y向推力变化不大，z向推力大幅减小，断点受力情况更为良好。但考虑工期紧张和堵阀返厂检修后仍需回装等因素仍应采取优化计算结果制定调整方案。
综上所述，去除水压试验堵阀后该主蒸汽管道支吊架整改方案能兼顾各方面因素，为最合理化方案，并于２００９年１０月１５－１７日对该方案进行了成功实施，机组于１０月２３日启动，管道运行正常。
３结论
（１）该２号发电机组去除水压试验堵阀后，其附近支吊架的工作荷载减小，主蒸汽管道受到的一次应力极大升高，而最大应力点将转移到锅炉末级过热器出口联箱接口位置，管道对锅炉末级过热器出口联箱的狕向推力急剧变大并且方向改变，以上诸因素对管道的安全运行都非常不利。
（２）去除水压试验堵阀后，对主蒸汽管道的支吊架结构进行了整改，将堵阀附近的一横担恒力吊架改为单个恒力吊架，可同时满足支吊架的工作荷载、管道的应力分布和管道对锅炉末级过热器出口联箱推力的要求。
（３）该整改方案施工过程无需订购、更换吊架，缩短了工期，保证了机组的正常启动，同时利于水压试验堵阀的回装，体现了较高的经济性和实用性。
参考文献：
［１］郭延军，邵慰涛．在役管道支吊架状态异常对电厂安全运行的影响［Ｊ］．电力机械，２００５，２６（５）：７８８０．
［２］刘纯，谢国胜．主蒸汽管道应力分析与校核［Ｊ］．湖南电力，２００２，２２（２）：１３１４．
［３］姚成开，许龙．组合单元法管道静力计算程序［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９６．
［４］王致祥．火力发电厂汽水管道应力计算技术规定［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９１．
［５］ＤＬ／Ｔ６１６－２００６火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则［Ｓ］
文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册46卷10期(pp:-)
