火力發(fā)電廠四大管道彈簧支吊架檢查、調(diào)整與維護(hù)_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(yùn)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(duì)管道支承、懸吊、限位或固定，控制管系應(yīng)力水平和管系對(duì)接口設(shè)備的推力和力矩，以保證管道和接口設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)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(dòng)支架、滾動(dòng)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(gè)部分組成。高溫、高壓汽水管道是火電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，長(zhǎng)期運(yùn)行后管道材質(zhì)會(huì)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(gè)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(duì)汽水管道彈簧支吊架進(jìn)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(guò)一定時(shí)間運(yùn)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(duì)彈簧支吊架高度依賴,其性能狀況直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行,必須進(jìn)行全面的檢查和調(diào)整。
近年來(lái)，爐外汽水管道爆破呈頻繁發(fā)生態(tài)勢(shì)，給電廠安全生產(chǎn)帶來(lái)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(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)予以重視。通過(guò)對(duì)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(zhǎng)管道的使用壽命。
管道的安全性問(wèn)題，歸結(jié)到一點(diǎn)，就是其材料強(qiáng)度與實(shí)際應(yīng)力之間的關(guān)系問(wèn)題，只要應(yīng)力不超過(guò)材料的強(qiáng)度，就不會(huì)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(qiáng)度，直接導(dǎo)致破壞;另一種是由于應(yīng)力的存在對(duì)材料產(chǎn)生損傷，使材料強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)強(qiáng)度降到與應(yīng)力相等的臨界值時(shí)產(chǎn)生破壞。實(shí)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(jìn)行考慮。一方面通過(guò)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(duì)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(yán)重部位及危險(xiǎn)部位，以利于對(duì)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(shí)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(diǎn)是沒(méi)有自限性，它始終隨著外力荷載的增加而增大，不會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而有所降低，當(dāng)它超過(guò)某一限度，將使管道變形增加直至破壞。因此，要嚴(yán)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(jì)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(diǎn)，即當(dāng)局部屈服或產(chǎn)生小量塑性變形時(shí)，就能使工作狀態(tài)下的熱脹應(yīng)力降下來(lái)。二次應(yīng)力一般不會(huì)直接導(dǎo)致破壞，只有當(dāng)應(yīng)變?cè)诙啻沃貜?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(duì)于二次應(yīng)力的限定，并不是指一個(gè)時(shí)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(shí)的基本許用應(yīng)力; t：鋼材在計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力; f ：熱脹當(dāng)量應(yīng)力，取計(jì)算管系上危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力值;M ：熱脹當(dāng)量力矩，按全補(bǔ)償值和鋼材20℃時(shí)的彈性 模量計(jì)算。
若所計(jì)算的熱脹當(dāng)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(shí)，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(yàn)算的許用范圍內(nèi)，以擴(kuò)大二次應(yīng)力的許用應(yīng)力范圍。此時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)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(shí)和在計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力之和的1.2倍。
通過(guò)管道應(yīng)力計(jì)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(diǎn)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(duì)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(biāo)，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(yùn)行壓力;管道(包括管道、管件、閥門(mén)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(yùn)行溫度，決定了二次應(yīng)力水平。通過(guò)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(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度、管道布置和彈簧支吊架狀態(tài)。運(yùn)行壓力和溫度通常按設(shè)計(jì)要求變化很小。在役機(jī)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(yùn)行狀態(tài))決定管道系統(tǒng)的應(yīng)力水平與安全性。
可見(jiàn)，彈簧支吊架的配置(位置、類型)、承載及熱位移對(duì)于在役管道的安全可靠運(yùn)行具有非常重要的作用。管道彈簧支吊架檢驗(yàn)與調(diào)整，就是為了校驗(yàn)彈簧支吊架配置、承載及熱位移的正確性，評(píng)估彈簧支吊架系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，消除彈簧支吊架存在的直接與間接隱患，通過(guò)彈簧支吊架的調(diào)整來(lái)改善管道的一次應(yīng)力與二次應(yīng)力水平，延長(zhǎng)管道運(yùn)行壽命，達(dá)到動(dòng)力管道安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之目的。
三、彈簧支吊架檢查
3.1管道設(shè)計(jì)、竣工和改造的相關(guān)技術(shù)資料審查
查閱管道設(shè)計(jì)資料、管線在設(shè)計(jì)狀態(tài)下和在竣工狀態(tài)下的軸測(cè)布置圖。將設(shè)計(jì)資料中給出彈簧支吊架的位置、編號(hào)、類型與相關(guān)的彈簧支吊架施工圖進(jìn)行核對(duì)，審查兩者是否一致。查閱并記錄管道設(shè)計(jì)參數(shù)、管道實(shí)際運(yùn)行參數(shù)以及彈簧支吊架的歷次檢驗(yàn)和更改記錄。如果管線進(jìn)行過(guò)改造，還需審查管道改造方面的設(shè)計(jì)資料和施工記錄。對(duì)查閱過(guò)的資料進(jìn)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(xiàng)目。
同時(shí)為了進(jìn)行管系應(yīng)力計(jì)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(yùn)行工況，如運(yùn)行溫度、壓力及其波動(dòng)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(jī)組停運(yùn)的之前和之后，分別對(duì)管道及彈簧支吊架進(jìn)行熱態(tài)/冷態(tài)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，記錄各個(gè)彈簧支吊架存在的問(wèn)題，對(duì)重大缺陷拍照記錄，得到一套完整的管道及彈簧支吊架運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告。主要檢驗(yàn)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(guò)大幅度的沖擊荷載或劇烈振動(dòng)，如造成元件變形、焊接接頭開(kāi)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(yùn)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(guò)載壓死、失載懸空或折斷的情況。
檢查彈簧機(jī)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(wú)腐蝕物積聚、有無(wú)卡澀、彈簧壓板是否被吊桿頂死等。
確定安裝和水壓試驗(yàn)用鎖定機(jī)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(jì)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(yàn)支撐結(jié)構(gòu)的接頭條件(焊接接頭、螺栓、桿眼等)。
校驗(yàn)連接的基板與設(shè)計(jì)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(dòng)。
校驗(yàn)及記錄
校驗(yàn)彈簧支吊架類型、型號(hào)與原設(shè)計(jì)是否一致。
校驗(yàn)剛性彈簧支吊架各部分與原設(shè)計(jì)是否一致，確定是否存在活動(dòng)間隙。
校驗(yàn)吊點(diǎn)偏裝與原設(shè)計(jì)是否一致。
校驗(yàn)彈簧支吊架冷態(tài)/熱態(tài)位置和標(biāo)牌位置。
校驗(yàn)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(yàn)限位裝置是否起作用。
校驗(yàn)變力彈簧彈簧支吊架的荷載標(biāo)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(yùn)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(jì)算
對(duì)管道的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算書(shū)進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)、管系布置和《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定》SDGJ6-90，采用與原設(shè)計(jì)計(jì)算相同的方法對(duì)管道進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算結(jié)果中包含以下信息：彈簧支吊架型號(hào);吊點(diǎn)熱態(tài)荷重;吊點(diǎn)冷態(tài)荷重;彈簧支吊架三向熱位移;設(shè)備連接端點(diǎn)推力;管系最大應(yīng)力位置及應(yīng)力是否超標(biāo)評(píng)定;可計(jì)算出管道中任意點(diǎn)應(yīng)力及熱位移。根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定是否存在管道設(shè)計(jì)或彈簧支吊架選型錯(cuò)誤。
另外，根據(jù)原設(shè)計(jì)施工圖核實(shí)或測(cè)繪實(shí)際立體管線布置，依據(jù)材料性能變化預(yù)測(cè)管道未來(lái)運(yùn)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(duì)管系進(jìn)行力學(xué)模型簡(jiǎn)化，使用適合在役機(jī)組管道的專用分析軟件包，分析計(jì)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(shí)際運(yùn)行條件下，對(duì)管道的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)管道的運(yùn)行安全性進(jìn)行評(píng)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(wèn)題的方法，經(jīng)反復(fù)優(yōu)化驗(yàn)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(diǎn)整改施工圖。
5.2彈簧支吊架現(xiàn)場(chǎng)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(jì)值、脫載等承載不合格現(xiàn)象，對(duì)管部抱箍損壞及連接件脫落進(jìn)行修復(fù)，使彈簧支吊架承載及熱位移合理。堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧的原則，在調(diào)整一個(gè)彈簧支吊架的同時(shí)，必須檢查和調(diào)整相近的彈簧支吊架，對(duì)管道進(jìn)行反復(fù)校核計(jì)算，包括各吊點(diǎn)的熱位移、載荷、最大應(yīng)力值等詳細(xì)數(shù)據(jù)，直至整個(gè)管系應(yīng)力平衡合理及其彈簧支吊架承載正常。
對(duì)暫不能或不宜進(jìn)行改造的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，給出運(yùn)行是否安全的評(píng)估及相應(yīng)監(jiān)督重點(diǎn)。
5.3調(diào)整后后續(xù)工作
整改工作結(jié)束，管道重新運(yùn)行后，對(duì)彈簧支吊架再進(jìn)行一次全面熱態(tài)檢驗(yàn)，對(duì)彈簧支吊架進(jìn)行必需的微調(diào)，直到全部符合要求。編制完整的技術(shù)報(bào)告，包含機(jī)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(yàn)計(jì)劃及建議。
6結(jié)束語(yǔ)
目前火電廠四大管道彈簧支吊架調(diào)整工作已越來(lái)越受到各大電廠的重視，通過(guò)這項(xiàng)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(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，從而延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。
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