浅析火力发电厂烟风煤粉管道支吊架设计原则

张翔宇

(中国能源建设集团 广东省电力设计研究院，广东 广州510663)

支吊架是烟风煤粉管道设计的重要内容， 主要起承受管道荷载、合理约束位移、限制扭矩过大、防止应力集中以及减少管道振动等作用，因此其合理设计直接关系到烟风道的安全与经济运行[1]。支吊架设计与烟风道的布置以及热膨胀情况直接相关，两者应兼顾考虑[2]。本文针对烟风煤粉管道的特点，介绍了各种类型支吊架的设计原则，并针对常见的支吊架失效形式提出了设计注意事项。

1 烟风煤粉管道的设计特点[1][3][7]

1.1 管径较大且容易出现积灰积粉，支吊点荷载较重

当前新建机组大多为大容量高参数机组， 燃料及空气消耗量较大，而考虑摩损及燃烧调整等因素，流速须保持在一定的范围内，因此管径通常较大，且运行中烟道及热风道中会出现积灰，送粉管道会有积粉，因此管道荷载通常较重。

1.2 设计压力较低，管壁较薄

相比汽水管道，烟风道设计压力较低，因此管壁较薄。温度较高的热风、烟道及送粉管道，可以通过加装补偿器来消除热膨胀的影响，从而大幅降低管道的刚性及其对设备接口的推力推力矩，但同时需要考虑盲板力的影响。

1.3 异形件较多，支吊点的荷载分配较难精确计算

烟风道设计时，由于空间位置有限，往往需要设计较多的异形件，但其重心较难计算，而且积灰积粉量也较难判断，因此其两端的支吊点荷载分配往往较难精确计算，若使用弹簧或者恒力支吊架，选型较为困难。

2 支吊架的设计原则[1]

支吊架主要有固定支架、滑动支架、导向支架、刚性吊架、限位装置，弹簧支吊架以及恒力支吊架等。 每种类型支吊架均有各自的使用原则及条件，他们的合理配合使用，保证了整个管系的稳定性。

2.1 固定支架设计原则

固定支架能够承受管道各方向荷载，并限制位移及扭矩，相比其他类型支吊架，其对管道的稳定性至关重要，建议在条件允许时，尽可能多设置固定支架。例如文献[4]报道了将滑动支架改为固定支架以顺利解决管道补偿器撕裂问题的案例。

固定支架是支吊架设计的重点， 通常应优先确定管道的零膨胀点。设置时应充分考虑管道热膨胀导致扭矩过大，应力集中等问题，通常与膨胀节相互配合来确保整个管系有足够的柔性。另外设计时应仔细校核焊缝强度，并考虑足够的余量来保证其可以承受各种异常工况下的管道荷载及热应力。

2.2 滑动及导向支架的设计原则

滑动支架仅能够承受管道的竖直荷载， 并允许有少量热位移，在烟风道中广泛使用。通常通过在其与生根面间加装聚四氟乙烯板来减少滑动摩擦阻力。常见的失效形式为失载脱空、接触面位移受阻、支撑件破坏等。 在设置时，应充分考虑支点的位移，防止管道晃动，并核算支撑件的强度。

导向支架是限制了水平位移的滑动支架，通常在烟风道中设置导向支架以限制水平位移及平衡盲板力，管道四个方向设置导向支架可以固定管道中心点，但相比固定支架，其无法限制管道角位移。相比滑动支架，还需着重校核导向挡板的强度。

2.3 刚性吊架设计原则

刚性吊架与滑动支架的功能类似， 能够承受管道竖直向下荷载，并允许管道有少量的水平位移，《火力发电厂汽水管道设计技术规定》要求拉杆与竖直方向的角度不超过4°，否则需要偏装[3]。刚性吊架常见的失效形式为向上脱空、拉杆弯曲、失载倾斜等[5-6]，因此设计时应充分考虑管道荷载以及吊点在各个方向的位移。 相比弹簧吊架，其为刚性连接，对管道约束性更强，因此应尽量多设置刚性吊架。对于荷载较重的矩形风道，宜采用横担型式，稳定性会更好。

2.4 弹簧支吊架及恒力支吊架设计原则

弹簧支吊架能够承受管道的竖直荷载， 并允许有适量的竖直位移，因此可以有效防止脱空，同时也可以吸收少量的水平位移，《火力发电厂汽水管道设计技术规定》要求拉杆与竖直方向的角度不应超过3°[3]。

弹簧支吊架主要的失效形式为过载、失载及弹簧损坏等[5-6]，主要由弹簧选型不够准确引起。弹簧型式需要根据冷热态荷载及其位移专门选型，但相比工质稳定、形状规则的汽水管道，烟风煤粉管道中异形件较多，而且运行时可能会出现难以估量的积灰积粉，故各个支吊点的荷载分配较难准确计算。因此烟风道设计时应尽量减少弹簧吊架的使用，可以通过合理布置管道、支吊点以及设置膨胀节来尽量避免弹簧吊架的使用。

恒力支吊架是根据力矩平衡原理设计的，能够使负荷力矩和弹簧力矩在工作过程中始终平衡，以保持恒定的支承力，同时允许支吊点有较大的垂直位移。但由于其成本较高，而且和弹簧支吊架类似，烟风道的荷载位移较难准确计算，故也应尽量避免使用。

2.5 限位装置设计原则

限位装置在热风道及烟道中应用非常广泛，主要用于限制管道位移，防止管道运行晃动，克服盲板力等。设置限位装置时应注意核算其强度是否可以克服水平力的作用[5-6]。

3 结语

支吊架是管道设计的重要组成部分， 保证其合理有效设置对管道的安全、经济运行至关重要，同时其及管道布置息息相关，两者应同步进行，互相兼顾考虑，尽量做到运行安全、造价经济、安装检修便利。

［1］DL/T 5121-2000.火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程[S].

［2］范如君，陈坤.发电厂公用管道支吊架的布置和设计分析[J].广东电力，2011，24(10)：73-75.

［3］DL/T 5054-1996.火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].

［4］王军民，陈盛广，卫大为，吴晓俊，田野.凝结水入口管道补偿器频繁撕裂原因分析及消除对策[J].热力发电，2012，41(7)：112-115.

［5］安慧，安付立，韩光辉，王军民.发电机组管道支吊架常见问题分析及处理[J].热力发电，2012，41(11)：80-82.

［6］魏春明，赵星海，郑明秀，辛国华，倪绍一.电厂汽水管道支吊架失效原因的分析[J].电站系统工程，2009，25(5)：15-17.

［7］周锐.大容量机组圆形烟道设计特点介绍[J].科技信息，2009，35：796.