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燃气发电机组连通管道膨胀异常分析与治理

2024-11-12 42 上传者：管理员

摘要：针对某9F级燃气轮机多轴联合循环燃气发电机组再热器2到再热器1连通管长期膨胀异常问题，从力学角度进行了分析，现场测量了实需载荷，依据测量数据进行了管道受力优化，恒力吊架载荷优化配置后管道应力计算校核合格，机组重新启动后再热器2到再热器1连通管膨胀正常。该研究可为同类型机组的相关管道膨胀异常问题治理提供有益的思路。

关键词：
再热器连通管
受力优化
恒力吊架
燃气轮机
膨胀异常
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支吊装置是管道系统的重要组成部分，起着承受管道重量、限制管道位移和控制管道振动的重要作用，相关学者对其理论及工程应用做了大量有益的工作[1-5]。根据DL/T 616—2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》及DL/T 438—2016《火力发电厂金属技术监督规程》的规定，应对运行达到一定时间或存在问题的管道支吊架进行检验、计算、调整或更换，以改善支吊架的工作状况，使其达到或接近设计要求，给管道及机组的安全运行创造必要的条件。

本文以某9F级燃气轮机多轴联合循环燃气发电机组再热器2到再热器1连通管长期膨胀异常问题为例，介绍相关管道膨胀异常问题的解决思路。

1、背景介绍

某公司联合循环燃气发电机组余热锅炉是由DELTAK公司生产的DINO-6196型卧式三压再热自然循环锅炉，每台余热锅炉通过GE9F燃气轮机产生的高温排气加热炉内循环工质，余热锅炉型式为卧式、三压、再热、自然循环的无补燃锅炉，锅炉露天布置，机组主设备为美国GE公司生产的78万k W“二拖一”多轴联合循环燃气发电机组。该公司1、2号余热锅炉的再热器2到再热器1连通管，长期存在恒力吊架冷态处于上极限位置、热态管道膨胀向下不足的问题，管道长期膨胀异常，变形明显。1、2号机组余热锅炉再热2至再热1连通管主要设计参数如表1所示。

单台机组再热2至再热1连通管配置有导向支架4处、限位支架2处、恒力吊架4处，其分布位置如图1所示。

表1 再热2至再热1连通管的主要技术参数

图1 管道支吊架布置示意图

对上述支吊架的检验结果表明：冷态时，1、2号机组余热锅炉再热2到再热1连通管共计8处恒力吊架均未承载；热态时，1、2号机组余热锅炉再热2到再热1连通管共计8处恒力吊架均存在下位移不足的问题。具体检验结果如表2所示。

表2 再热2至再热1连通管支吊架状态检验记录

2、实需载荷测试及分析

利用HBM数据采集仪、称重传感器、采集软件在现场搭设了余热锅炉再热2到再热1连通管吊点实需载荷测试平台。在原恒力吊架完全卸载条件下，现场利用手拉葫芦、钢丝绳、称重传感器组成串联系统，在恒力吊架吊点处替代恒力吊架进行承载，称重传感器通过信号线缆将载荷链路上的载荷信息实时传递至HBM数据采集系统。通过分次收紧手拉葫芦的方式进行加载，直至找出各吊点处管道产生提升位移的临界载荷。以#30恒力吊架为例，测点的临界载荷测量结果如图2所示。

图2所示现场载荷测试的载荷—时间曲线中，3个波峰依次代表收紧手拉葫芦时的载荷、第一次提升管道载荷（此时手拉葫芦受力，但管道暂未产生提升位移）、管道刚发生提升位移时的载荷，选取第三个波峰，即管道刚发生提升位移时对应的传感器载荷作为此吊点处管道实需载荷。

为排除载荷转移因素的影响，需对单台机组4组恒力吊架吊点处实需载荷进行同时测量，测量结果如表3所示。

图2#30支吊点管道实需载荷现场测试结果

表3 管道实需载荷与原设计载荷对比汇总表

余热锅炉再热2到再热1连通管总长54.892 m，集箱下方X方向管段重量由支管传递至炉内集箱，由恒力吊架承担重力载荷的集箱外侧管段长度小于34.199 m，管道单位长度自重为440 kg/m，则4组恒力吊架总载荷应不超过150.47 k N，介于原设计恒力吊架总载荷与现场测试管道的实需总载荷之间，现场测试管道的实需载荷合理。

3、管道应力计算

余热锅炉再热2至再热1连通管管道支吊架计算编号与设计图支吊架编号一致，恒力吊架工作载荷按照原设计载荷进行赋值计算，管道应力计算模型如图3所示，管道计算材质及工况参数如表4所示。

图3 再热2至再热1连通管管道应力计算模型图

由计算结果可知：余热锅炉再热2至再热1连通管管道最大一次应力、最大二次应力均在允许范围之内，管道应力合格。余热锅炉再热2至再热1连通管一次应力最高为允许值的51%（最大应力如图4所示），最大二次应力为允许值的6%（最大应力位置如图5所示）。

以第2章节所得现场测试管道实需载荷结果作为恒力吊架工作载荷赋值于管道应力计算模型，以分析其受力状态与应力分布情况。由计算结果可知：在实测管道受力条件下，余热锅炉再热2至再热1连通管管道最大一次应力、最大二次应力均未超标，管道应力合格。余热锅炉再热2至再热1连通管一次应力最高为允许值的45%（最大应力如图6所示），最大二次应力为允许值的6%（最大应力位置如图7所示）。

4、机组重启后复查结果

按照现场所测的管道吊点实需载荷重新配置恒力吊架并于检修期进行更换处理，1、2号机组重新启动正常运行后对1、2号机组余热锅炉再热2至再热1连通管支吊架进行了全面热态复查。复查结果表明：经调整后管道支吊架承载及热膨胀均恢复正常，运行状态得到了明显改善，复查结果如表5所示。

5、结论

本文所介绍的某电厂1、2号机组余热锅炉再热2至再热1连通管支吊架整改前，8组恒力吊架（单台机组4组恒力吊架）状态均异常，热态时管道向下热位移严重不足，管道坡度明显异常，严重影响设备的长期安全运行。经管道实需载荷测量、力学分析、管道应力校核计算、现场实施几个环节工作的实施，管道支吊架承载及热膨胀均趋于正常，运行状态得到了明显改善，达到了预期的整改目的，能够满足机组及管道安全运行需要。

表4 管道主要管种计算参数

图4 余热锅炉再热2至再热1连通管管道一次应力分布（原配置）

图5 余热锅炉再热2至再热1连通管管道二次应力分布（原配置）

图6 余热锅炉再热2至再热1连通管管道一次应力分布（管道实需载荷）

图7 余热锅炉再热2至再热1连通管管道二次应力分布（管道实需载荷）

本文所介绍的管道异常膨胀问题处理方案可为在建和运行电厂的管道异常膨胀及受力恶化问题提供有效的参考借鉴，对保证机组的正常运行具有重大意义。

表5 余热锅炉再热2至再热1连通管支吊架热态复查结果统计

6、建议

火力发电厂汽水管道及其支吊架在工作过程中，其状态是会逐渐发生变化的，各发电厂须按照DL/T 616—2006《火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》的要求进行监察与维护，并建立相应的管理制度，避免因受力问题造成管道严重下沉等事件。

参考文献:

[1]程勇明,赵博,邓玲惠.供热管道焊缝开裂力学分析及治理研究[C]//2020年中国电机工程学会年会能源电力转型与数字化论文集,2020:11.

[2]王军民,邓玲惠,吴晓俊,等.低温再热器入口管道线状偏离机理分析[J].热力发电,2019,48(10):105-110.