火力發(fā)電廠四大管道彈簧支吊架檢查、調(diào)整與維護_滄州五森管道有限公司
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一、前言
管道彈簧支吊架的狀態(tài)變化影響管道系統(tǒng)的安全運行，管道彈簧支吊架是將管道的荷重和承受力傳遞到廠房梁、柱結(jié)構(gòu)或其它基礎(chǔ)上的一種裝置，利用這種裝置能正確合理地對管道支承、懸吊、限位或固定，控制管系應(yīng)力水平和管系對接口設(shè)備的推力和力矩，以保證管道和接口設(shè)備長期安全運行。根據(jù)管 道 彈簧支吊架承載、限位和防振三大功能以及支吊裝置的主要性能和用途，管道彈簧支吊架通常有以下幾種型式:恒力彈簧支吊架、變力彈簧彈簧支吊架、剛性吊架、滑動支架、滾動彈簧支吊架、導(dǎo)向裝置、限位裝置、固定支架、減振裝置、阻尼裝置。
管道彈簧支吊架一般由裝在管子上的部件(管部)、固定在承載結(jié)構(gòu)上的部件(根部)、與管部和根部相連接的中間部件(功能件及中間連接件)等四個部分組成。高溫、高壓汽水管道是火電機組的關(guān)鍵部件之一，長期運行后管道材質(zhì)會發(fā)生蛻化并導(dǎo)致最終失效。管道彈簧支吊架作為管道附件，是管道系統(tǒng)一個重要組成部分，它的狀態(tài)變化直接影響著管道材質(zhì)蛻化的速度，因此，對汽水管道彈簧支吊架進行檢查與維修調(diào)整很有必要。
火力發(fā)電廠汽水管道經(jīng)過一定時間運行后,管道彈簧支吊架熱位移及載荷將發(fā)生一定的變化,特別是四大管道對彈簧支吊架高度依賴,其性能狀況直接影響到機組的安全運行,必須進行全面的檢查和調(diào)整。
近年來，爐外汽水管道爆破呈頻繁發(fā)生態(tài)勢，給電廠安全生產(chǎn)帶來重大損失，而火電廠的主蒸汽、再熱蒸汽熱段、再熱蒸汽冷段和給水四大管道均為高溫高壓管道，其性能狀況直接影響到機組的安全運行，應(yīng)當予以重視。通過對彈簧支吊架合理調(diào)整，消除存在的缺陷和安全隱患，使管道受力均衡、膨脹自如，從而有效延長管道的使用壽命。
管道的安全性問題，歸結(jié)到一點，就是其材料強度與實際應(yīng)力之間的關(guān)系問題，只要應(yīng)力不超過材料的強度，就不會發(fā)生破壞。應(yīng)力影響管道的安全性通常分為兩種情況，一是應(yīng)力大于材料強度，直接導(dǎo)致破壞;另一種是由于應(yīng)力的存在對材料產(chǎn)生損傷，使材料強度逐漸降低，當強度降到與應(yīng)力相等的臨界值時產(chǎn)生破壞。實際管道中產(chǎn)生的破壞多是第二種情況。從應(yīng)力角度研究管道的安全性，可從兩方面進行考慮。一方面通過采取措施降低管道中的應(yīng)力峰值，可以降低管道材料的損傷速度，防止一次性破壞事故，對管道彈簧支吊架的調(diào)整屬于這方面的考慮。另一方面幫助確定管道中的最大應(yīng)力位置、損傷嚴重部位及危險部位，以利于對管道的安全監(jiān)督。
二、彈簧支吊架調(diào)整原理
管道在工作狀態(tài)下承受的應(yīng)力分為一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。一次應(yīng)力是指管道在內(nèi)壓、自重和其它持續(xù)外載(包括彈簧支吊架反力等)作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力;二次應(yīng)力是指管道在熱脹、冷縮或其它位移受約束時產(chǎn)生的應(yīng)力。
一次應(yīng)力是由于外力荷載而使管道產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，必須滿足外部及內(nèi)部的力或力矩的平衡法則。一次應(yīng)力的特點是沒有自限性，它始終隨著外力荷載的增加而增大，不會隨時間的延長而有所降低，當它超過某一限度，將使管道變形增加直至破壞。因此，要嚴格限制一次應(yīng)力的數(shù)值，使其控制在相應(yīng)的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。管道在工作狀態(tài)下，由內(nèi)壓、自重和持續(xù)外載產(chǎn)生的一次應(yīng)力不得大于鋼材在計算溫度下的基本許用應(yīng)力。
二次應(yīng)力是由于管道變形受約束而產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，其本身不是直接與外力相平衡的，具有自限性的特點，即當局部屈服或產(chǎn)生小量塑性變形時，就能使工作狀態(tài)下的熱脹應(yīng)力降下來。二次應(yīng)力一般不會直接導(dǎo)致破壞，只有當應(yīng)變在多次重復(fù)交變的情況下，才導(dǎo)致管道和附件產(chǎn)生疲勞破壞。因此，對于二次應(yīng)力的限定，并不是指一個時間的應(yīng)力水平，而是指交變的應(yīng)力范圍和交變的循環(huán)次數(shù)。管道由熱脹、冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生的熱脹二次應(yīng)力應(yīng)滿足以下要求：
式中， 20：鋼材在20℃時的基本許用應(yīng)力; t：鋼材在計算溫度下的基本許用應(yīng)力; f ：熱脹當量應(yīng)力，取計算管系上危險斷面的應(yīng)力值;M ：熱脹當量力矩，按全補償值和鋼材20℃時的彈性 模量計算。
若所計算的熱脹當量應(yīng)力不能滿足上述要求，但內(nèi)壓、自重和持續(xù)外載的一次應(yīng)力低于 t時，允許將一次應(yīng)力未用足的這部分許用應(yīng)力加在二次應(yīng)力驗算的許用范圍內(nèi)，以擴大二次應(yīng)力的許用應(yīng)力范圍。此時，應(yīng)準確計算持續(xù)外載產(chǎn)生的應(yīng)力。管道由熱脹產(chǎn)生的二次應(yīng)力和內(nèi)壓、持續(xù)外載產(chǎn)生的一次應(yīng)力的最大合成應(yīng)力(三次應(yīng)力)不得大于鋼材在20℃時和在計算溫度下的基本許用應(yīng)力之和的1.2倍。
通過管道應(yīng)力計算可以了解汽水管道在承受內(nèi)壓、自重彈簧支吊架反力以及熱脹位移受約束的情況下管道各節(jié)點的應(yīng)力水平，確定管道的最大應(yīng)力位置和最大應(yīng)力值。然后對照上述(1)(2)(3)要求，比較管道的一次、二次和三次應(yīng)力是否超標，從而采取相應(yīng)的措施予以解決。
從力學(xué)角度分析，決定管道系統(tǒng)應(yīng)力的主要因素有：管道內(nèi)壓即管道運行壓力;管道(包括管道、管件、閥門等)及保溫層自重;彈簧支吊架配置與荷重;管道的空間布置;管道的冷、熱態(tài)溫度。內(nèi)壓、管道及保溫自重、和彈簧支吊架配置三方面決定了管道一次應(yīng)力的大小;彈簧支吊架配置、管道空間布置與管道運行溫度，決定了二次應(yīng)力水平。通過應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)決定管道系統(tǒng)應(yīng)力水平的關(guān)鍵因素是管道運行壓力、運行溫度、管道布置和彈簧支吊架狀態(tài)。運行壓力和溫度通常按設(shè)計要求變化很小。在役機組管道布置及特性已定。因此，從宏觀角度分析，彈簧支吊架(位置、類型與運行狀態(tài))決定管道系統(tǒng)的應(yīng)力水平與安全性。
可見，彈簧支吊架的配置(位置、類型)、承載及熱位移對于在役管道的安全可靠運行具有非常重要的作用。管道彈簧支吊架檢驗與調(diào)整，就是為了校驗彈簧支吊架配置、承載及熱位移的正確性，評估彈簧支吊架系統(tǒng)的安全運行水平，消除彈簧支吊架存在的直接與間接隱患，通過彈簧支吊架的調(diào)整來改善管道的一次應(yīng)力與二次應(yīng)力水平，延長管道運行壽命，達到動力管道安全經(jīng)濟運行之目的。
三、彈簧支吊架檢查
3.1管道設(shè)計、竣工和改造的相關(guān)技術(shù)資料審查
查閱管道設(shè)計資料、管線在設(shè)計狀態(tài)下和在竣工狀態(tài)下的軸測布置圖。將設(shè)計資料中給出彈簧支吊架的位置、編號、類型與相關(guān)的彈簧支吊架施工圖進行核對，審查兩者是否一致。查閱并記錄管道設(shè)計參數(shù)、管道實際運行參數(shù)以及彈簧支吊架的歷次檢驗和更改記錄。如果管線進行過改造，還需審查管道改造方面的設(shè)計資料和施工記錄。對查閱過的資料進行整理，給出所有要檢查的彈簧支吊架清單及冷熱態(tài)檢查項目。
同時為了進行管系應(yīng)力計算，需要整理以下四類基本參數(shù)：
管件材料性能，包括彈性模量、材料許用應(yīng)力、線脹系數(shù)等;運行工況，如運行溫度、壓力及其波動范圍等;各種管道口徑的幾何尺寸，彎管形狀及尺寸、三通類型等;管道的保溫狀況。
3.2管道及彈簧支吊架冷/熱態(tài)檢查
在機組停運的之前和之后，分別對管道及彈簧支吊架進行熱態(tài)/冷態(tài)現(xiàn)場檢驗，記錄各個彈簧支吊架存在的問題，對重大缺陷拍照記錄，得到一套完整的管道及彈簧支吊架運行狀態(tài)報告。主要檢驗內(nèi)容有：
總體狀態(tài)
檢查彈簧支吊架是否有損傷或劣化的跡象，如構(gòu)件外表面變形和腐蝕等。
檢查管道是否遭受過大幅度的沖擊荷載或劇烈振動，如造成元件變形、焊接接頭開裂、固定螺栓松弛或水泥碎裂等。
檢查管道熱膨脹是否受建筑物或結(jié)構(gòu)件的限制。
檢查管道保溫是否良好，是否存在局部裸露運行的情況。
彈簧支吊架功能件
檢查彈簧狀態(tài)是否發(fā)生過載壓死、失載懸空或折斷的情況。
檢查彈簧機構(gòu)的可操作性，確定其是否完整有效、彈簧線圈內(nèi)部有無腐蝕物積聚、有無卡澀、彈簧壓板是否被吊桿頂死等。
確定安裝和水壓試驗用鎖定機構(gòu)是否已解列并保存好。
彈簧支吊架連接件
檢查吊桿狀態(tài)以確定吊桿是否扭曲、彎曲或從原始設(shè)計處改變。
檢查吊桿鎖定螺母是否完好鎖緊。
彈簧支吊架根部
承載結(jié)構(gòu)與根部輔助鋼結(jié)構(gòu)是否有明顯變形，主要受力焊縫是否有宏觀裂紋。
校驗支撐結(jié)構(gòu)的接頭條件(焊接接頭、螺栓、桿眼等)。
校驗連接的基板與設(shè)計相符。
彈簧支吊架管部
確定卡箍或鞍座是否與管道正確連接，零部件是否有明顯變形。
檢查立管抱箍擋塊與管道間角焊縫表面是否有宏觀裂紋。
檢查承載螺栓是否是雙頭螺栓或防松螺栓。
檢查承載螺栓、卡箍、螺帽是否松動。
校驗及記錄
校驗彈簧支吊架類型、型號與原設(shè)計是否一致。
校驗剛性彈簧支吊架各部分與原設(shè)計是否一致，確定是否存在活動間隙。
校驗吊點偏裝與原設(shè)計是否一致。
校驗彈簧支吊架冷態(tài)/熱態(tài)位置和標牌位置。
校驗防沖擊剛性彈簧支吊架預(yù)留間隙是否符合規(guī)程要求。
校驗限位裝置是否起作用。
校驗變力彈簧彈簧支吊架的荷載標尺指示或恒力彈簧彈簧支吊架的轉(zhuǎn)體位置是否正常。
記錄運行條件下妨礙管道及彈簧支吊架位移的任何障礙。
記錄冷、熱態(tài)條件下的位移指針位置。
記錄冷、熱態(tài)條件下變力彈簧的載荷。
4管道應(yīng)力計算
對管道的原始數(shù)據(jù)和計算書進行復(fù)核，根據(jù)管道的設(shè)計參數(shù)、管系布置和《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)定》SDGJ6-90，采用與原設(shè)計計算相同的方法對管道進行校核計算。計算結(jié)果中包含以下信息：彈簧支吊架型號;吊點熱態(tài)荷重;吊點冷態(tài)荷重;彈簧支吊架三向熱位移;設(shè)備連接端點推力;管系最大應(yīng)力位置及應(yīng)力是否超標評定;可計算出管道中任意點應(yīng)力及熱位移。根據(jù)計算結(jié)果確定是否存在管道設(shè)計或彈簧支吊架選型錯誤。
另外，根據(jù)原設(shè)計施工圖核實或測繪實際立體管線布置，依據(jù)材料性能變化預(yù)測管道未來運行中的蠕脹。在此基礎(chǔ)上根據(jù)管道及彈簧支吊架狀態(tài)檢查結(jié)果對管系進行力學(xué)模型簡化，使用適合在役機組管道的專用分析軟件包，分析計算管線結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變、部分彈簧支吊架已損壞或失效、材料性能已下降等實際運行條件下，對管道的應(yīng)力狀態(tài)進行分析計算，對管道的運行安全性進行評估，為管道及彈簧支吊架調(diào)整和改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
5彈簧支吊架調(diào)整
5.1制訂彈簧支吊架調(diào)整方案
根據(jù)管道及彈簧支吊架受損原因，區(qū)分不同性質(zhì)，選擇解決問題的方法，經(jīng)反復(fù)優(yōu)化驗算后給出合理的解決方案。提供需要更換的彈簧支吊架或其部件訂貨清單，并給出吊點整改施工圖。
5.2彈簧支吊架現(xiàn)場調(diào)整
根據(jù)調(diào)整方案，逐一消除彈簧支吊架存在的卡死、載荷偏離設(shè)計值、脫載等承載不合格現(xiàn)象，對管部抱箍損壞及連接件脫落進行修復(fù)，使彈簧支吊架承載及熱位移合理。堅持統(tǒng)籌兼顧的原則，在調(diào)整一個彈簧支吊架的同時，必須檢查和調(diào)整相近的彈簧支吊架，對管道進行反復(fù)校核計算，包括各吊點的熱位移、載荷、最大應(yīng)力值等詳細數(shù)據(jù)，直至整個管系應(yīng)力平衡合理及其彈簧支吊架承載正常。
對暫不能或不宜進行改造的結(jié)構(gòu)進行評估計算，給出運行是否安全的評估及相應(yīng)監(jiān)督重點。
5.3調(diào)整后后續(xù)工作
整改工作結(jié)束，管道重新運行后，對彈簧支吊架再進行一次全面熱態(tài)檢驗，對彈簧支吊架進行必需的微調(diào)，直到全部符合要求。編制完整的技術(shù)報告，包含機組彈簧支吊架調(diào)整前后的冷/熱態(tài)的狀態(tài)參數(shù)、彈簧支吊架調(diào)整措施及調(diào)整前后的管道應(yīng)力水平，并按照高溫高壓管道壽命管理的原則，給出管道今后的跟蹤檢驗計劃及建議。
6結(jié)束語
目前火電廠四大管道彈簧支吊架調(diào)整工作已越來越受到各大電廠的重視，通過這項工作有效地減少惡性事故的發(fā)生，確保了電廠安全生產(chǎn)，并相應(yīng)減少非計劃停運次數(shù)，從而延長機組的使用壽命。
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