开滦协鑫发电有限公司河北唐山市063100
摘要：本文针对某火电厂600MW超临界机组蒸汽取样管多次开裂、泄漏问题，通过现场勘查、分析和管系应力及支吊架计算，分析评估了管系的应力水平和管道开裂、泄漏的主要原因，提出了相应的处理措施，处理措施效果良好，对此类管道支吊架的设置与安装具有重要的参考价值。
关键词：管道；开裂；应力
1前言
国内火电厂锅炉范围内的吹灰、蒸汽取样、压力测量、疏水、放气等管道一般都是由锅炉厂提供安装示意图，由电建公司现场自行设计安装，缺少相应的设计图纸，所以在安装、检修中，管道的管线布置、支吊架的配置常常存在很大的人为性。其存在的问题往往容易被人们忽视，认为这些管道的安全问题不是那么重要。然而，这些管道的压力和温度都比较高，且绝大部分布置在锅炉平台、走廊附近，一旦开裂、泄漏，同样可能发生机组迫停，造成很大的经济损失，甚至发生人身伤亡事故。因此，应对这类管道的安全运行予以重视。
某电厂一期2×600MW超临界机组的锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司生产，于2010年相继移交生产运行。机组投运后，主蒸汽、高温再热蒸汽管道蒸汽取样管多次发生开裂、泄漏事故，影响了机组的安全运行，造成了一定的经济损失。2014年2月，在2号机组正常运行中，发现主蒸汽管道蒸汽取样管开裂、泄漏，造成2号机组被迫停机修复。
2管道及支吊架布置情况
该型号锅炉主蒸汽管道共有1条蒸汽取样管、2条远端压力测量管、2条就地压力表管道，这里我们取多次发生开裂、泄漏的2号炉蒸汽取样管进行分析。蒸汽取样管从主蒸汽管道上方接管座引出，管道布置如图1所示，开裂泄漏位置在接管座大小头及手动阀前焊缝处。
由于该管道多次发生泄漏，且位于主要通道附近，为了避免发生人身伤害，电厂相关部门特意在保温层外制作了一层2mm厚的钢板保护壳。该管道的规格为φ32×9，管道材质为A335T92，介质温度为605℃，介质压力27.46MPa。
图1a主蒸汽管道蒸汽取样管照片图1b主蒸汽取样管立体布置图
3管系应力计算分析
根据该放气管道及支吊架的现场布置情况和设计参数，对该管道的管系应力进行计算分析，应力计算使用CAESARII5.3软件，计算结果见图2及表1。
图2主汽管道蒸汽取样管应力计算结果
由图2可以看出，在原来的管线布置和支吊架配置情况下，从接管出口到固定支架段绝大部分为红色，表示其一、二次应力均超过了材料的允许值。
表1主蒸汽取样管最大应力计算结果（改造前）
位置应力分类最大应力计算值(MPa)应力许用值(MPa)计算值/许用值（%）管道最大应力点σ1128.7886.93148.1σ21680.22208.36806.4接管座大小头σ172.6886.9383.6σ21680.22208.36806.4阀门前焊口σ1102.5986.93118.0σ2517.29194.10266.5
由表1整个管道的最大的一次应力为允许值的1.2倍，位置在图1b的S1处。整个管道的最大二次应力点在接管座大小头处（图1b的S2位置），最大二次应力值为1680.22MPa，允许值为208.36Mpa，二次应力超标8倍。手动阀前焊缝处一次应力略有超标，二次则大大超过允许值（约2.7倍）。
3.泄漏原因分析
蒸汽取样管道从主蒸汽管道引出，引出点前的主蒸汽管道支吊架三向热位移分别为（△X:-37，△Y:-130，△Z:91），引出点后支吊架的三向热位移分别为（△X:0，△Y:-167，△Z:113）。此段主蒸汽管道热位移向炉前和向上的热位移量很大，取样管上却使用了固定支架，使管道的热位移受到严重限制，造成二次应力严重超标。加装钢板保护壳增加了管道自重,造成一次应力超标。
基于上述的计算与分析，主蒸汽取样管道的开裂、泄漏主要是因为管系二次应力严重超标造成的，而固定支架的管卡约束是管系二次应力超标的原因。
4处理措施
为了降低管道的一次、二次应力，需要对管道布置和支吊架配置重新进行优化改造设计。经反复验算和优化设计，采取了如下的处理措施：将原有1号固定支架的U型管卡拆除，改为恒力弹簧吊架。优化设计后的管系最大应力计算结果见表2。
表2主蒸汽取样管最大应力计算结果（改造后）
位置应力分类最大应力计算值(MPa)应力许用值(MPa)计算值/许用值（%）最大应力点σ129.2486.9333.6σ2112.43258.4743.5接管座大小头σ128.2486.9332.5σ210.62252.804.2阀门前焊口σ127.6386.9331.8σ222.10253.418.7
由表2可知，优化设计后的管系最大一次为允许值的33.6%，位置在图1b的S3处；最大二次应力为允许值的43.5%，位置在图1的S4处。优化后管系的一次、二次应力均合格，可以按照此种方案对该管道及支吊架进行改造。
5结论
1）主蒸汽取样管的开裂、泄漏主要是因为管系二次应力严重超标造成的，而管卡约束是管系二次应力超标的原因。
2）针对取样管道二次应力严重超标的问题，经反复优化验算后，提出了相应的降低管系应力处理措施。处理措施实施后，经机组多次启停和长期的运行后，取样管道没有再发生开裂、泄漏问题，这说明取样管道开裂、泄漏问题的原因分析和提出的处理措施是正确、有效的。
3）电厂对于取样、疏水、放气等小口径管道的管线布置和支吊架的配置，应充分考虑管道的热膨胀问题，以免管道受到较大的约束而发生开裂、泄漏问题。
参考文献
[1]《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T5366-2006，中国电力出版社.
[2]《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996，中国电力出版社
[3]安付立《某330MW流化床锅炉屏过出口集箱连接管放气管道开裂原因分析与处理》《理化检验（物理分册）》.2012
作者简介：何向南、锅炉点检、福建大唐国际宁德发电有限责任公司设备部