摘 要：采用等值剛度法計算程序?qū)δ畴姀S主蒸汽管道在水壓試驗堵閥去除后其附近支吊架的 工作載荷、管道受到的應(yīng)力以及管道對鍋爐末級過熱器出口聯(lián)箱的推力進行了計算分析。結(jié)果表 明：去除堵閥后，其附近支吊架的工作載荷減小，主蒸汽管道受到的一次應(yīng)力極大升高，且最大應(yīng)力 點發(fā)生了轉(zhuǎn)移。因此，需要對管道上的支吊架結(jié)構(gòu)進行整改，將堵閥附近的一橫擔恒力吊架改為單 個恒力吊架。等值剛度法計算結(jié)果表明：該整改方法即可保證主蒸汽管道在水壓試驗堵閥去除后 能夠正常運行，同時利于水壓試驗堵閥的回裝。 

關(guān)鍵詞：主蒸汽管道；水壓試驗堵閥；支吊架整改；應(yīng)力計算；等值剛度法 

中圖分類號：ＴＢ１２；ＴＭ６２１．７２ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１００１４０１２（２０１０）１００６３００４

管道支吊架是火電廠管道系統(tǒng)的組成部分，是 管道系統(tǒng)的重要承載部件，其工作狀態(tài)正常與否直 接影響到電廠管道能否安全可靠地運行^［１］。支吊架 狀態(tài)異常對電廠安全運行的不利影響主要表現(xiàn)在三 個方面：①增加管道應(yīng)力，縮短管道壽命；②改變管 道對設(shè)備的推力和力矩，對設(shè)備產(chǎn)生危害；③引起管 道振動^［２］。 

內(nèi) 蒙 古 岱 海 發(fā) 電 有 限 責(zé) 任 公 司２號 機 組 于２００６年 １ 月 ２１ 日 投 運，其 主 蒸 汽 管 道 材 料 為 Ａ３３５Ｐ９１合金鋼，蒸汽溫度狋為５４６℃，蒸汽壓力狆 為１７．５ＭＰａ，管道尺寸規(guī)格為６１５ｍｍ×６２ｍｍ， 熱膨脹系數(shù)α為１３．０２６×１０－６℃－１，鋼材２０ ℃時 的彈性模量犈２０為２１３０１０ＭＰａ，鋼材設(shè)計溫度下的 彈性模量 犈ｔ 為１５４６６０ ＭＰａ，鋼材２０ ℃時的基本 許用應(yīng)力［σ］２０為１４１．３ ＭＰａ，鋼材設(shè)計溫度下的許 用應(yīng)力 ［σ］狋 為 ９５．８３ ＭＰａ，彎 管 彎 曲 半 徑 犚 為 ９１４ｍｍ。２００９年１０月大修期間，由于鍋爐末級過 熱器出口聯(lián)箱附近的水壓試驗堵閥（８５００ｋｇ）需返廠檢修。去除水壓試驗堵閥后其附近管道支吊架的 工作載荷、主蒸汽管道受到的應(yīng)力及管道對鍋爐末 級過熱器出口聯(lián)箱的推力都可能發(fā)生較大的變化， 這對管道的安全運行非常不利，故需對附近支吊架 采取有效的改進措施。為此，筆者對主蒸汽管道的 支吊架進行了整改，并對整改前后管道受到的應(yīng)力 以及管道對設(shè)備的推力進行了計算及分析。

１ 整改方法 

首先借助于等值剛度法計算程序^［３］，對去除水 壓試驗堵閥后管道的載荷分布及應(yīng)力進行了計算， 結(jié)果表明其工作載荷減小，最大應(yīng)力明顯升高，因此 需要更換附近的支吊架。然而由于工期較短，更換 支吊架不現(xiàn)實，同時由于該堵閥在返廠檢修后仍需 回裝。因此，筆者經(jīng)過計算和分析，對原吊架組件未 做任何 改 變，只 是 將 堵 閥 附 近 的 橫 擔 恒 力 吊 架 （４０３號支吊架）改為單恒力吊架，即從吊架上方花 蘭螺絲處拆開，將其中一個吊架移至管道上方中心 位置，保證橫擔梁、管夾、花蘭螺絲及其下方的吊桿 位置不變，在吊桿上方加裝過渡梁、吊桿、螺母及墊 板，使其能夠在堵閥回裝時很容易將４０３號支吊架 恢復(fù)到原狀。整改前后的吊架示意圖見圖１。

２ 計算結(jié)果與討論 

整改后４０３號支吊架附近支吊架（４０１，４０２，４０３ 和４０６號等）的工作載荷、主蒸汽管道受到的最大應(yīng) 力以及管道對鍋爐末級過熱器出口聯(lián)箱的推力仍有 可能發(fā)生變化。為此，筆者又借助于等值剛度法計 算程序，分別對以上三種物理量進行了計算分析。 

２．１ 工作載荷分析 

表１中給出了４０３號支吊架附近各支吊架在去 除堵閥前、去除堵閥后常規(guī)計算和去除堵閥后優(yōu)化 計算三種工況條件下主蒸汽管道的工作載荷。 常規(guī)計算［４］即按管道現(xiàn)有規(guī)格（配管情況，管道 材質(zhì)、直徑、壁厚、溫度和壓力等）進行的計算，一般 適用于管道的設(shè)計階段。

常規(guī)計算結(jié)果表明：去除 堵閥后４０１號支吊架工作載荷變大，可調(diào)大其載荷； ４０２號支吊工作架載荷變小，超出其調(diào)節(jié)范圍，需訂 貨更換；４０３號支吊架可改為單恒力吊架，并需調(diào)大 載荷；４０６號支吊架工作載荷基本不變。

去除堵閥后，將４０３號支吊架改為單恒力吊架， 保證其載荷不變進行優(yōu)化計算，結(jié)果表明：４０１和 ４０２號支吊架的工作載荷均變小但在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)， 可 調(diào)小載荷；４０６號支吊架工作載荷不變，無需調(diào) 整。由于工期原因，４０２號支吊架訂貨更換無法實 施，因此按常規(guī)計算整改支吊架無法實施。而通過 優(yōu)化計算結(jié)果制定調(diào)整方案無需訂貨更換支吊架， 能滿足工期要求并節(jié)約經(jīng)費，但仍需對管道進行應(yīng)力分析以進一步論證該方案的可行性。 

２．２ 最大應(yīng)力分析 

表２同時給出了去除堵閥前原始計算、去除堵 閥后不變更支吊架計算、去除堵閥后變更支吊架常 規(guī)計算和去除堵閥后變更支吊架優(yōu)化計算四種工況 條件下的最大應(yīng)力計算結(jié)果，其中，σ１ 為一次應(yīng)力， σ２ 為二次應(yīng)力。圖２為這四種工況條件下主蒸汽 管道的最大應(yīng)力點位置示意圖，圖中由固定端指向 擴建端的方向為狓 的正方向，由汽機指向鍋爐的方 向為狔的正方向，垂直向上的方向為狕的正方向。

表２中的計算結(jié)果表明，去除堵閥后如果不變 更支吊架將會導(dǎo)致一次應(yīng)力極大升高，而最大應(yīng)力 點將轉(zhuǎn)移到圖２中鍋爐末級過熱器出口聯(lián)箱接口位 置。隨著運行時間的增長，管道高應(yīng)力蠕變損傷［５］ 和管道材質(zhì)劣化速率將加快，其設(shè)計壽命將被縮短， 因而會嚴重影響機組的安全運行并可能會造成較大 的經(jīng)濟損失。由表２及圖２還可見，去除堵閥后變 更支吊架常規(guī)計算及優(yōu)化計算的最大應(yīng)力計算結(jié)果 及最大應(yīng)力點位置均與去除堵閥前的基本相同，說 明去除堵閥后支吊架的整改變更方法能夠較好地滿 足主蒸汽管道的安全運行。

２．３ 端點推力分析 

表３中同時給出了上述四種工況條件下主蒸汽 管道對鍋爐末級過熱器出口聯(lián)箱推力的計算結(jié)果。 計算結(jié)果表明，去除堵閥后如果不變更支吊架將會 導(dǎo)致管道對鍋爐末級過熱器出口聯(lián)箱的z向推力急 劇變大并且方向改變。將去除堵閥后變更支吊架的 優(yōu)化計算結(jié)果和去除堵閥前原始計算結(jié)果相比較可 見，x和y 向推力變化不大，z向推力略有升高。將 去除堵閥后變更支吊架的常規(guī)計算結(jié)果與去除堵閥 前的原始計算結(jié)果相比較可見，x 和y向推力變化不大，z向推力大幅減小，斷點受力情況更為良好。 但考慮工期緊張和堵閥返廠檢修后仍需回裝等因素 仍應(yīng)采取優(yōu)化計算結(jié)果制定調(diào)整方案。

綜上所述，去除水壓試驗堵閥后該主蒸汽管道 支吊架整改方案能兼顧各方面因素，為最合理化方 案，并于２００９年１０月１５－１７日對該方案進行了成 功實施，機組于１０月２３日啟動，管道運行正常。

３ 結(jié)論 

（１）該２號發(fā)電機組去除水壓試驗堵閥后，其 附近支吊架的工作荷載減小，主蒸汽管道受到的一 次應(yīng)力極大升高，而最大應(yīng)力點將轉(zhuǎn)移到鍋爐末級 過熱器出口聯(lián)箱接口位置，管道對鍋爐末級過熱器 出口聯(lián)箱的狕向推力急劇變大并且方向改變，以上 諸因素對管道的安全運行都非常不利。 

（２）去除水壓試驗堵閥后，對主蒸汽管道的支 吊架結(jié)構(gòu)進行了整改，將堵閥附近的一橫擔恒力吊 架改為單個恒力吊架，可同時滿足支吊架的工作荷 載、管道的應(yīng)力分布和管道對鍋爐末級過熱器出口 聯(lián)箱推力的要求。 

（３）該整改方案施工過程無需訂購、更換吊架， 縮短了工期，保證了機組的正常啟動，同時利于水壓 試驗堵閥的回裝，體現(xiàn)了較高的經(jīng)濟性和實用性。

參考文獻： 

［１］ 郭延軍，邵慰濤．在役管道支吊架狀態(tài)異常對電廠安 全運行的影響［Ｊ］．電力機械，２００５，２６（５）：７８８０． 

［２］ 劉純，謝國勝．主蒸汽管道應(yīng)力分析與校核［Ｊ］．湖南 電力，２００２，２２（２）：１３１４．

［３］ 姚成開，許龍．組合單元法管道靜力計算程序［Ｍ］．北 京：水利電力出版社，１９９６． 

［４］ 王 致 祥．火 力 發(fā) 電 廠 汽 水 管 道 應(yīng) 力 計 算 技 術(shù) 規(guī) 定 ［Ｍ］．北京：水利電力出版社，１９９１．

［５］ ＤＬ／Ｔ６１６－２００６ 火力發(fā)電廠汽水管道與支吊架維 修調(diào)整導(dǎo)則［Ｓ］

<文章來源 >材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 46卷 > 10期 (pp:630-633)>