火力发电厂变形蒸汽管道的分析调整和监督

火力发电厂变形蒸汽管道的分析调整和监陈栋（浙江城建煤气热电设计院股份有限公司，浙江杭州310030）0引言随着当今社会用电需求的不断增加，火力发电厂的运行效果也开始备受关注。在火电厂的具体运行中，蒸汽管道变形和下沉是比较常见的问题，如果此类问题得不到有效处理，会对整体管道的使用寿命造成不良影响，不仅影响火电厂的发电效果，也会加大火电厂的机组运维成本。在火电厂机组的运维过程中，技术人员一定要做好蒸汽管道检查，科学分析其变形，通过合理措施进行调整，才可以有效解决蒸汽管道变形问题，在确保机组运行质量的同时进一步节约运维成本。1项目概况以某火电厂4#汽轮发电机组为研究对象，该机组自2022年开始投运,截至2022年5月累积运行时间近1.4万小时，机组的启停次数是249次。在该机组中，主蒸汽管道应用10CrMo910型钢材，规格D273X28mm,承压9.8MPa,新蒸汽温度540℃o在该机组的运维检修中发现，部分主蒸汽管道段出现了显著的变形和下沉情况，一些支吊架已经失效，对整体管道使用寿命造成了不良影响。为实现蒸汽管道变形问题的有效解决，技术人员特对其进行分析，并根据实际情况进行管道的改造设计，合理调整变形管道。本文主要对该火电厂机组蒸汽管道变形分析、调整及其监督结果进行研究。2蒸汽管道变形原因分析经初步分析可知，该火电厂机组中的主蒸汽管道之所以出现变形问题,主要原因是支架失效，所以在其变形原因分析中应对支吊架失效的具体原因进行分析。通过管道尺寸、热位移情况、支吊架和应力等的反复测量与计算，确定导致支吊架失效与管道变形的主要原因有：①管道并不具备良好的稳定性；②管道在受热膨胀作用下产生了变形；③一部分支吊架已经失效；④炉顶位置上的吊架并不能对竖直管段起到有效的约束作用；⑤5#主机蒸汽管道对该管道产生了影响。1管道稳定性不佳通过实地考察发现，在该蒸汽管道段，2条标高在14.5m以上的管道部分，其主要支承方式为恒力悬吊，位移量较大；而在14.5m以下的管道部分，其主要的支承为弹簧吊架，在总体的29个吊架中，只有主汽门前设置了2个刚性吊架，其余的吊架都是恒力吊架和弹簧吊架。因为这两种吊架比刚性支吊架的刚度低很多，所以在主体管道受热变形的情况下，支吊架并不能对其起到足够的约束作用，使得管道各个支点位置的位移方向失控。在长时间运行中，一些支架在管道受热变形的影响发生偏斜，这些部位的蒸汽管道也出现了坡度过大或斜坡现象［1］。管道受热膨胀3#蒸汽管道具有较大的长度，经现场测量发现，其中的2条管道总体长度达到了210m,且包含着2个37.8m长的竖直管段。在启动锅炉时，管道将会从冷态转变到热态，此时的数值管道将会比原来伸长275mm0如果这些膨胀量都向下作用，便会导致6#和19#吊架位置的荷载显著增加。现场检查发现，在本次改造之前，当管道处在冷态时会有个别的吊架处在脱空状态，而在管道转变到热态时，这些吊架又会被全部压牢［2］。这样的情况也充分表明这些吊架在热态情况下受到的荷载很大，进而导致6#吊架在锅炉运行中断裂。部分支吊架失效在现场检查支吊架的过程中发现，在变形的蒸汽管道段，部分弹簧支吊架已经出现过压现象，而另一部分弹簧支吊架则会在管道处于冷态情况下脱空，并不会承担起任何的受力荷载。因很多吊架都出现了倾斜现象，甚至有个别支吊架严重倾斜，其倾斜度数在9。左右。当蒸汽管道发生了变形后，其中的应力便会重新分配，让部分支吊架出现荷载过大现象，进而使其的预埋铁出现强度不足甚至脱落损坏等问题。经现场的不完全统计分析发现，在该火电厂机组的主蒸汽管道中，大约有1/2的支吊架均已失效，并对管道自重和热膨胀所导致的应力变化产生了直接影响，加速了部分管材的损伤，对蒸汽管道的运行安全造成严重影响。炉顶位置的吊架无法约束竖直管段因为该火电机组炉顶位置的吊架大多数都是恒力吊架，导致整体管系具有较大的位移量。具体应用中，这些吊架将会对管系位移，尤其是竖直管段在垂直方向上的位移起不到约束作用。所以在竖直管段中的某个吊架失效后，管道荷载将会转移到与失效吊架临近的吊架上，严重情况下甚至会导致整体管系朝下方位移，进而对管道运行造成十分不良的影响⑶。受5#机组主蒸汽管道影响在该火电厂中，5#机组主要通过4#主蒸汽管道进行取汽，且该机组是在既有的4#机组主蒸汽上进行设计，设计中并未将5#机组中的主蒸汽管道与4#机组中的主蒸汽管道设计为一个整体，也并未对其加以科学计算。这样，5#机组中的主蒸汽管道会给4#机组中的主蒸汽管道施加一部分的压力负荷，进而对其变形问题产生一些不良影响。3蒸汽管道变形对管道使用寿命的不良影响分析通过相关研究与分析发现，在蒸汽管道的具体应用中，其使用寿命的主要影响因素可按照内因与外因来进行划分。其中，内因主要指的是蒸汽管道自身及其相关部件的材料性能，例如运行温度和室温条件下的力学性能、持久与蠕变强度、材料均匀性、组织性质稳定性、抗腐蚀、抗氧化等的各种性能。而在蒸汽管道的具体设计和安装中，相关单位和技术人员通常都会对这些性能加以综合考虑，在外部因素不对其产生不良影响的情况下，蒸汽管道的使用寿命通常可以达到设计寿命。外部因素主要包括蒸汽管道的运行温度及其所受应力两种，运行温度对蠕变速度和管道材料所具有的组织性能产生直接影响。相关研究发现，在蒸汽管道所受应力不变的情况下，其运行环境温度上升10℃,管道的使用寿命便会减半；而如果运行环境的温度不变，蒸汽管道上的应力提升10%,其使用寿命也会减半。在本次所研究的某火电厂中，其蒸汽管道运行环境温度已经得到了严格控制，不可能出现运行环境温度过高情况。但是经过上述的实地考察与研究分析发现，因为受到管道变形所影响，部分蒸汽管道已经出现了应力过大现象。如果此类问题得不到有效解决，蒸汽管道的使用寿命势必会受到很大程度的不良影响。4变形蒸汽管道调整及其运行监督结果分析在通过上述分析后，该火电厂4#汽轮机发电机组中的蒸汽管道变形原因已经得到了全面明确。在具体的变形蒸汽管道调整过程中，便可以此为依据，通过合理的技术措施来进行管道与支吊架的调整，有效解决变形问题。为确保调整后的蒸汽管道应用效果，在本次项目结束并确认合格后，特通过3个月的运行试验及其结果分析来判断其运行效果。1管道和支吊架调整在本次项目的变形蒸汽管道调整中，技术人员将管道变形原因作为依据，重新设计了支吊架，主要的调整措施包括：①将原来的蒸汽管道走向和支吊架位置保持不变；②因原有的土建资料不足，调整中需要对各个支吊堤岸荷载加以严格控制，使其不超过原始设计值［4］；③对于长度较大的竖直管道，应采用刚性吊架，本次主要替换的是6#和19#支吊架，以此来实现竖向管道位移的良好控制；④对于已经失效的支吊架，需对其根部做好加固处理，或是重新进行设计；⑤将每一个管段的坡度恢复到原始状态；⑥将压力最大的点调整到更加便于监督和测量的位置，加设蠕胀测点来进行监督［4］；⑦严格按照施工规程和相关导则进行调整，确保调整效果，解决蒸汽管道变形问题。4.2调整后的运行监督结果在完成了该火电厂4#机组的蒸汽管道变形调整并检查无误后，启动该机组。启动后，技术人员对该机组中的主蒸汽管道进行了全面运行监督，经3个月的监督发现该机组的运行完全正常。在结束了3个月的试运行后，技术人员再一次对该机组中的主蒸汽管道进行了全面检查，主蒸汽管道形状和调整后、运行之前的形状完全一致，并未出现任何的变形或下沉现象；每一个支吊架的受力情况都十分良好，并未出现倾斜或脱空情况。由此可见，本次火电厂变形蒸汽管道调整十分成功，该机组主蒸汽管道变形问题已经得到了有效解决，既满足了机组的实际运行需求，也保障了蒸汽管道的使用寿命。5结束语在火电厂机组的运行过程中，如果蒸汽管道出现了变形情况，机组运行效率将会受到很大影响，且蒸汽管道