摘 要：采用等值剛度法計(jì)算程序?qū)δ畴姀S主蒸汽管道在水壓試驗(yàn)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(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器出口聯(lián)箱的推力進(jìn)行了計(jì)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(diǎn)發(fā)生了轉(zhuǎn)移。因此，需要對(duì)管道上的支吊架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整改，將堵閥附近的一橫擔(dān)恒力吊架改為單 個(gè)恒力吊架。等值剛度法計(jì)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(yàn)堵閥去除后 能夠正常運(yùn)行，同時(shí)利于水壓試驗(yàn)堵閥的回裝。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＢ１２；ＴＭ６２１．７２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：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(yùn)行^［１］。支吊架 狀態(tài)異常對(duì)電廠安全運(yùn)行的不利影響主要表現(xiàn)在三 個(gè)方面：①增加管道應(yīng)力，縮短管道壽命；②改變管 道對(duì)設(shè)備的推力和力矩，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害；③引起管 道振動(dòng)^［２］。

內(nèi) 蒙 古 岱 海 發(fā) 電 有 限 責(zé) 任 公 司２號(hào) 機(jī) 組 于２００６年 １ 月 ２１ 日 投 運(yùn)，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(shí) 的彈性模量犈２０為２１３０１０ＭＰａ，鋼材設(shè)計(jì)溫度下的 彈性模量 犈ｔ 為１５４６６０ ＭＰａ，鋼材２０ ℃時(shí)的基本 許用應(yīng)力［σ］２０為１４１．３ ＭＰａ，鋼材設(shè)計(jì)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(jí)過(guò) 熱器出口聯(lián)箱附近的水壓試驗(yàn)堵閥（８５００ｋｇ）需返廠檢修。去除水壓試驗(yàn)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(duì)鍋爐末 級(jí)過(guò)熱器出口聯(lián)箱的推力都可能發(fā)生較大的變化， 這對(duì)管道的安全運(yùn)行非常不利，故需對(duì)附近支吊架 采取有效的改進(jìn)措施。為此，筆者對(duì)主蒸汽管道的 支吊架進(jìn)行了整改，并對(duì)整改前后管道受到的應(yīng)力 以及管道對(duì)設(shè)備的推力進(jìn)行了計(jì)算及分析。

１ 整改方法

首先借助于等值剛度法計(jì)算程序^［３］，對(duì)去除水 壓試驗(yàn)堵閥后管道的載荷分布及應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)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(shí)，同時(shí)由于該堵閥在返廠檢修后仍需 回裝。因此，筆者經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析，對(duì)原吊架組件未 做任何 改 變，只 是 將 堵 閥 附 近 的 橫 擔(dān) 恒 力 吊 架 （４０３號(hào)支吊架）改為單恒力吊架，即從吊架上方花 蘭螺絲處拆開(kāi)，將其中一個(gè)吊架移至管道上方中心 位置，保證橫擔(dān)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(guò)渡梁、吊桿、螺母及墊 板，使其能夠在堵閥回裝時(shí)很容易將４０３號(hào)支吊架 恢復(fù)到原狀。整改前后的吊架示意圖見(jiàn)圖１。

２ 計(jì)算結(jié)果與討論

整改后４０３號(hào)支吊架附近支吊架（４０１，４０２，４０３ 和４０６號(hào)等）的工作載荷、主蒸汽管道受到的最大應(yīng) 力以及管道對(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)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(jì) 算程序，分別對(duì)以上三種物理量進(jìn)行了計(jì)算分析。

２．１ 工作載荷分析

表１中給出了４０３號(hào)支吊架附近各支吊架在去 除堵閥前、去除堵閥后常規(guī)計(jì)算和去除堵閥后優(yōu)化 計(jì)算三種工況條件下主蒸汽管道的工作載荷。 常規(guī)計(jì)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(jìn)行的計(jì)算，一般 適用于管道的設(shè)計(jì)階段。

常規(guī)計(jì)算結(jié)果表明：去除 堵閥后４０１號(hào)支吊架工作載荷變大，可調(diào)大其載荷； ４０２號(hào)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(hào)支吊架可改為單恒力吊架，并需調(diào)大 載荷；４０６號(hào)支吊架工作載荷基本不變。

去除堵閥后，將４０３號(hào)支吊架改為單恒力吊架， 保證其載荷不變進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，結(jié)果表明：４０１和 ４０２號(hào)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(hào)支吊架工作載荷不變，無(wú)需調(diào)整。由于工期原因，４０２號(hào)支吊架訂貨更換無(wú)法實(shí) 施，因此按常規(guī)計(jì)算整改支吊架無(wú)法實(shí)施。而通過(guò) 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果制定調(diào)整方案無(wú)需訂貨更換支吊架， 能滿足工期要求并節(jié)約經(jīng)費(fèi)，但仍需對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力分析以進(jìn)一步論證該方案的可行性。

２．２ 最大應(yīng)力分析

表２同時(shí)給出了去除堵閥前原始計(jì)算、去除堵 閥后不變更支吊架計(jì)算、去除堵閥后變更支吊架常 規(guī)計(jì)算和去除堵閥后變更支吊架優(yōu)化計(jì)算四種工況 條件下的最大應(yīng)力計(jì)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(diǎn)位置示意圖，圖中由固定端指向 擴(kuò)建端的方向?yàn)闋?的正方向，由汽機(jī)指向鍋爐的方 向?yàn)闋恼较?，垂直向上的方向?yàn)闋恼较颉?

表２中的計(jì)算結(jié)果表明，去除堵閥后如果不變 更支吊架將會(huì)導(dǎo)致一次應(yīng)力極大升高，而最大應(yīng)力 點(diǎn)將轉(zhuǎn)移到圖２中鍋爐末級(jí)過(guò)熱器出口聯(lián)箱接口位 置。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，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(jì)壽命將被縮短， 因而會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行并可能會(huì)造成較大 的經(jīng)濟(jì)損失。由表２及圖２還可見(jiàn)，去除堵閥后變 更支吊架常規(guī)計(jì)算及優(yōu)化計(jì)算的最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 及最大應(yīng)力點(diǎn)位置均與去除堵閥前的基本相同，說(shuō) 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(yùn)行。

２．３ 端點(diǎn)推力分析

表３中同時(shí)給出了上述四種工況條件下主蒸汽 管道對(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器出口聯(lián)箱推力的計(jì)算結(jié)果。 計(jì)算結(jié)果表明，去除堵閥后如果不變更支吊架將會(huì) 導(dǎo)致管道對(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)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(jì)算結(jié)果和去除堵閥前原始計(jì)算結(jié)果相比較可 見(jiàn)，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(jì)算結(jié)果與去除堵閥 前的原始計(jì)算結(jié)果相比較可見(jiàn)，x 和y向推力變化不大，z向推力大幅減小，斷點(diǎn)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(jì)算結(jié)果制定調(diào)整方案。

綜上所述，去除水壓試驗(yàn)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(duì)該方案進(jìn)行了成 功實(shí)施，機(jī)組于１０月２３日啟動(dòng)，管道運(yùn)行正常。

３ 結(jié)論

（１）該２號(hào)發(fā)電機(jī)組去除水壓試驗(yàn)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(diǎn)將轉(zhuǎn)移到鍋爐末級(jí) 過(guò)熱器出口聯(lián)箱接口位置，管道對(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)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(duì)管道的安全運(yùn)行都非常不利。

（２）去除水壓試驗(yàn)堵閥后，對(duì)主蒸汽管道的支 吊架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整改，將堵閥附近的一橫擔(dān)恒力吊 架改為單個(gè)恒力吊架，可同時(shí)滿足支吊架的工作荷 載、管道的應(yīng)力分布和管道對(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器出口 聯(lián)箱推力的要求。

（３）該整改方案施工過(guò)程無(wú)需訂購(gòu)、更換吊架， 縮短了工期，保證了機(jī)組的正常啟動(dòng)，同時(shí)利于水壓 試驗(yàn)堵閥的回裝，體現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

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