《专题讲座3火力发电机组汽水管道支吊架监督与管理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题讲座3火力发电机组汽水管道支吊架监督与管理（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、吉林省火力发电机组汽水管道支吊架监督与管理吉林省电力科学研究院 刘铁军摘要：针对近年来吉林省发电企业管道支吊架多次出现异常及断裂事件，已经严重威胁到机组的安全运行的情况，介绍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，技术监督管理中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。近年来，吉林省火电机组汽水管道支吊架异常现象比较普遍，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一项重要组成部分。加强
2、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3个因素决定了管道一次应力水平，所以管道一次应力严格限定在钢材计
3、算温度下的基本许用应力范围内。管道承受热胀、冷缩或其它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，管道经历了由冷态到热态，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、管道运行压力和温度、管道支吊架状态。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超温、超压运行，所以管道运行温
4、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，可以校验支吊架配置、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，保证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 管道支吊架异常形式与原因2.1管道支吊架异常形式a.弹簧支吊架承载异常。支吊架弹簧压缩量不足或无压缩，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
5、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.管道支吊架运行异常。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
6、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。其结果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，严重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，将引起邻近支吊架所分配荷重大小发生变化，从而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
7、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 吉林省汽水管道支吊架断裂典型案例分析2004年4月25日，吉林省某电厂现场人员巡检发现，1、2号锅炉主蒸汽管道出口第二段垂直管段弹簧吊架管夹均同一位置断裂，1号锅炉主蒸汽管吊架管夹断裂形貌见图1。1、2号锅炉均为俄罗斯机组，主蒸汽管道材质15Cr1Mo1V、规格377X50mm。其中1号锅炉累计运行21217h，启停32次；2号炉累计运行14832h，启停30次。经金属检验，管夹化学成份符合15Cr1Mo1V钢标准，金相组
8、织正常，断口具有低周疲劳断裂特征。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。进一步测量和比对发现，断裂管夹选型（D9型）与设计管夹型号（D9A型）不符。断裂管夹宽度比设计值减少40mm，壁厚比设计值减少4mm，最大工作应力低于设计最大结构载荷29.2%。由于实际选用管夹配置低，断裂管夹最大工作应力明显低于计算最大工作应力，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
9、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2008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1025t/h，已累计运行4万多小时。主蒸汽管道支吊架外观检查结果设计对证发现，10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、10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，造成相邻两个吊架严重超载。其中8号吊架荷载由85.445kN变为237.423kN；10号吊架荷载由135.265kN变为187.715k
10、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。依据规程要求，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
11、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间隙、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
12、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规程要求，横担与管托间不得焊接。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间角焊缝无表面宏观裂
13、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。管道受热膨胀无卡塞受阻，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
14、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规程执行不严格，三级监督体系不健全，管道支吊架检查作业指导书、定期检查制度、设备台帐和检查记录没有建立，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，建议做好以下方面的工作。5.1 严格执行电力行业规程、标准为了保证汽水管道系统安全运行，应严格执行DL/T438-2009火力发电厂金属技术监督规程、DL6
15、47-2004电站锅炉压力容器检验规程、DL/T616-2006火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则、DL/T1113-2009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
16、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，存在大量的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、
