火电厂高温管道的弹簧支吊架,其工作荷重的设计值是理论值,往往不等于实际值,在安装时必须按实际的工作荷重对弹簧支吊架进行调整,称 冷态调零 。高温管道在运行中会产生热位移,热位移的设计值也不等于实际值,在 冷态调零 的基础上还要进行热态调整,称 热态调零 。对于30  万kW 及以上的大机组,热态调整是保证高温管道安全的一个不可缺少的工序。

　　1 影响高温管道安全的因素

　　高温管道是火电厂众多管道中的主体管系,由它引起的事故不仅要停机停产,还会造成厂毁人亡的后果。因此,保证高温管道的安全运行是确保电厂安全的重要方面之一。影响高温管道安全的因素如下:

　　(1)由热位移(热膨胀)引起的热应力超过材质的允许应力后,引起机械性爆破。

　　(2)由管重和保温合成的自重应力,在应力计算中只考虑支吊架正常跨距引起的外载力,未考虑非正常的外载应力,若出现支吊架运行不正常造成的脱载,致使原始热应力计算失效,无法保证管系安全。

　　(3)由运行操作失误而引起的事故,如疏水、暖管等造成的动态冲击爆管。

　　(4)由温差应力造成的后果,如支吊架无保温,特别对低合金钢管材长期处在温差较大的环境下更能产生温差应力,对管道材质引起损伤,造成隐蔽事故。故需使用先保温后装支吊架的节能型转载式支吊架。

　　(5)弹簧支吊架性质定性不当、或定性点失误(如该自由而导向或该点有向上位移而定为刚性等),造成的增加推力以及脱载等后果,其性质与爆管无异。

　　(6)由管系中垂直位移所配的弹簧有误、或是计算不当引起的弹簧失配以及弹簧本身的问题等,所造成的后果是部分脱载,属隐蔽性事故。若整体设计中的安全系数偏低,很容易扩大事故的范围。

　　2 弹簧支吊架调整的目的

　　2.1  注意设计值与实际值不相符的问题在设计中的工作荷重是理论值,它不等于实际值。例如,与设备相连的管系究竟按多少比例来分配,静力矩分配如考虑坡度后的修正值该多少,管道单重与保温厚度容重的误差、安装偏差以及垂直管系的分配,在设计时往往是主观取值,它不符合实际值。

　　关于热位移理论,除了特别简单的管系能正确判断外,大多数管系的理论热位移值与实际值不相符。所以,设计中所配的弹簧只能是一个参考值而已。

　　2.2  冷态调零 与 热态调零

　　由于弹簧支吊架在设计中的工作荷重仅是一个参考值,需求真正的实际荷重。故在冷态中以调整求取,这就是俗称的 冷态调零 。

　　同样,在弹簧支吊架设计中的热位移值也是一个参考值,甚至在个别工程中失去参考价值。故在 冷态调零 的基础上用热态来恢复(即调整),这就是俗称的 热态调零 。

　　关于冷态与热态的关系在于:如果只作冷态调整,不作热态调整,热态时的外载附加应力增大;如果再作热态调整,则运行状态下可消除外载附加应力;由于管系不同于机、炉,停机停炉时多数管系不停,长期处在年运行8  760 h 的工况下,少一些应力,可增加管系的寿命。因此,冷态调整是基础,热态调整是目的。

　　3 弹簧支吊架调整方法

　　3.1  冷态调零

　　当安装管系时,分段吊装、定位,把临时支吊架定位在管系上(多数支吊架没有刚性过渡结构,可用正式支吊架直接代用临时支吊架,如以往将弹簧支吊架用圆钢临时焊死,使弹簧失去作用),此时的支吊架为刚性。当设备接口及各管段焊口完毕后(包括冷紧工艺和措施),临时支吊架(或刚性支吊架)上所承受的力均为自然承载力,加上保温后,即成为真正的工作荷重。

　　按定位后的管线(包括已冷紧),在无位移的结构上(如土建的梁、柱、楼板等以及支吊架的根部)装设一个指针到支吊点的管中心处,并作出刻度表计,中心点零处为冷态的实际负重点。当刚性支吊架变成弹簧支吊架

　　架时,该点必然动作,指针下移时表示弹簧预压力大于实际荷重,上移时表示弹簧预压力小于实际荷重。把弹簧压紧或放松使指针调到零位,即为 冷态调零 ,此时弹簧的承受力等于实际荷重。若弹簧调整不到零位,说明多数弹簧选型偏小,也就证明设计计算荷重有误。当冷热二态全部调好并作好详细记录后,指针装置可拆除。

　　调整步骤为从上至下、从设备联接处至固定支架或从固定支架至设备。在调每一只弹簧时,要预先作好记录准备,内容为:弹簧型号、最大压缩量与最大荷重(有出厂记录还不够,尚需工地再作一次实测记录)、预压量(预压换算荷重)、现场调零时的压缩量(换算荷重)、第1次粗调值、第2  次细调值、第3 次精调值。假设管系中有10 个支点,需将10  点换算荷重相加,去核对设计中的工作荷重以及工地实际安装材料的总重,不平衡的多余部分必然分担在设备接口上,尤其要核对汽机接口的允许静载值,以免造成对汽机过大的影响。

　　对弹簧支吊架的现场测试非常重要。以往工程都忽略了这点,认为弹簧制造厂既然出厂必然正确,这是一个误会,因为弹簧制造厂不生产弹簧钢材,最长的一只弹簧需长7  m或以上的弹簧圆钢,治金部门不可能保证在7  m的弹簧圆钢中每一点材质都均匀。位移越大的弹簧其质量越难保证,而温度越高的管道,位移越大。所以施工现场复测弹簧特性是必不可少的一道手续,否则,整个调整过程的数据都是虚伪的值。

　　假设从汽包至汽机有一管系,如图1 所示。整体调整程序为:以靠近上端设备的第1 个支点为起点,调好后只能称粗调;调第2 只时会影响第1  只,故回过来细调第1 只;调第3 只时,第2 只为细调,第1 只仍需检查有否需要精调的必要,一般情况只需细调;以此类推,直到调最后1  只,整根管系冷态调整结束。

　　3.2  热态调零

　　 热态调零 是指在有位移的情况下,该支点仍需承担其实际行重。但实际荷重已在 冷态调零 时解决,所以 热态调零 是在冷态的基础上而言的,没有冷态的数据,无从调起。过去有人认为可以不用冷态而直接用热态调,那是基于设计计算上的数据,上述已阐明设计值本身是一个虚伪的值,那么用这个值去调等于是虚调,毫无意义。

　　热态调整步骤与方法与冷态相同,也是从冷态的第1 只弹簧开始到最后,把冷态上作出记录的值用在热态上。如第1  只在冷态时弹簧压缩值为62mm,由于热态向上位移,弹簧压缩值变为55 mm(说明向上位移7 mm),这时仍需回复压至62  mm,说明在热态时所承受的荷重与冷态相同,即可完成热态调整的目的。

　　弹簧支吊架在热态调整过程中同样要作好调整记录,内容为:冷态时的弹簧高度(或压缩值),升温后的弹簧高度(或压缩值),该点实际位移量,校核设计中的热位移值。在整根管系中如有刚性吊架,发现热态拉杆松动应及时与设计部门商议,换支吊架或改支吊点。

　　4 其他问题

　　4.1  上述调整的对象是针对直接使用线性弹簧而言,如遇恒作用力支吊架时,会遇到困难。因为普通弹簧支吊架内有的设刚性装置,有的没有,工地上也会用临时焊接固定,在调整时焊割松开。如遇H  形恒作用力弹簧支吊架,既无刚性设置,又难焊接固定,可在根部项板与活动内壳间塞物卡死,调整时取下即可。但用恒作用力支吊架会有一大缺点,即不可能求出实际荷重(因只有框限范围,无定量固定值)。所以,不可能在整体管线上全用恒作用力弹簧支吊架。

　　4.2  原电力部从未对此专题进行深入研究。因过去隐蔽事故从未造成灾害而被忽略;另一原因是过去装机容量小,负载小,事政机率也小。故施工与验收条例中规定在冷态调整后拆除脚手架,致使无法进行热态调整。而现在,我国把30  万kW 与60 万kW 机组作为主力机组,其管系荷重大大增加,最大的热位移可达300 mm  以上,如不进行热态调整,其隐蔽事故的机率将大大升高。为此,必需打破原有禁令,脚手架安排在热态调整后拆除。

　　4.3  对于冷热二态的调整,实际上是理论与实践的一次验证,也是要求得理论与实际间的一个修正值。这是设计部门用来提高设计水平的一次良机,更是施工部门保证安装质量的一次检验。因此,这个工作,不仅是施工人员的工作,也是设计部门的工作。在施工现场调整时,施工与设计必需组成联合调整组。调整过程记录与总结报告是留给投资方的一份重要档案。