CN112149332A - 一种火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，包括：步骤一，现场支吊系统热态检查；步骤二，现场支吊系统冷态检查；步骤三，支吊架调整前有限元应力校核及运行周期内管道应力状态监测；步骤四，现场支吊架调整；步骤五，支吊架调整后热态有限元应力校核。本发明通过对四大管道支吊系统进行冷、热态检查以及针对性调整的实施过程，与计算机数值仿真有限元技术、数据采集的方法相结合，能够实现对汽水管道支吊系统的可靠性进行评价。
Description
技术领域
本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法。
背景技术
近年来，随着火电机组深度调峰的持续不断推进，超临界、超超临界机组甚至百万机组也逐渐进入到深度调峰的行列中来，四大管道(主蒸汽管道、再热热段蒸汽管道、再热冷段蒸汽管道、高压给水管道)作为连接锅炉与汽轮机的工质传输媒介，伴随着深度调峰的运行以及负荷的波动，管道内部介质的温度、压力等参数也存在较大波动，这种汽水参数的变化必然会引起管道的膨胀、位移以及振动状态的变化。在火力发电机组中汽水管道均为悬吊结构，为了满足管道的承载受力以及热态膨胀、位移处于合理范围内，支吊系统的承载状态就尤为关键和重要。因此，需要一种能够对汽水管道支吊系统安全状态进行精准、科学评价的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，通过对四大管道支吊系统进行冷、热态检查以及针对性调整的实施过程，与计算机数值仿真有限元技术、数据采集的方法相结合，实现对汽水管道支吊系统的可靠性进行评价。
本发明提供了一种火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，包括：
步骤一，现场支吊系统热态检查：
(1)收集现场支吊系统的设计图纸资料，根据图纸资料，获取支吊架热态位移方向、设计工作载荷以及是否涉及偏装信息；所述现场支吊系统包弹簧吊架、恒力弹簧吊架、阻尼装置、限位装置；
(2)结合机组运行工况，选取机组在运行时的状态作为热态检查支吊架的条件，根据设计图纸，对管路沿线支吊架的受力状态进行刻度巡视，以及对支吊架的安装位置、顺序以及支吊异常情况进行确认；
(3)根据每个弹簧吊点的刻度记录，进行实际载荷计算，计算出每个吊点位置热态时所承受的实际载荷，并记录备案；
步骤二，现场支吊系统冷态检查：
在机组停机检修期间，按照热态检查的顺序、方法步骤进行支吊架冷态检查，记录每个吊架的真实状态，按照记录内容进行实际载荷计算；
步骤三，支吊架调整前有限元应力校核及运行周期内管道应力状态监测：
(1)四大管道应力水平设计态校核：
按照设计院管道轴向布置图，进行管道设计态应力校核，校核内容包括弹簧吊架选型、吊点热态受力情况、冷、热态位移以及汽轮机和锅炉出口管端推力和推力矩，总体应力状态的一次应力、二次应力校核合格后，确认设计态校核成功；
(2)支吊架调整前热态应力校核：
根据热态检查记录以及实际计算的吊点载荷，将实际载荷以及弹簧型式输入到应力分析软件中；弹簧吊架输入实际载荷和弹簧刚度，恒力弹簧吊架输入恒定的载荷，以及实际的热态管端初始热位移；将边界条件输入后进行管系整体应力计算以及校核；根据校核结果以及现场检查结果，对管系的支吊架进行系统性调整；
(3)运行周期内管道应力状态监测：
在机组运行期间选取弯头、三通管件位置的节点进行现场应力应变测试，将运行周期内的检测数据进行拟合得到应力应变随运行时间的分布规律，同时将采集到的大数据与支吊架调整前有限元应力计算数据进行对比，数据拟合后保证两者误差在5％范围内，并验证测试和有限元数值计算的准确性；
步骤四，现场支吊架调整：
根据现场支吊架冷、热态检查结果以及调整前的应力计算结果得出支吊架调整方案；所述调整方案中记录有支吊架台账、本次运行周期内支吊架的状态，以及需要调整的支吊架；
步骤五，支吊架调整后热态有限元应力校核：
支吊架在冷态下进行调整，根据热态检查结果以及应力计算结果进行支吊架调整；支吊架调整后，在机组运行后进行热态复查，按照调整前热态检查的步骤和方法再次进行刻度指示记录和实际载荷计算，将计算后的结果输入到应力分析软件进行管系整体的支吊架调整后的应力计算和分析，若管系整体应力的一次应力、二次应力均小于各自许用应力，且支吊架调整之后的峰值应力相比调整之前降低15％以上，确认本次支吊架调整达到预期效果。
借由上述方案，通过火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，对火力发电机组的四大管道支吊系统进行冷、热态检查以及对支吊架系统调整前后的应力计算校核，能够实现对汽水管道支吊系统安全状态的可靠性评价。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1是本发明火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法的流程图。
图2是本发明火力发电厂汽水管道支吊系统走向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例提的火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，适用于在役运行的火力发电机组，主要针对炉外四大管道的支吊系统，包括主蒸汽管道(过热器出口联箱到高压主汽门接口之间的两条高温高压蒸汽管道)支吊系统，再热热蒸汽管道(再热器出口联箱到中压主汽门接口的两条高温高压蒸汽管道)支吊系统，再热冷段蒸汽管道(高压缸排汽口到再热器入口联箱接口之间的两条高温高压蒸汽管道)支吊系统，高压给水管道(电动给水泵出口到省煤器入口联箱接口之间的高压锅炉供给水管道)支吊系统。
参图1所示，该火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法主要分为现场支吊系统冷、热态检查以及计算机有限元应力计算两部分。包括：
步骤S1,现场支吊系统热态检查。
步骤S2,现场支吊系统冷态检查。
步骤S3,支吊架调整前热态应力校核及运行周期内管道应力状态监测。
步骤S4,现场支吊架调整。
步骤S5,支吊架调整后热态有限元应力校核。
下面对各步骤进行详细说明，图2为火力发电厂汽水管道支吊系统走向图，P1至P38为管道支架系统的编号。
(一)现场支吊系统热态检查
(1)收集设计图纸资料。现场支吊系统主要包括弹簧吊架、恒力弹簧吊架、阻尼装置、限位装置等。根据图纸资料，掌握支吊架热态位移方向、设计工作载荷以及是否涉及偏装等。
(2)结合机组运行工况，选取机组在运行时的状态作为热态检查支吊架的条件。热态检查支吊架即是根据设计图纸，对管路沿线支吊架的受力状态进行刻度巡视，以及对支吊架的安装位置、顺序以及支吊异常情况进行确认。
1)弹簧吊架：已吊架安装态销钉中心孔的位置为基准点(冷态基准点)，使用激光测距仪对热态下的弹簧压缩量进行实际测量，根据胡克定律即可计算得到该吊点处的实际载荷，并在设计图纸上进行记录。除记录弹簧压缩量之外，再结合弹簧吊架的常见问题进行逐一梳理查看。在一具体实施例中，弹簧吊架载荷计算如下，由弹簧指针方块上边沿在冷态时所处的位置，及在热态时所处的位置，得到弹簧指针由冷态到热态时弹簧的压缩量，再利用胡克定律即可计算出弹簧由冷态到热态的载荷变化量，再由弹簧原始长度到弹簧指针方块上边沿在冷态时所处的位置的弹簧压缩量计算求得此时的载荷，此载荷与上述载荷相叠加即可得到弹簧热态时的实际载荷。
2)恒力弹簧吊架：不同的厂家针对恒力弹簧吊架的刻度指示标记有所不同，为了对刻度的统一指示便于记录和管理，可将刻度盘分为1-9九级刻度，指示1和9分别为锁定恒力弹簧吊架状态，也即是超出9这个刻度范围该恒力弹簧吊架柔性大幅度降低，吊点刚度提升，不利于吸收管道的膨胀位移。然后使用望远镜对热态恒力弹簧吊架指针所处位置进行记录，由于恒力弹簧吊架的力矩平衡原理，弹簧载荷恒定，指针位置处于合理范围内即可。再结合恒力弹簧吊架的常见问题进行逐一梳理查看。由恒力弹簧的连杆机构可知吊杆向下拉伸时，指针刻度往吊杆侧滑动，所以定义当前状态为刻度“1”，当吊杆向下拉到极限位置时，指针也在行程的最右侧，定义为刻度“9”。当指针超过刻度“9”或超过刻度“1”时，指针运动受到阻碍会变弯曲，此时则需要调整花篮螺母来改变弹簧受力状态。
3)阻尼装置：阻尼装置的刻度指示根据行程将其分为12个刻度位置，阻尼状态在正常运行工况下不承担吊点受力，仅在安全阀动作时起到瞬间缓冲的作用，所以阻尼装置的行程以及是否漏油是记录的关键。
(3)根据每个弹簧吊点的刻度记录，进行实际载荷计算，计算出每个吊点位置热态时所承受的实际载荷，并记录备案。
(二)现场支吊系统冷态检查
冷态检查即是在机组停机检修期间，同样按照热态检查的顺序、方法步骤进行支吊架冷态检查，记录每个吊架的真实状态。最后按照记录内容进行实际载荷计算。
冷态载荷计算的目的有两点，第一是为了对比机组在经历一个运行周期后与设计态的载荷偏差情况；第二是为了与热态计算载荷进行对比，为后续的支吊架冷态调整提供数据参考，便于了解吊点的应力分布转移情况。
(三)支吊架调整前有限元应力校核及运行周期内管道应力状态监测
(1)四大管道应力水平设计态校核
即按照设计院管道轴向布置图，进行管道设计态应力校核，校核内容包括弹簧吊架选型、吊点热态受力情况、冷、热态位移以及汽轮机和锅炉出口管端推力和推力矩等，总体应力状态的一次应力、二次应力校核合格后，即可说明设计态校核成功。
(2)支吊架调整前热态应力校核
根据热态检查记录以及实际计算的吊点载荷，将实际载荷以及弹簧型式输入到应力分析软件中。弹簧吊架输入实际载荷和弹簧刚度，恒力弹簧吊架输入恒定的载荷，以及实际的热态管端初始热位移等。将这些边界条件输入后根据ASME B31.1-2016《动力管道》进行管系整体应力计算以及校核，除吊点外尤其需要关注弯头、三通等大直径厚壁管件的应力水平。根据校核结果以及现场检查结果，对管系的支吊架进行系统性调整。目的在于改善管系应力集中问题，优化管系整体的应力分布状态，从而提高管道设备的安全可靠性。
(3)运行周期内管道应力状态监测
在机组运行期间选取弯头、三通管件等大厚壁部件位置的部分节点(例如弯头的外弧外壁侧、中性面外壁侧)进行现场应力应变测试，将运行周期内的检测数据进行拟合得到应力应变随运行时间的分布规律，同时将采集到的大数据与支吊架调整前有限元应力计算数据进行对比，数据拟合后保证两者误差在5％范围内即可验证测试和有限元数值计算的准确性。
(四)现场支吊架调整过程
根据现场支吊架冷、热态检查结果以及调整前的应力计算结果出具支吊架调整方案，方案中记录支吊架台账、本次运行周期内支吊架的状态，以及需要调整的支吊架等。
(五)支吊架调整后热态有限元应力校核
支吊架在冷态下进行调整，根据热态检查结果以及应力计算结果进行部分支吊架调整。支吊架调整后，在机组运行后进行热态复查，按照调整前热态检查的步骤和方法再次进行刻度指示记录和实际载荷计算，将计算后的结果输入到应力分析软件中进行管系整体的支吊架调整后的应力计算和分析，若管系整体应力的一次应力、二次应力均小于各自许用应力，且支吊架调整之后的峰值应力相比调整之前降低15％以上，则说明本次支吊架调整达到了预期的效果。
该火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，通过对火力发电机组的四大管道支吊系统进行冷、热态检查以及对支吊架系统调整前后的应力计算校核，能够实现对汽水管道支吊系统安全状态的可靠性评价。以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种火力发电厂汽水管道支吊系统安全状态评价方法，其特征在于，包括：
步骤一，现场支吊系统热态检查：
(1)收集现场支吊系统的设计图纸资料，根据图纸资料，获取支吊架热态位移方向、设计工作载荷以及是否涉及偏装信息；所述现场支吊系统包弹簧吊架、恒力弹簧吊架、阻尼装置、限位装置；
(2)结合机组运行工况，选取机组在运行时的状态作为热态检查支吊架的条件，根据设计图纸，对管路沿线支吊架的受力状态进行刻度巡视，以及对支吊架的安装位置、顺序以及支吊异常情况进行确认；
(3)根据每个弹簧吊点的刻度记录，进行实际载荷计算，计算出每个吊点位置热态时所承受的实际载荷，并记录备案；
步骤二，现场支吊系统冷态检查：
在机组停机检修期间，按照热态检查的顺序、方法步骤进行支吊架冷态检查，记录每个吊架的真实状态，按照记录内容进行实际载荷计算；
步骤三，支吊架调整前有限元应力校核：
(1)四大管道应力水平设计态校核及运行周期内管道应力状态监测：
按照设计院管道轴向布置图，进行管道设计态应力校核，校核内容包括弹簧吊架选型、吊点热态受力情况、冷、热态位移以及汽轮机和锅炉出口管端推力和推力矩，总体应力状态的一次应力、二次应力校核合格后，确认设计态校核成功；
(2)支吊架调整前热态应力校核：
根据热态检查记录以及实际计算的吊点载荷，将实际载荷以及弹簧型式输入到应力分析软件中；弹簧吊架输入实际载荷和弹簧刚度，恒力弹簧吊架输入恒定的载荷，以及实际的热态管端初始热位移；将边界条件输入后进行管系整体应力计算以及校核；根据校核结果以及现场检查结果，对管系的支吊架进行系统性调整；
(3)运行周期内管道应力状态监测
在机组运行期间选取弯头、三通管件位置的节点进行现场应力应变测试，将运行周期内的检测数据进行拟合得到应力应变随运行时间的分布规律，同时将采集到的大数据与支吊架调整前有限元应力计算数据进行对比，数据拟合后保证两者误差在5％范围内，并验证测试和有限元数值计算的准确性；
步骤四，现场支吊架调整：
根据现场支吊架冷、热态检查结果以及调整前的应力计算结果得出支吊架调整方案；所述调整方案中记录有支吊架台账、本次运行周期内支吊架的状态，以及需要调整的支吊架；
步骤五，支吊架调整后热态有限元应力校核：
支吊架在冷态下进行调整，根据热态检查结果以及应力计算结果进行支吊架调整；支吊架调整后，在机组运行后进行热态复查，按照调整前热态检查的步骤和方法再次进行刻度指示记录和实际载荷计算，将计算后的结果输入到应力分析软件中进行管系整体的支吊架调整后的应力计算和分析，若管系整体应力的一次应力、二次应力均小于各自许用应力，且支吊架调整之后的峰值应力相比调整之前降低15％以上，确认本次支吊架调整达到预期效果。
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