火力发电厂汽水管道应力验算与应用.pdf

第 1 8 卷 第 5 期 2 0 0 5 年 5 月 广 东 电 力 GUANGD0NG EL ECI RI C P OWER Vo 1 ． 1 8 No ． 5 M a v 2 5 文章编号 1 0 0 7 2 9 x 2 0 0 5 0 5 一 O 0 I 一 0 4 火力发电厂汽水管道应力验算与应用 林友新，窦洪，肖志前 广东省 电力试验研 究所，广东 广州 5 1 6 摘要对 6 0 M W 机组主蒸汽管道采用以等值刚度为基础的组合单元法编制的管道设计专用程序进行应力验算 并分析结果，为此，提出了在役机组汽水管道应力验算中以及管道检验工作中需注意的问题，可供运行人员参考。 关键词 火力发电厂；汽水管道；应力；验算 中图分类号T K 2 2 8 文献标识码 B S t r e s s c h e c k i n g c a l c u l a t i o n o f s t e a m wa t e r p i p e s i n t h e r ma l p o we r p l a n t s a n d i t s a p p l i c a t i o n LI N Yo u x i n， DOU Ho n g ， XI AO Zh i q i a n Ou a n g d o n g P o we r Te s t Re s e a r c h I n s t i t u t e，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 { ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e s t r e s s c h e c k i n g c a l c u l a t i o n a n d t h e r e s u l t a n a l y s i s f o r t h e 6 0 0 MW u n i t ma i n s t e a m p i p e s a r e ma d e b y t h e s p e c i f i c pr o g r a m c o mp i l e d b y t h e c o mb i n e d u n i t me t h o d b a s e d o n e q u i v a l e n t r i g i d i t y、P o i n t s f o r a t t e n t i o n i n t h e s t r e s s c h e c k i n g c o mp u t a t i o n a n d t h e i n s pe c t i o n o f s t e a m -wa t e r p i p e s o f i n - s e r v i c e u n i t s a r e o f f e r e d t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r O pe r a { o r s ． Ke y wo r d s t h e r ma l p o we r p l a n t ；s t e a m wa t e r p i pe s t r e s s ；c h e c k i n g c a l c u l a t i o n 应力验算是管系应力分析的基础。大型火力发 电厂的大容量、高参数特点，使得管道承受的压 力、温度增高，尺寸增大，管系应力和对设备推力 的控制更加严格。管道应力计算 ，主要是计算管道 在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力 和在热胀 、冷缩及位移受约束时所产生的二次应 力，以判明是否满足管道本身和其连接的设备安全 运行的要求。 1 管道应力验算方法 1 ． 1 一次应力的验算 O L p D ／ D 一 D ． 7 5 i M ／ w ≤ 1 ． o E o ] ． 1 式中P 设计压力，MP a ； D。 管子外径，mm； D。 管子内径，mm； M 自重和其它持续外载作用在管子横截 面上的合成力矩，N mm； w管子截面抗弯矩，N mm ； 收稿日期2 0 0 4 1 2 2 7 E o 3 钢 材 在 设 计 温 度 下 的 许 用 应 力，MP a j 应力增强系数； O L 由内压、自重和其他持续的外载产生 的轴向应力之和，MP a 。 1 ． 2 二次应力的验算 O E i Mc ／ w ≤ f { 1 ． 2 J- a ” ． 2 E o 3 E o 3 一 } ． 2 式中E o 3 ” 管 道 钢材 在 2 0℃ 时 的许用 应 力，MP a ； M 按全补偿值和钢材在 2 0℃时的弹 性模量计算的热胀引起 的合成力 矩 ，N mm； O E 热胀应力，MP a ； 卜应力范围减小系数。在设计寿命 内与管道温度周期性的交变次数 Ⅳ有关。当 Ⅳ≤2 5 0 0时，_『 。 1 ； 当 Ⅳ2 5 0 0 时，厂 4 ． 7 N 。 2 计算对象的描述 计算对象为 6 0 0 MW 机组主蒸汽管道，电厂并 维普资讯 第5 期 林友新等火力发电厂汽水管道应力验算与应用 无四大管道的应力计算合格文件，在支吊架调整中， 有必要进行管道应力核算。管系总重约2 5 4 8 N，管 道计算参数见表 1 ，管系空间布置及各吊点支吊架 类型见表 2 ，物理性能各参数查阅相关规范。 表 1 管系主要参数 表2管系支吊点的类型、热态荷重、空间布置和最大应力位置 吊点 吊点类型 热态倚 蓖 N 管系空『 日 j 布置及最大应力位置 单弹 吊 单弹 吊 单弹 吊 单， 吊 单恒 吊 导向支架 导向支架 托架 托架 导向支架 导向支架 单恒吊 单恒 吊 单弹 吊 弹吊 单弹 吊 双弹吊 限位支架 双恒吊 ．f 巨吊 双弹昂 限位支架 单恒 单恒 吊 双弹吊 限位支架 单恒吊 双恒 吊 双弹吊 双弹吊 限位支架 单恒吊 单恒吊 双弹吊 7 5． 0 0 0 8 8 0 0 0 48 0 0 0 8 4， 5 4 9 1 4 4 ． 0 9 7 4 6 8 ． 5 1 3 4 8 0 ． 6 21 1 4l 、 7 2 4 9 9， 1 0 2 4 0 0 0 0 7 9 ． 0 0 0 6 8 0 0 0 7 0 ． 0 0 0 2 2 0 0 0 3 9 ． 0 0 0 6 5 0 0 0 3 6 ． 0 0 0 3 6． 0 0 0 5 5 0 0 0 4 2 5 5 7 0 6 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 - 2 5 0 0 0 1 0 4 ． 5 9 2 管号 1 管号3 注管系空间布置中的 1 1 1 ，2 2 2 ，3 3 3 ． 4 4 4 标号为管子的冷紧口。 。2 3 4 5 6 7 8 9 m 拟 删 枷似 维普资讯 广 东 电 力 第 1 8 卷 3 计算对象的简化和边界条件的处理 计算中需简化和处理下列问题 a 管道冷紧的处理。从图纸 中查取冷紧值， 并确定冷紧值的正负号。 b 对管道坡度的处理。为简化计算，按无坡 度处理。 c 水重的处理。支吊架结构荷重中未考虑水 重，水压试验的情况另行单独计算。 d 应力范围减小系数 ．厂 的处理，在设计寿命 内与管道温度周期性的交变次数 JV≤2 5 0 0 ，厂 1。 e 弹簧荷重转移系数，宽松处理，取 0 ． 3 5 。 f 对管道三通、阀门等刚性件进行简化处理。 g 为计算简单 ，对部分弯管进行简化。 h 管端 附加位移的处理，因无法获取设计 值 ，按连接端点的设备情况进行估算。 i 由于是在役机组的应力校核，故还涉及到 实际热态荷载的处理，可见表 2 。 4 计算结果及分析 4 ． 1 应力验算结果及对设备端点的推力 各吊架支点一、二次应力均应满足公式 1 和 2 ，其中最大应力的位置参见表 2 。各吊架支点一、 二次应力验算见表3 ，从表3中可知，各吊架支点最 大值均在允许范围内，满足要求。应力验算中，还 需考察设备端点推力。应考察三种设备推力，即初 热推力、初冷推力、松冷推力。对于在役机组，主 要考察计算管道应变自均衡后冷状态下的力和力矩， 即松冷推力。对设备端点的推力要满足端口设计推 力的要求，以保证设备的安全。根据表 4 ，最大推 力为一3 8 1 3 2 ． 7 N，最大力矩为一9 1 8 5 5 ． 6 N m， 无明显异常。 表 3 管系吊架支点最大应力及其位置一览表 4 ． 2 应力分布曲线 一 次应力分布见图 1 。由于管系的复杂性，只 绘制出了主管的一次应力分布曲线。按计算公式 1 ，管道在工作状态下，由持续载荷即内压、自 重和其它持续外载产生的轴向应力之和必须小于钢 材在设计温度下的许用应力。内压折算的轴向应力 仅与设计压力和管子的规格有关 ，与支吊架的状况 无关，通常情况下，沿管线分布较均匀。由自重和 其它外载产生的弯曲应力折算成的轴向应力，与吊 点位置、支吊架状况有关，并且沿管线分布很不均 匀，决定了最大一次应力出现位置和大小，若出现 承载异常的支 吊架，如失载、弹簧松弛、偏斜过 大，甚至导致严重的载荷转移，必然改变整个管系 的一次应力分布，甚至导致一次应力超限。因此 ， 支吊架维护和调整工作的实质，就是通过对支吊架 的维护和调整改善管系的应力状况和对设备的端点 推力，从而提高管系和设备运行的可靠性。 图 1 一次应力分布图 从图 1 可以发现，吊点附近通常是一次应力的 峰值点，也即是自重和外载产生的弯曲应力的峰值 点。若此处布置焊缝，焊缝存在的应力集中和这种 弯曲应力峰值的叠加，使得原本是薄弱环节的焊缝 更加危险。在管道的安全性能检验中，支吊点附近 管道是检验工作中的一个重点。若支吊架附近布置 有焊缝 ，应加强对此焊缝的检查工作。 二次应力分布见图 2 ，这里只绘制出了主管二 次应力分布曲线。最大二次应力为许用值的 3 7 ％， 反映管系的自补偿能力较优，管系设计合理。 维普资讯 第 5 期 林友新等火力发电厂汽水管道应力验算与应用 1 3 5 结束语 图 2 二次应力分布图 a 在役机组运行过程中，管道及支吊架的完 整性如果没有发生破坏，即没有发生吊架的失效、 松弛、压死、完全失载等情况，甚至改变吊点类型 的情况出现时，在役机组汽水管道应力校核，和一 般的设计计算在计算要处理的问题无太大的差异， 但有以下差异在役机组因已有现场的实际位移和 荷载的值，需要适当地处理这些条件；由于计算的 目的不一样，在役机组的应力校核可以适当地对计 算对象进行简化。如果管道和支吊架的完整性受到 破坏，则载荷的转移和再分配是一个复杂的结构力 学问题 ，必须进行综合分析建立适当的力学模型， 才可能得到合理的计算结果。 b 在役机组支吊架调整和维护的实质，在于 改善管系的应力状况和对设备的端点推力，从而提 高管系和设备运行的可靠性。 c 管系应力计算结果和管道的检验相结合， 可以使管道检验更加有针对性。 参考文献 [ 1 ]王致祥，梁志超，孙国模，等．管道应力分析与计算E M] ．水 利电力出版社，1 9 8 3 ． E 2 ]S D G ．I 6 9 O ，火力发电厂汽水管道应力计算技术规定E s ] ． E 3 ]D L 5 0 3 1 1 9 9 4 ，电力建设施工及验收技术规范管道篇E S ] ． 1- 4 ]D L ／ T 6 1 6 1 9 9 7 ，火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导 则[ s ] ． E 5 ]D L ／ T 5 0 5 4 1 9 9 6 ，火力发电厂汽水管道设计技术规定E s ] ． 作者简介林友新 1 9 7 3 ，男，福建长汀人，锅炉工程师，工 学硕士，从事锅炉压力容器检验及支吊架调整工作。 维普资讯