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1、火电厂汽水管道支吊架典型缺陷介绍及综合处理,湖南省电力公司科学研究院,目 录,1 支承件种类简介,3 典型案例,2 管道支吊架异常形式与原因,4 管道支吊架外部检查与维护调整,5 汽水管道支吊架监督管理,一、支承件种类（按主要性能与用途分类）,1、恒力弹簧支吊架,恒力支吊架（以下简称恒吊）根据力矩平衡原理设计。在许可的负载位移下，负载力矩和弹簧（或重锤）力矩始终保持平衡。对用恒吊支承的管道和设备，在发生位移时，可以提供恒定的支承力，因而不会给管道设备带来附加应力。一般用于需要减少位移应力的地方，如电站锅炉本体、发电厂的汽、水、烟、风管及燃烧器等悬吊部分需要此类支承的地方。当管道系统内某吊点的热
2、位移大于12mm，宜选用恒吊来支承，以避免管道系统产生危险的弯曲应力及不利的应力转移。,作用,恒力弹簧支吊架,重锤式恒力吊架,种类,恒力弹簧支吊架,上图为四连杆弹簧式，即JB/T 8130 PH型恒力弹簧吊架。下图为三连杆弹簧式，即ITT.G 58型恒力弹簧吊架。,种类,恒力弹簧支吊架,杠杆重锤式恒吊按照杠杆原理，用平衡重锤与管道载荷相平衡。三连杆、四连杆弹簧式恒吊均按力矩平衡原理，采用合适的连杆机构让弹簧侧力矩与载荷力矩相等，同时保证载荷不变或变化很小。三连杆弹簧式恒吊在理论上可以达到完全恒力，而四连杆弹簧式恒吊在理论上是近似恒力。,原理,2、变力弹簧支吊架,变力弹簧支吊架主要用于有垂直位移
3、的动力管道或设备的支承。由于其主要依靠弹簧力来支承荷载，因此只适宜用在垂直位移较小的场合。变力弹簧支吊架内装有圆柱螺旋弹簧，在承载的同时，它能适应管道或设备的热位移，也能吸收管道的振动，可以同时起到减振作用，加上它比恒力支吊架经济，因此在应力计算允许的情况下，被设计人员广泛地采用。变力弹簧支吊架的主要元件是弹簧，每一个用于变力弹簧支吊架的弹簧均进行严格的测试，出厂前全部按使用要求，整定在冷态或热态荷载；弹簧支吊架具有保护弹簧的外壳，其上的标牌，清晰的显示弹簧变形大小及冷、热态位置，便于观察和检修。,作用,变力弹簧支吊架,弹吊按弹簧的形式可分为圆柱螺旋弹簧式和碟形弹簧式二种。按整定方式可分为整定
4、式和非整定式二种。对于管道热变形刚度有严格要求时，选用的弹吊一般都是整定式圆柱螺旋弹簧弹吊，通常有T/TH型、TD型和SV型。,种类,变力弹簧支吊架,左图为JB/T8130可变弹簧支架右图为T/TH型可变弹簧吊架,种类,变力弹簧支吊架,原理,变力弹簧支吊架,T/TH型弹吊有1、2、3、4、5、6六种，JB/T8130弹吊有A、B、C、D、E、F、G七种，SV型弹吊有C、D、P、S四种结构形式。,结构,3、刚性支吊架,刚性支吊架（以下简称刚吊）对管道垂直方向呈刚性约束，故只能用于管道没有垂直位移或垂直位移很小且允许约束的地方。刚吊能承受较大的载荷，保持管位置不下沉，增强管道系统的刚性和减少管子的
5、振动。,作用,4、限 位 装 置,限位装置用于管道中需要限制某一方向或某些方向上位移的地方，它不承受管道的重量。它的使用可调整管道的应力分布、减小管道对设备的推力和简化管道支吊架的设计。不同结构型式的限位装置可限制管道某一方向或二个方向的线位移，也可同时限制某一、二个乃至三个方向的角位移。它的使用可以增加管系的稳定性，合理分配管系的位移。,作用,限 位 装 置,限位装置有以下几种典型的结构。,结构,5、导 向 装 置,导向装置用于引导管道位移方向或要控制管道沿轴线转动的地方，对于水平管道它一般承受管道的重量，而对于垂直管道它不承受管道的重量。请注意，由于导向装置引导管道按一定的方向移动，它同时
6、就具有了限制管道角位移的作用；习惯上，我们将具有限制管道沿轴线方向运动的支架也称为导向装置。它的使用可限制管道侧向位移，防止管件承受弯矩，增加管系的侧向稳定性。,作用,导 向 装 置,导向装置有以下几种典型的结构。,结构,6、固 定 支 架,固定支架用于管道不允许有任何方向的线性位移和角位移的地方。实际上它是限位装置的一个特例。它可用于承受管件的推力（如波形补偿器），让管系按较好的方式膨胀。,作用,固 定 支 架,固定支架的一种典型结构如右图。,结构,7、弹 簧 减 振 器,减振器主要用用来承受动荷载，能有效控制管道任何频率和任何振幅的振动和摆动，特别是低幅高频振动。它在一定程度上限制了管道正
7、常的热位移。,作用,种类,弹簧式减振器分为利用普通弹吊、单弹簧式和双弹簧式三种。利用普通弹吊作为减振器时它只能单方向起作用，这点要注意。,弹 簧 减 振 器,弹簧预压在减振器壳体内，当管道无位移时，该预压产生的预紧力由减振器内部承受，不传递到管道上。当管道振动产生的振动力小于减振器的预紧力则减振器呈刚性，如产生的振动力大于减振器的预紧力时，则管道将发生位移直至弹簧的反力与振动力相等。由此可见，只要减振器的预紧力大于管道可能产生的振动力，就能消除管道的振动，反之则可以减少管道的振动。,原理,弹 簧 减 振 器,单弹簧减振器的结构形式。,结构,8、液 压 阻 尼 器,液压阻尼器借助特殊设计的阻尼阀
8、，对管道或设备的位移速度做出灵敏的反应，在管道或设备发生震（振）动时，在133Hz频率范围内，阻尼器可以将直接作用在管道或设备上的冲击力转移到建筑结构上去；在管道或设备正常工况下，液压阻尼器允许管道或设备自由位移，不会给管道或设备带来附加的 应力。,作用,液 压 阻 尼 器,种 类,右图为外置式液压阻尼器左下图为内置式液压阻尼器右下图为套缸式液压阻尼器,9、拉 撑 杆,拉撑杆通常是各类减振器、阻尼器不可分割的组成部分，同时它可用于线性限位。,作用,二、管道支吊架异常形式与原因,影响管道系统应力水平的主要因素是管道布置、管道运行压力和温度、管道支吊架状态。由于管道布置在基建移交生产后已经定型，同
9、时电厂严格限制锅炉超温、超压运行，所以管道运行温度和压力超限影响很小。排除以上因素，管道支吊架运行状态就成为影响管道系统应力水平的决定因素。定期对管道支吊架进行检查、维护与调整，可以校验支吊架配置、承载及热位移的可靠性，消除支吊架存在的缺陷和异常隐患，改善管道的应力水平，保证支吊架系统始终处于安全、可靠的运行工况，延长管道的使用寿命。,影响因素,1、管道支吊架异常形式,（1）弹簧支吊架承载异常。支吊架弹簧压缩量不足或无压缩，将导致支吊架欠载甚至脱载；支吊架弹簧压缩量过大甚至完全压死，将导致支吊架超载。弹簧未拆除锁定销而投入运行，将导致弹簧吊架失效。（2）恒力吊架状态异常。恒力吊架位移在规定范围
10、内变化时，吊架承受载荷不变。如果恒力吊架卡死或失效，将引起管道热膨胀受阻，导致管道局部应力增大。通常表现为指针卡死在上限值或下限值、吊架脱载或超载等。恒力弹簧吊架常选取在热膨胀较大部位，可有效吸收管道膨胀引起的热位移，降低管道附加应力。,1、管道支吊架异常形式,2、管道支吊架异常原因,（1）安装及检修原因。安装位置、初装载荷、冷紧点位置与冷紧量以及管子、管件、保温层重量的选择与设计不符。恒力吊架转动体位置、直接接触管道的材料与设计不符。利用管道作为检修起重支吊点，水压试验时弹簧吊架未锁定，运行后锁定未解除。（2）管道支吊架运行异常。管道热膨胀位移受阻，实际热位移、管系推力与设计不符；管系振动及
11、受到冲击载荷作用。弹簧吊架与恒力吊架弹簧卡死、偏斜、脱载，荷重与设计不符；滑动支座、导向支架、刚性吊架卡死或过载，荷重与设计不符。,2、管道支吊架异常原因,（3）错用型号和材料。实际选用管道支吊架型号、连接件材质和规格、保温材料容重等与设计值不符。其结果将导致支吊架功能失效，影响管系应力水平及分布，使管系局部应力增大，严重破坏邻近支吊架的载荷分布。（4）支吊架间距偏差。管道支吊点实际安装位置偏离设计值，将引起邻近支吊架所分配荷重大小发生变化，从而导致管道自重应力改变。同时管道垂弧变形增大，易于引起管道振动加剧。（5）偏装作业偏离设计值。管道支吊架偏装量不足或过大，偏装方向与设计方向相反，都将导
12、致支吊架在热态运行时偏斜量增大,使支吊架在垂直方向上承载不足，而在水平方向产生一个附加分力，增大对端点设备的推力。,2、管道支吊架异常原因,2、管道支吊架异常原因,2、管道支吊架异常原因,三、典型案例,（一）某电厂1、2号锅炉主蒸汽管道出口第二段垂直管段弹簧吊架管夹均同一位置断裂，1号锅炉主蒸汽管吊架管夹断裂形貌见下图。经金属检验，管夹化学成份符合标准要求，金相组织正常，断口具有低周疲劳断裂特征。依据规程设计对证，主蒸汽管道弹簧吊架布设位置、管部选用均符合标准。进一步测量和比对发现，断裂管夹选型（D9型）与设计管夹型号（D9A型）不符。,三、典型案例,断裂管夹宽度比设计值减少40mm，壁厚比设
13、计值减少4mm，最大工作应力低于设计最大结构载荷29.2%。由于实际选用管夹配置低，断裂管夹最大工作应力明显低于计算最大工作应力，在锅炉启停过程中较大应力的作用下导致疲劳损伤积累而最终发生断裂。据此判定1、2号锅炉主蒸汽管道管夹断裂原因为选型错误。进一步检查并核对图纸，发现2台锅炉主蒸汽管道共8组支吊架管夹存在同类选型错误。由于及时更换了这些不合格管夹，从而避免了主蒸汽管道可能发生塌落的恶性事故。,三、典型案例,（二）某电厂3号锅炉主蒸汽管道支吊架在进行全面检查过程中发现，8号恒力吊架吊杆夹断裂脱载。3号炉主蒸汽管道8号恒力吊架吊杆夹断裂宏观形貌见下图。3号锅炉最大连续蒸发量1025t/h，已
14、累计运行4万多小时。主蒸汽管道支吊架外观检查结果设计对证发现，10号恒力吊架实际安装位置与设计安装位置不符。受其影响，邻近7、8、9、10号吊架荷载发生了不同程度变化，由于9号吊架弹簧失效并振动，造成相邻两个吊架严重超载。其中8号吊架荷载由85.445kN变为237.423kN；10号吊架荷载由135.265kN变为187.715kN，最终导致超载最严重的8号吊架先断裂。,四、管道支吊架外部检查与维护调整,1、管道支吊架外部检查 火电机组汽水管道经过一定时间运行后，管道位移和载荷会发生不同程度的变化。通过定期外观检查可以及时发现支吊架存在的缺陷和异常状况。依据规程要求，每年应至少全面检查一次四
15、大汽水管道支吊架并记录存档。发现异常应及时调整处理，重大缺陷应委托专业机构分析原因并消缺处理。,四、管道支吊架外部检查与维护调整,2、管道支吊架调整重点 支吊架调整应严格按照规程要求逐项完成。首先应详细检查并记录管系所有支吊架的冷、热态状况，对重大缺陷应保留影像记录。支吊架调整应逐一消除支吊架卡涩、载荷偏离设计值、脱载等承载异常，更换并修复管夹断裂及连接件脱落等。在调整某一支吊架时，应同时兼顾邻近支吊架的检查并调整，防止邻近支吊架受其影响而出现新的异常。通过反复校核调整管道各吊点的热位移、载荷和最大应力值等，直至整个管系应力平衡合理，支吊架承载及热位移处于正常工作状态。管道支吊架调整结束重新运
16、行期间，应对支吊架再次进行全面的热态检验及微调，直至全部符合技术要求。调整工作结束后，应记录管道支吊架调整前后的冷、热状态参数，管道应力水平等数据并存档备案。,五、汽水管道支吊架监督管理,目前湖南省火电厂汽水管道支吊架监督管理存在的共性问题表现为规程执行不严格，三级监督体系不健全，管道支吊架检查作业指导书、定期检查制度、设备台帐和检查记录没有建立，管道支吊架检查、维护调整工作不到位。为规范管道支吊架技术监督管理工作，建议做好以下方面的工作。1、严格执行电力行业规程、标准 目前各电厂在开展管道支吊架监督管理工作中尚处于形式化阶段，主要表现为缺失规程标准，支吊架技术档案、台帐不健全；没有支吊架检查
17、作业指导书，班组检查人员不知道检查项目、异常特征和判据标准，检查数据不与设计值对证，异常数据不能及时发现，管道与支吊架工作状况不能有效实施监控。健全完善管道支吊架日常巡检和定期检查制度，依据规程制定具有可操作性的检查作业指导书，可以保证管道支吊架技术监督工作规范有效。,五、汽水管道支吊架监督管理,2、建立完善管道支吊架技术监督档案 在役机组金属监督专工全过程介入到机组管道支吊架监督管理工作十分必要。通过协调相关部门和基建专责，阶段性收集基建移交的管道及支吊架设计参数、安装图纸、管线设计及竣工布置图等相关技术资料。通过现场核对管道支吊架类型、编号、位置及相关施工图，初步建立起管道支吊架专项技术监督管理档案。结合运行、检修和技术改造逐步完善管道支吊架技术监督档案及设备台帐。建立管道及支吊架技术监督档案至少应包括：技术监督规程、支吊架台帐、支吊架检查作业指导书、支吊架检查及维护调整记录、支吊架异常及消缺记录等。火电厂四大汽水管道运行超过不同规定时间后，电厂应委托专业机构进行管道支吊架全面检查和调整，必要时要进行应力核算。,谢 谢！,
