0 引言

火电机组管道支吊架是管道的承载部件，起着承担管道载荷、限制管道位移以及控制管道振动的作用。管道支吊架从功能和用途方面可以分成很多类型，其中限位支吊装置^[1]含全限位装置和半限位装置）属于管道支吊架的一种常用类型，主要用于限制和约束因热胀引起的管系自由位移，进而起到调整管道应力分布、减小管道膨胀的推力、简化管道及支吊架设计的作用。

如果管系中限位支吊装置出现故障将导致管道热胀位移异常，管道更容易发生振动，从而引起与其连接的管道断裂，管件自身损坏以及焊缝出现裂纹等^[2]。在实际应用中，为防止限位装置对管道产生过大的约束力，常使用半限位装置（带间隙的限位），它允许管道有一定的自由位移量，当管道位移量超过限定的自由位移量时，管道会受到半限位装置的约束而停止位移。本文针对某火电厂新建机组锅炉左侧主蒸汽管道支吊架吊杆发生偏斜异常的缺陷进行原因分析，并通过调整限位装置的预留间隙进行消缺。

1 机组概况及存在的问题

某火电厂新建2×660 MW超超临界机组锅炉为DG1929.7/28.25-Ⅱ13型超超临界变压运行直流锅炉，单炉膛、一次中间再热。设计温度610 ℃，设计压力29.67 MPa。主蒸汽管道材质为A335P92，由标高76 m锅炉过热器出口集箱分左右2路引出，分别在13.3 m处引至汽轮机主蒸汽阀；在11 m标高的水平管道上布置有一级旁路系统。锅炉左侧主蒸汽管道分2部分，一部分为锅炉厂设计部分，规格为管道外径470 mm，壁厚90 mm；一部分为设计院设计部分，规格为管道内径279 mm，壁厚77 mm。

机组投入运行后，发现锅炉左侧主蒸汽支管的部分吊架（8号—17号）吊杆偏斜较大，其中16号单拉杆恒力吊架偏斜度达到6°，不仅影响美观，还对管道的受力不利^[3]。锅炉左侧主蒸汽管道布置示意图如图 1所示。DL/T 616—2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》规定，吊架的拉杆在各种工况下，刚性吊架摆角不得超过3°，弹性吊架摆角不得超过4°^[3]。吊架吊杆偏斜度超标，将对管道产生附加载荷，对管道端点、设备接口产生附加的力和力矩，不利于管道和设备正常运行，同时还可能导致吊架功能件异常，起不到应有的作用^[4]。

2 故障原因查找 2.1 支吊架检验

为找到吊杆偏斜度超标的原因，对相应管道的支吊架进行检验，并对主要偏斜方向（y向）的热胀位移进行记录。现场检验结果显示该管道上各支吊架型号规格与设计规格一致；管道应力复核结果表明，设计时管道支吊架选型、吊点荷载计算结果均正确。各吊点的设计热胀位移与实测y向热胀位移数据如表 1所示。

2.2 引起吊杆偏斜的主要因素

根据表 1位移测量结果可以发现，立管管段的实际y向热胀位移与设计值有一定的偏差，结合设计资料及现场安装情况可以发现该管段支吊架安装主要存在如下问题。

（1）所有吊架均未按照设计要求设置偏装装置。相关规范要求，对于不满足吊杆偏斜角度要求的吊架应设置偏装或滚动装置，吊架根部相对于管部在水平面内的计算偏装值为：冷位移（矢量）+1/2热胀位移（矢量）^[5]。

（2）限位装置预留间隙偏离设计值，以14号限位装置为例进行说明。14号限位装置为x、y向带间隙的限位，设计要求在安装时应预留y向间隙47 mm，而在实际测量中发现y向间隙达到198 mm，和设计要求偏差较大，从而导致管道实际状态和设计状态不一致。

2.3 其他因素

对整台机组4大管道支吊架进行检查，还发现以下可能会引起吊杆发生偏斜的因素。

（1）支吊架荷载异常，表现为弹簧吊架欠载、过载，恒力吊架指示处于卡死状态。支吊架荷载异常将导致管道各吊点的支撑载荷和设计值存在偏差，使管道偏离最佳应力分布水平，增大了管道一次应力^[6]。

（2）弹簧吊架、恒力吊架锁定装置未取出，造成弹簧、恒力吊架完全卡死，丧失了吊架的功能，导致管道热膨胀位移受阻，增大了管道的二次应力。

（3）阻尼器拉伸到极限位置，阻碍管道热胀位移，增大管道二次应力。

（4）管夹抱箍松弛导致管夹横担偏斜。

（5）支吊架错装、漏装。

3 仿真计算结果分析

重点对14号限位装置y向预留间隙错装对管系安全性的影响进行仿真计算分析，采用管道应力计算软件CAESAR Ⅱ建立主蒸汽-高压旁路-再热冷段联合计算模型，以设计工况（y向间隙47 mm）为工况1，以实际安装状态（y向间隙198 mm）为工况2进行对比计算分析。因限位装置预留间隙的不同对管道一次应力没有影响，重点对2种不同工况下，在设计温度和设计压力条件下，锅炉左侧过热器集箱出口和左侧主蒸汽支管主蒸汽阀的端口推力和推力矩进行对比，结果如表 2所示。

为方便对比，将2种工况下的端口推力和推力矩分量合成为合推力与合推力矩，对比结果如图 2、图 3所示。对比结果显示，工况2较工况1锅炉过热器集箱出口的端口合推力、合推力矩都大，而2种工况下左侧主蒸汽支管主蒸汽阀入口的端口合推力、合推力矩基本一致。实际安装时，14号限位装置位于锅炉侧，与锅炉左侧过热器集箱由单管直接连接；而与左侧主蒸汽支管主蒸汽阀之间布置有高旁管道，使之与右侧主蒸汽支管连为一体。因此14号限位装置y向安装间隙加大会导致锅炉左侧过热器集箱出口的端口推力和推力矩增大，而对锅炉左侧主蒸汽支管主蒸汽阀入口的端口推力和推力矩基本无影响，与图 2、图 3显示结果相一致。

4 缺陷原因及处理

通过上述检查分析，基本确认了锅炉左侧主蒸汽管道部分吊架吊杆偏斜超标的原因为吊架未按要求设置偏装，以及14号限位装置y向安装间隙预留有误。根据仿真分析计算结果可知，以上缺陷将导致锅炉左侧过热器集箱出口处的端口推力和推力矩增大，为管道的安全稳定运行带来不利影响，应及时进行故障消除处理。

4.1 重新设置偏装

针对吊架未按要求设置偏装装置的问题，考虑到滚动装置结构复杂、成本较高，且对控制管道振动不利，现场重新设置了偏装来解决吊杆偏斜角度超标问题。

4.2 调整安装间隙

在机组停机检修过程中，按照设计图纸要求将14号限位装置的y向安装间隙调整至47 mm，并按照DL/T 616—2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》的具体要求^[3]，将其余支吊架荷载异常、吊架锁定装置未取出、阻尼器拉伸到极限位置、管夹抱箍松弛导致管夹横担偏斜、支吊架错装和漏装等缺陷进行了全面处理，确保所有支吊架安装正确、工作状态正常。

4.3 处理结果

进行以上处理后，在机组重启稳定后，对主蒸汽管道支吊架的工作状态进行了持续检查记录，检查结果显示管道热胀位移正常；经过调整处理的支吊架冷、热态工作状态正常；吊杆偏斜角度满足规范要求；各支吊点的位移量与位移方向基本符合设计要求。

5 结束语

总结以往的管道支吊架检验调整经验可以发现，在役机组的支吊架故障缺陷大部分都是基建阶段遗留下来的^[7]，因此建议加强基建阶段支吊架设计、制造、安装的质量管理，以尽早发现并消除缺陷，确保管道支吊架的长期安全有效运行。