电厂中四大管道是指高温、高压汽水管道中的主蒸汽管道、热再热蒸汽管道、冷再热蒸汽管道、高低旁路及高压给水,是电厂发电最为关键的炉外管道,在运行中承受一次应力和二次应力,可根据CAESARII软件对管道进行动力分析和静力分析,计算出在不同工况下管道的峰值应力,根据管系的布局和膨胀等因素选择合适的限位和支吊架让其安全运行[1]。近年来四大管道出现安全事故不断出现,支吊架故障率较高,管道健康状态堪忧,尤其是管道膨胀异常引发的事故较多,引起行业内关注[2],根据电力行业标准DL/T616-2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》及国家标准GB/T17116《管道支吊架》第一部分中技术规范等相关规定,定期对管道进行安全评估,通过对支吊架的调整来保障管道运行的安全。

1 管道膨胀异常

现场对四大管道检查中发现,主蒸汽管道在运行过程中管道局部膨胀异常,根据热、冷态观察结果对比:主蒸汽21#横担恒力吊架和20#立管恒力吊架在冷热态下均未下移,可初步推断主蒸汽管道从23#吊架至20#吊架之间的管道出现膨胀异常。支吊架的行程变化反应出管道的运行状态,是评估压力管道是否安全运行的重要依据。膨胀异常会引发管道局部应力集中和管系的荷载分布偏移,会引发管道加速疲劳,严重时可能导致管道断裂破坏[3]。根据现场检查数据和CAESARII软件复核计算表明,如果20#、21#处管道膨胀受阻,管系二次应力将急剧增大,应力集中到设备端口及管道弯头处,严重威胁到机组运行安全。

如果22#、21#处管道膨胀受阻,管系二次应力为将增加116.4%,弯曲应力增加115.7%,扭转应力增加709.1%。局部结构荷载偏离设计值,管道膨胀异常会引发管道开裂,需引起重视。可通过对支吊架的检查并采取措施进行调整纠正,从而均衡支吊架的载荷,降低局部峰值应力,优化管道的应力水平,使管道和设备能长期安全运行。

2 膨胀异常原因分析

2.1 管道支吊架热冷态记录

四大管道的布置较长,从炉顶至汽机,中间弯头较多,而且与其他管道相互交错,管系检查难度较大,一般采用对管道支吊架运行状态进行记录比对,推断管道的运行状态。根据电力行标《DL/T1113-2009》规范记录管系支吊架的运行状态,本次管道膨胀异常处的记录见表2,其中行程在0%时为初始位置,100%为最大行程极限位。恒力弹簧支吊架用于承受管道自重及工作荷载,但其承载力不随支吊点处管道垂直位移的变化而变化,即荷载保持基本恒定。

2.2 管道膨胀异常分析

首先核实设计图纸参数,对比现场管道实际情况,包括支吊架选型、管道参数、管夹重量等[4];其次对管道存在卡涩的装置进行排查,包括限位、阻尼器、吊架本体结构等,卡涩是引起管道膨胀异常的常见原因[5],均未发现异常。最后怀疑是否为吊架荷载偏差,根据支吊架标准规范《JB-T8130.1-1999》,恒力吊架荷载偏差度不能超过±5%,实际荷载偏离设计值较大就会引发管道的应力集中和膨胀异常,类似情况较多[6]。一般是将吊架送到荷载试验台重新测试和整定,但因检修周期等因素导致可行性程度较低。本篇论文的核心是通过对吊架现场荷载测试、现场荷载整定的方法,可有效解决因荷载误差较大而产生的管系膨胀异常问题。

2.3 恒力吊架荷载测试

此次电测系统采用的是DH5902N型便携式动态数据采集仪,原理是用应变片测定吊杆线应变,再根据应变应力关系确定吊杆表面应力状态。这种方法是将应变片放置在被测构件(吊杆)表面,当构件变形时应变片的电阻值将发生相应的变化,然后通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压(或电流)的变化,再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压(或电流)的信号,由记录仪进行记录,就可得到所测定的应变或应力。

现场荷载测试过程:现场将吊杆某处打磨光滑后,将应变片贴至两侧,再将恒力吊架吊杆与管道拆除并做好管道防护措施,从0%拉至100%记录其荷载曲线,根据曲线图和现场恒吊位移记录可以得到恒吊的荷载值和衡定度。分别对恒吊21#和20#进行现场荷载测试,与设计荷载进行比较。

根据测试结果,21#A侧偏大22%、B侧偏大18%,根据支吊架标准规范《JB-T8130.1-1999》和电力行业标准《DL/T1113-2009》,荷载偏差极限不能超过±5%,然而制造过程或荷载整定过程等因素会产生一定偏差,这些偏差会导致管系膨胀异常。

3 恒吊荷载调整

通过对管系的检查,判断本次管道的膨胀异常与21#恒吊荷载偏大有关,根据恒力吊架本体特性,通过对21#恒吊荷载调整装置进行重新整定,使其荷载在±4%以内,且符合支吊架技术规范GB17116.1中5.4.2.3的衡定度要求(表3),表3中20#恒力吊架无需整定,由于20#为正偏差,根据工程经验,本次故意将21#整定为负偏差。

恒力吊架可通过本体结构的调整在一定范围内整定荷载,在没有弹簧荷载试验台的情况下只能定性整定,无法确定调整的符合是否满足设计值。本次项目通过在线荷载测试,多次调整至设计荷载;另外,在不确定是否因荷载偏差引起管系异常的情况下不建议更换。调整后的21#恒吊重新安装并记录刻度,在机组满负荷下对管系进行热态检查,荷载刻度60%(表4)。检查管系的所有支吊架和限位均运行正常。本次的治理将支吊架检查、应力校核、荷载测试、吊架负荷整定几个环节有效结合起来,并达到了预期目的,本次的管道膨胀异常治理效果较好,也为以后的膨胀异常提供一种解决思路和方案。

4 结论及建议

在管道运行过程中,恒力吊架实际荷载偏差较大会导致管系膨胀异常,在荷载不确定的情况下,无法进行准确的应力复核,导致实际管系的一次二次应力峰值与模型计算存在偏差,不利于管道安全评估。恒力吊架的荷载偏差原因的较多,一般有:管壁公差、保温重量误差;恒吊的机械摩擦和制造公差;管系静力计算和荷载分配偏差;弹簧疲劳松弛等,管道支吊架的制造误差和安装缺陷(偏装错误,安装错误等)会对机组的长期运行产生隐患。

在线应力测试可准确测出弹吊的实际荷载,为诊断管系的膨胀异常补充新的方法,为现场整定荷载提供依据,让吊架荷载偏差问题的解决成本大大降低。建议管道的运行要做好吊架位移的记录,发现管道膨胀异常的情况要及时处理;对高温高压管系的部分支吊架点进行在线荷载监测,时刻追踪管系的运行状态以及管系的应力分布状态。