管道支吊架调整报告

******2号机组

四大管道支吊架状态检验及调整技术报告

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二○一○年一月

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摘要

本文综述了******2号机组四大管道及炉顶集箱支吊架的运行现状和存在的问题，分析评估了支吊架问题对管道运行安全性的影响；并对四大管道进行了载荷、位移和应力校核计算，列出了各管种一次应力、二次应力最大值及其在管系中的位置，为管道支吊架调整提供了理论依据；在支吊架检验及管道应力校核计算的基础上，通过综合分析提出了管道支吊架调整方案，并在机组大修期间进行了工程实施；经检验，调整后管道支吊架恢复至正常的工作状态，管系应力合格，达到了预期的整改目的。此外，还对2号机组支吊架今后的运行监督提出了意见和建议。

关键词：支吊架；管道；调整；应力计算

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目录

1概述 (1)

1.1 项目概况 (1)

1.2 项目进程 (2)

1.3 存在的主要问题及危害 (2)

1.4 施工调整工作量统计 (3)

2 管道支吊架状态检验 (4)

2.1 管道支吊架状态检验概况 (4)

2.2 主蒸汽及高压旁路阀前管道支吊架状态检验 (6)

2.3 再热蒸汽热段管道支吊架状态检验 (7)

2.4 再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道支吊架状态检验 (7)

2.5 低压旁路管道支吊架状态检验 (9)

2.6 高压给水管道支吊架状态检验 (9)

2.7 炉顶集箱吊架状态检验 (10)

3管道应力计算、分析 (11)

3.1 管道应力计算概述 (11)

3.2 计算说明以及计算参数 (13)

3.3 管道应力计算结果与分析 (15)

4支吊架状态调整 (19)

4.1 支吊架调整准备工作 (19)

4.2 管道支吊架调整方案 (20)

5主蒸汽管道去除水压试验堵阀后临近支吊架调整方案 (21)

6热态复查 (22)

7结论和建议 (22)

7.1 结论 (22)

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7.2 建议 (22)

8致谢 (23)

附录A管道支吊架布置图 (24)

附录B2号机组管道支吊架典型问题照片 (33)

附录C2号机组管道支吊架调整订货清单 (43)

附录D管道应力计算结果 (46)

附录D1 主蒸汽-高压旁路-再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道应力计算结果.. 47 附录D2 高温再热蒸汽-低压旁路管道应力计算结果 (56)

附录D3 高压给水管道应力计算结果 (62)

附录E支吊架状态检验结果与调整方案 (73)

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1 概述

1.1 项目概况

******2号机组于2006年1月21日投运，锅炉系北京巴威公司设计的B&WB-2028/17.5-M型亚临界参数、一次中间再热、自然循环锅炉。2号机组锅炉的主要设计参数为：

2号机组汽轮机系上海汽轮机有限公司生产的N600-16.7/538/538型汽轮机，为亚临界、一次中间再热、单轴、双背压凝汽式汽轮机。2号机组汽轮机的主要设计参数为：

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根据DL/T 616-2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》的规定，应对投运后3万h到4万h的四大汽水等重要管道支吊架或存在问题的管道支吊架进行全面的检验、计算、调整，对发现的问题进行处理，以改善支吊架的工作状况，使其达到或接近设计要求，提高管系及机组的安全运行水平。

为了消除管道支吊架问题对管系及机组安全运行的影响，满足管道安全运行要求，******委托西安热工研究院有限公司对其2号机组四大汽水管道支吊架及炉顶集箱吊架进行全面的状态检验，进行四大汽水管道应力校核计算，对存在问题的支吊架提出整改方案，并负责支吊架调整工程施工及技术指导，以期改善管道支吊架的工作状况，达到安全运行的目的。本次项目工作内容如下：

?主蒸汽管道支吊架；

?再热蒸汽热段管道支吊架；

?再热蒸汽冷段管道支吊架；

?高压旁路管道支吊架；

?低压旁路管道支吊架；

?高压给水管道支吊架；

?炉顶集箱吊架。

1.2 项目进程

?2009年8月30日至9月4日，四大管道及炉顶集箱吊架资料收集、热态检

验；

?2009年9月1日至9月15日，四大管道应力校核计算及支吊架调整方案编

写；

?2009年9月17日至9月18日，四大管道及炉顶集箱吊架冷态检验；

?2009年9月19日至10月17日，完善支吊架调整方案、支吊架调整施工工

作及冷态验收；

?2009年10月至2009年12月，现场记录资料的整理归档、热态验收及技术

报告编写。

1.3 存在的主要问题及危害

弹簧支吊架承载不合理，如欠载或过载；

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恒力支吊架位移指针顶死在上极限或者卡死至下极限位置；

支吊架偏装错误（偏装方向相反或者没有偏装）；

支吊架横担梁倾斜；

支吊架安装类型错误。

由于支吊架存在以上问题，引起支吊架受力不合理或运行时管道系统的受力重新分配（可能会导致管道系统的一次、二次应力升高），使管道运行达不到设计要求，同时，将不同程度地影响了邻近支吊架的工作状态，甚至引起连锁失效反应，为机组的运行留下安全隐患。如不及时调整处理，随着运行时间增长，管道高应力蠕变损伤加快，将加快管道材质劣化的速度，其设计寿命将被缩短，造成较大的经济损失并严重影响机组的安全运行。

1.4 施工调整工作量统计

本项目对四大管道共155组支吊架进行了检验，对存在问题的89组支吊架进行了施工调整和改造，占支吊架总数的57%，对炉顶集箱共275组支吊架进行了检验，对存在问题的5组弹簧支吊架进行了施工调整，占支吊架总数的1.8%，四大管道支吊架配置类型、数量及问题数量统计如表1.1所示。

表1.1四大管道支吊架数量及问题统计表单位：组

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2 管道支吊架状态检验

2.1 管道支吊架状态检验概况

支吊架状态检验与调整主要包括以下四方面的内容：

首先是资料审查，根据设计资料，逐一对支吊架进行核查，检验各弹簧支吊架、恒力支吊架及其他支吊架型号、工作参数、热位移变化等是否与设计相符；

其次，检验支吊架本身，检查恒力弹簧支吊架内部机构是否卡死，弹簧支吊架是否过载或松驰等情况，记录冷、热态时支吊架指针位置及热位移变化情况，并由此判定支吊架的运行现状；

其三，进行管系应力计算，根据管系布置及设计参数，对管系进行应力校核计算，为支吊架调整提供必要的理论支持；

最后，综合分析设计资料及支吊架检验、计算情况，提出整改方案并进行工程实施。

支吊架状态检验与调整工作流程图如图2.1所示。

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图2.1 支吊架状态检验与调整工作流程图

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2.2 主蒸汽及高压旁路阀前管道支吊架状态检验

2.2.1 管道原始数据及计算复核

主蒸汽及高压旁路阀前管道的主要技术参数为：

为了复核主蒸汽及高压旁路阀前管道原始设计，根据该管道设计参数和基本布置，对管系重新进行了静力计算，得到的支吊架荷重分配、吊点热位移见附录D1。

2.2.2 安装情况复核

根据原始设计资料，对主蒸汽及高压旁路阀前管道每一只弹簧支吊架、恒力支吊架的型号、冷/热态荷重及安装位置进行核对。核对结果表明原施工安装与设计相符。

2.2.3 支吊架状态检验

主蒸汽及高压旁路阀前管道支吊架布置示意图及坐标系规定见附录A图2-01，共布置有25组支吊架，其中有9组恒力弹簧支吊架(以下简称恒力支吊架)、9组可变弹簧支吊架(以下简称弹簧支吊架)、4组刚性吊架、1组限位支架、2组阻尼器。

通过对主蒸汽及高压旁路阀前管道支吊架状态检验发现，发现有22组支吊架状态异常，占支吊架总数的88%。支吊架检验结果详见附录E，部分严重问题如下：

●106号单恒吊，热态根部向-Y侧严重偏斜。

●108号单恒吊，热态管部向+Y侧严重偏斜。

●114号Y向限位支架，滑动组件倾斜。

●116号单弹吊，弹簧过压缩30mm，吊架严重过载。

●201号单刚吊，热态管部向＋X侧偏斜严重。

●401、402号横担弹吊，横担梁倾斜，吊杆与管夹挤碰。

●406号横担恒吊，两侧位移指针冷态均卡死于下极限。

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2.3 再热蒸汽热段管道支吊架状态检验

2.3.1 管道原始数据及计算复核

再热蒸汽热段管道的主要设计参数为：

为了复核再热蒸汽热段管道原始设计，根据该管道设计参数和基本布置，对管系重新进行了静力计算，得到的支吊架荷重分配、吊点热态位移见附录D2。

2.3.2 安装情况复核

根据原始设计资料，对再热蒸汽热段管道每一只弹簧支吊架、恒力支吊架的型号、冷/热态荷重及安装位置进行核对。核对结果表明原施工安装与设计相符。

2.3.3 支吊架状态检验

再热蒸汽热段管道布置示意图及坐标系规定见附录A图2-02，共布置有21组支吊架，其中有8组恒力支吊架、9组弹簧支吊架、2组刚性吊架、1组限位支架、1组阻尼器。

通过对再热蒸汽热段管道支吊架冷、热态检验，发现有12组支吊架状态异常，占支吊架总数的57%，支吊架检验结果详见附录E，部分严重问题如下：

●2号立管恒吊，热态两侧位移指针均接近下极限位置。

●6号单恒吊，冷态吊架位移指针顶死于上极限。

●10号横担弹吊，热态管部向+Y侧严重偏斜。

●13号横担弹吊，弹簧严重欠压缩。

●802、803号横担弹吊，热态弹簧压死。

2.4 再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道支吊架状态检验

2.4.1 管道原始数据及计算复核

再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道的主要设计参数为：

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为了复核再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道原始设计，根据该管道设计参数和基本布置，对管系重新进行了静力计算，得到的支吊架荷重分配、吊点热态位移见附录D1。

2.4.2 安装情况复核

根据原始设计资料，对再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道每一只弹簧支吊架、恒力支吊架的型号、冷/热态荷重及安装位置进行核对。核对结果表明：304号单弹簧吊架实际安装为单刚性吊架；416号吊架原设计工作载荷为121500N，吊架铭牌工作载荷为154490N；417号吊架原设计工作载荷为110000N，吊架铭牌工作载荷为150000N；原设计工作载荷未考虑水压试验堵阀重量。其余支吊架施工安装与设计相符。

2.4.3 支吊架状态检验

再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道布置示意图及坐标系规定见附录A图2-03，共布置有29组支吊架，其中有3组恒力支吊架、17组弹簧支吊架、1组刚性吊架、3组滑动支架、1组限位支架、4组阻尼器。

通过对再热蒸汽冷段及高压旁路阀后管道支吊架冷、热态检验，发现有18组支吊架状态异常，占支吊架总数的62%，支吊架检验结果详见附录E，部分严重问题如下：

●208号横担弹吊，横担梁倾斜。

●304号单弹吊，吊架安装为单刚吊，安装类型错误。

●306号横担弹簧吊架，横担梁倾斜。

●313号横担恒吊，热态两侧位移指针均卡死于上极限位置，+Y侧吊杆弯曲

变形。

●416号横担恒吊，经计算校核吊架铭牌载荷偏大。

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2.5 低压旁路管道支吊架状态检验

2.5.1 管道原始数据及计算复核

低压旁路管道的主要设计参数为：

为了复核低压旁路管道原始设计，根据该管道设计参数和基本布置，对管系重新进行了静力计算，得到的支吊架荷重分配、吊点热态位移见附录D2。

2.5.2 安装情况复核

根据原始设计资料，对低压旁路管道每一只弹簧支吊架、恒力支吊架的型号、冷/热态荷重及安装位置进行核对。核对结果表明原施工安装与设计相符。

2.5.3 支吊架状态检验

低压旁路管道布置示意图及坐标系规定见附录A图2-04，共布置有13组支吊架，其中有9组弹簧支吊架、1组刚性吊架、2组滑动支架、1组限位支架。

通过对低压旁路管道支吊架冷、热态检验，发现有8组支吊架状态异常，占支吊架总数的62%，支吊架检验结果详见附录E，部分严重问题如下：

●2、4号单弹吊，热态管部向+X侧偏斜。

●3号单刚吊，热态管部向+X侧偏斜。

2.6 高压给水管道支吊架状态检验

2.6.1 管道原始数据及计算复核

高压给水管道的主要技术参数为：

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为了复核高压给水管道原始设计，根据该管道的设计参数和基本布置，对管系重新进行了静力计算，得到的支吊架荷重分配、吊点冷/热态位移见附录D3。

2.6.2 安装情况复核

根据原始设计资料，对高压给水管道每一只弹簧支吊架、恒力支吊架的型号、冷/热态荷重及安装位置进行核对。核对结果表明9号立管弹簧吊架实际安装为立管刚性吊架，其余支吊架施工安装与设计相符。

2.6.3 支吊架状态检验

高压给水管道支吊架布置示意图及坐标系规定见附录A图2-05-01~02，共布置有67组支吊架，其中有4组恒力吊架、43组弹簧支吊架、4组刚性吊架、13组滑动支架、1组固定支架、2组限位支架。

通过对高压给水管道支吊架冷、热态检验，发现共有29组支吊架状态异常，占总数量的45%，支吊架检验结果详见附录E，部分严重问题如下：

●9号立管弹吊，实际安装为立管刚性吊架。

●13号立管弹吊，弹簧严重过压缩，吊架过载。

●28~31号恒力吊架，冷态位移指针顶死于上极限。

●46号横担弹吊，弹簧严重过压缩，吊架过载。

●53号单弹吊，热态弹簧完全松弛，吊架脱载。

2.7 炉顶集箱吊架状态检验

2.7.1 支吊架状态检验

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炉顶集箱吊架布置示意图及坐标系规定见附录A图2-06，共布置有275组支吊架，其中有63组弹簧支吊架、212组刚性吊架。

通过对炉顶集箱吊架冷、热态检验，发现共有5组弹簧吊架承载异常，各刚性吊架均状态正常，支吊架检验结果详见附录E。

3 管道应力计算、分析

3.1 管道应力计算概述

计算标准：《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》(DL/T 5366-2006)。

计算软件：等值刚度单元法计算程序。

坐标规定：X—由固定端指向扩建端为X的正方向；

Y—由汽机指向锅炉为Y的正方向；

Z—垂直向上为Z的正方向。

计算条件：静力工况。

管道应力计算的任务：验算管道在内压、自重和其它外载荷作用下产生的一次应力和在热胀、冷缩以及位移受约束时所产生的二次应力，确定管道的变形、应力分布以及支承结构的约束反力等，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。并以此为基础确定管系的薄弱环节或关键部位，计算评估管系的使用安全性。

?管道应力分析的原则

管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止因热胀冷缩、管道支撑或者端点附加位移造成的应力问题。

?管道应力分析的主要内容

a.压力载荷和持续载荷作用下的一次应力计算——防止管道塑性变形破坏；

b.管道热胀冷缩以及端点附加位移等作用下的二次应力计算——防止管道疲

劳破坏；

c.管道支吊架的受力计算——为支吊架设计及调整提供依据；

d.管道对设备的作用力计算——防止对设备作用力过大，保证设备正常运行。

?管道支吊架设计计算原理

a)利用标准跨距原理来选择支吊架位置。假设在某点有一个刚性垂直方向约

束，然后进行重量载荷分析。这种分析称为“约束-重量”分析。在这一分

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析中，分布在每个约束上的重量载荷将被作为弹簧选型时的热态载荷。

b)其次，从管架位置除去约束，进行热膨胀分析。这种分析称为“自由-热态”

分析。每个支架位置的热态位移将被作为弹簧选择时的热位移。

c)利用从约束-重量计算得出的热态载荷和自由-热态得到的位移，对每个点从

弹簧表中选择一个弹簧，利用弹簧刚度来确定安装所需冷态载荷（预置的弹

簧载荷）。

d)通过在每个弹簧作用点增加一个刚度等于弹簧刚度的约束并且通过增加弹

簧预置载荷（冷态载荷）作为在持续载荷工况起作用的力来调整模型以反映

弹簧的存在，然后重新分析所有载荷工况以获得弹簧真实存在时的效应。

管道应力分类

为了便于工程应用，《火力发电厂汽水管道应力计算规定》将管道应力分为一次应力和二次应力。一次应力包括管道重力、内压应力等持续外载引起的轴向应力；二次应力是管道由于热胀冷缩和其它位移受约束而产生的热胀应力范围。

a)管道在工作状态下，由内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和

（一次应力），必须满足下式的要求：

бL=PD2i／(D2o－D2i)+0.75iM A／W≤1.0 [σ]t （1）式中P ——设计压力，MPa；

D o——管子外径，mm；

D i ——管子内径，mm；

M A——由于自重和其他持续外载作用在管子横截面上的合成力矩，N·mm；

W——管子截面抗弯矩，mm3；

[σ]t——钢材在设计温度下的许用应力，MPa；

i ——应力增强系数；

бL——由于内压、自重和其他持续外载所产生的轴向应力之和，MPa；

b)管系热胀应力（二次应力）必须满足下式的要求：

σE=iM C／W≤f [1.2 [σ]20+0.2 [σ]t+ ( [σ]t－σL) ] （2）其中：[σ]20——管道钢材在20℃时的许用应力，MPa；

M C ——按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算的，热胀引起的

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合成力矩，N·mm；

σ E ——热胀应力范围，MPa；

f ——应力范围减小系数。

预期电厂在运行年限内，系数f与管道全温度周期性的较变次数N有关。

当N≤2500时，f = 1；

当N>2500时，f = 4.78N-0.2。

3.2 计算说明以及计算参数

计算中各管道支吊架编号依据施工图。管道支吊架立体布置图以及支吊架编号见附录A。各主要管种计算参数见下表3.1。

表3.1 管道主要管种计算参数

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表3.1 管道主要管种计算参数

表中各参数为：

t —设计温度，℃；

P—设计压力，MPa；

α—热膨胀系数，10-6/℃；

E20—钢材20℃时弹性模量，MPa；

E t —钢材设计温度下弹性模量，MPa；

[σ]20—钢材20℃时基本许用应力，MPa；

[σ]t—钢材设计温度下的许用应力，MPa；

R—弯管弯曲半径，mm。

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3.3 管道应力计算结果与分析

3.3.1 主蒸汽管道（包括阀前高旁管道）与再热蒸汽冷段管道（包括阀后高旁管道）

主蒸汽管道和再热蒸汽冷段管道通过高压旁路管道连接在一起，进行管道计算时，将两者连在一起进行计算，支吊架编号与施工图编号保持一致。计算结果见附录D1。

应力校核计算结果表明，主蒸汽管道、高压旁路管道及再热蒸汽冷段管道支吊架调整后，其一次、二次应力均能满足管道安全运行的要求，各主要管种最大应力计算结果分别见表3.2、表3.3、表3.4所示，各表中同时给出了一次、二次应力的允许值，最大应力点位置分别见附录A所列图2-01、2-03。（注：σ1为一次应力，σ2为二次应力，下同。）再热蒸汽冷段管道304号单弹簧吊架现场安装为单刚性吊架，代入计算表明，管道二次应力超标，经更换调整后，其二次应力能满足管道安全运行的要求。再热蒸汽冷段管道416号横担恒力吊架原设计工作载荷为121500N，吊架铭牌工作载荷为154490N，校核计算工作载荷为126650 N，吊架载荷偏大导致管道下位移受阻，经更换调整后，管道下位移正常。再热蒸汽冷段管道417号横担恒力吊架原设计工作载荷为110000N，吊架铭牌工作载荷为150000N，校核计算工作载荷为150000 N，该吊架铭牌工作载荷与校核计算工作载荷相符，原设计工作载荷未考虑水压试验堵阀重量。

由表3.2可知，主蒸汽管道最大一次应力、最大二次应力均在允许范围之内，管道应力合格。其中第3类管种（Φ423.0×39.0mm）最大一次应力最高，为允许值的44.7%(最大应力在MS5点)，第2类管种（Φ611.0×60.0mm）最大二次应力最高，为允许值的23.9%(最大应力在MS4点)。

由表3.3可知，高压旁路管道各管种最大一次应力、最大二次应力均在允许范围之内，管道应力合格。其中第1类管种（Φ336.0×31.0mm）最大一次应力最高，为允许值的41.9%(最大应力在HPS1点)，第3类管种（Φ660.0×19.05mm）最大二次应力最高，为允许值的37.8%(最大应力在HPS6点)。

由表3.4可知，再热蒸汽冷段管道各管种最大一次应力、最大二次应力均在允许范围之内，管道应力合格。其中第2类管种（Φ863.6×17.5mm）最大一次应力最高，为允许值的46.0%(最大应力在CS3点)，第1类管种（Φ1066.8×22.2mm）最大二次应力最高，为允许值的26.8%(最大应力在CS2点)。

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表3.2 主蒸汽管道主要管种最大应力计算结果

表3.3 高压旁路管道主要管种最大应力计算结果

表3.4 再热蒸汽冷段管道主要管种最大应力计算结果

3.3.2再热蒸汽热段管道与低压旁路管道

再热蒸汽热段管道和低压旁路管道连接在一起进行计算，热段管道支吊架编号

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