蒸汽管道应力分析和支吊架调整

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1、蒸汽管道应力分析和支吊架调整刘纯陈红冬胡波涛（湖南省电力试验研究所，长沙410007）摘要：对某火力发电厂蒸汽管道进行了位移测量和应力计算，并依据计算结果对管道进行了支吊架的调整，结果表明支吊架的调整解决了管道运行存在的问题。关键词：蒸汽管道；位移测量；应力分析；支吊架调整0前言火力发电厂蒸汽管道的安全直接影响着电厂的安全生产。一般作用于蒸汽管道的载荷有：管内介质产生的压力，管子重量（包括管内介质、保温材料等）产生的均布载荷，阀门、三通、法兰等管件重量产生的集中载荷，管道支吊架产生的反力，风力、地震产生的

2、载荷；还有管道温度变化热胀冷缩约束产生的热载荷,管道安装施工时各部分尺寸误差产生的安装残余应力，与管道连接的设备变位或其他原因地管端位移引起管系变形而产生的载荷等。这些因素决定了蒸汽管道的应力分布和位移变形。火力发电厂的蒸汽管道常因支吊架的安装误差产生残余应力⑴，加上运行时管道温度变化产生热载荷，将导致管系局部应力集中，口对管道端部连接设备产牛过大的反作用力，对管道和设备的安全运行带来很大的隐患。1管道位移测量某火电厂#2炉为英国拨伯葛动力有限公司（BacockEnergyLimite）制造的亚临界压力自

3、然循环汽包型锅炉。汽轮机型号为N362-171.8/540/540,型式为亚临界、三缸双排汽、单轴、一次中间再热凝汽式，额定功率为362.5MW。经过十余年的运行，该机组在开机过程中汽轮机轴振动呈发散趋势且有碰摩现象。检查发现，运行时#2机汽缸至除氧器抽汽管道P12导向支架严重错位，管道上支架档板屮心高出固定水平支座约260mm,P28导向支架靠炉侧顶紧（・z方向）；在停机状态，P12限位支架管道上的档板与支座间的间隙约为15mm,P28导向支架炉侧间距为28mm。而P28导向支架炉侧间距的设计值为・60

4、.3mm,P12限位支架挡板与支座间距的设计值为Omm,且中心平齐。同时，在停机状态下对管道汽缸下直段（P10至P12段）的垂直度进行了测量，发现直管发生了明显的弯曲，最下部P12处向+Z方向的位移量达21mmo该管系示意图如图一所示。P10连接汽缸底部，P45连接除氧器。pl5、p20、P25、P30和P35为弹簧吊架，P12、P28和P29为导向支架。图一管道示意图2管系应力计算2.1管系计算模型该管道的材质为A106B,规格为610X9.53。管系的应力分析采用有限单元法,其模型直接用节点和单元构造

5、，端部一侧为汽缸出口，另一侧为除氧器进汽口，整个管系包括直管段、弯管段、阀门、大小头和支管段，支吊架有弹簧吊架和导向支架。坐标系的设置为X轴正方向为#2机侧指向#1机侧，Y轴正方向为竖直向上，Z轴正方向为锅炉侧指向汽机房侧。量纲为牛顿和米（N、M）o2.2管系的应力分析管系应力依据ANSI/ASMEB31・l・1995《动力管道》应用ANSYS软件计算叫依据管系的设计参数和实测数据，设置边界条件，按照管系的额定运行参数（压力0.453Mpa,温度2707C）对管系进行应力计算。管系端点热位移见表一。计算结

6、果表明管系在P10处局部屈服，JbLP10处对汽缸的Z方向推力和X方向的力矩均较大。P10处等效应力值见表二，管系P10处对汽缸的作用力见表三，管系的等效应力图如图二所示。表一管系端点热位移值节点号XYZ1025・8045010.60表二管系P10处等效应力值（单位：MPa）方位（度）04590135180225270315等效应力57.6248.5248.1248.350.3235.6248.1239.8（注：A106B管材在计算温度下许用应力为103.4MPa。）表三管系端点P10对汽缸的作用力（单位

7、：KN）FXFYFZMXMYMZ2.67.7242.4-836.76.55.8由上可知，因P28导向支架安装吋Z向补偿热膨胀的间距预留得不够，在运行时管系向炉侧（一Z方向）膨胀受阻，而导向支架P12安装留有间隙，使管系向机侧（+Z方向）膨胀，致使P10处局部发生塑性变形，并对汽缸产生很大的反作用力，正是这个反作用力使汽缸开机过程中汽轮机轴瓦振动剧烈。ELEMENTSOLUTIONSTEP=1SUB=502TIME=1SINT(NOAVG)DMX=・069641SMN=・393E+07SWX=・248E+0

8、9・393E+O7・582E+08・112E+O9・221E+09・167E+09图二管系等效应力图3管系支吊架调整根据以上管系的计算分析对该管系的支吊架进行调整。由于管系P10处产生塑性变形，首先对P10处进行在退火处理消除残余应力。然后将P28导向支架炉侧（一Z方向）横梁朝炉侧间距扩大60mm,保证运行时管系的热膨胀量；调整P12导向支架支臂高度，使管道上挡板和固定支座上挡板中心对正，并在固定支座的挡板上加焊12mm厚铁板