9F级燃气轮机余热锅炉高温段穿墙管超温的处理_孙伟博.pdf
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1、2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 199 9F9F 级燃气轮机余热锅炉高温段穿墙管超温的处理级燃气轮机余热锅炉高温段穿墙管超温的处理 孙伟博(北京京丰燃气发电有限责任公司,北京 100074)摘摘 要:要:余热锅炉高温段穿墙管超温是电厂普遍存在的现象,一直是行业内的难题。特别是对于调峰机组,随着机组启停次数增加,原有锅炉厂设计的穿墙管密封、保温结构无法适应管道频繁膨胀收缩,随频次增加而逐渐失效,造成穿墙管严重超温。超温不但会增加锅炉热损失,还会对巡检人员带来安全隐患,对承重梁/柱和炉外支撑钢结构强度带来
2、严重影响,严重威胁机组安全。文章着重阐述该厂对原穿墙管结构的超温分析和创新改进,供国内同类型机组参考。关键词:关键词:余热锅炉;穿墙管;超温 引引 言言 北京某电厂 1 号机为国内首台 9F 级燃气轮机,型号为三菱重工制造M701F型。配套余热锅炉型号为DG287/10.67/38.2/3.73/48.2/0.49-M102。余热锅炉为卧式、自然循环、三压再热、无补燃、露天布置(炉顶小间封闭)型式,由东方菱日锅炉有限公司制造,也是国内首批设计制造并投运的9F 级余热锅炉。其中一级再热器入口管道、一级再热器出口管道、二级过热器入口管道共计 18 根穿墙管分布在锅炉高温烟气侧由炉底板引出排布。穿墙
3、管炉膛内侧为金属波纹管制作的膨胀节,用以吸收管道膨胀、收缩产生的轴、径向位移;炉膛外侧为金属保温盒内部填充保温棉结构形式,以起到保温、隔热作用。但随着机组调峰作用日益显著,启停次数增加,管道频繁的冷、热态交替变化,原穿墙管结构设计无法满足现实工况要求,造成超温,如表 1 所示。该厂从超温原因分析入手,对原穿墙管结构进行优化改造,改造后效果明显。表表 1 20181 2018 年高温年高温段穿墙管表面温度段穿墙管表面温度 单位:管道 名称 测温 位置 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 二级 过热器 入口 测点 1 321 312
4、 348 342 停机 检修 378 397 389 停机 检修 356 352 334 测点 2 316 334 342 340-384 376 402-363 334 331 测点 3 301 351 319 372-372 385 379-352 351 340 测点 4 352 342 381 308-308 342 333-348 342 351 测点 5 316 316 301 306-389 384 378-342 330 333 测点 6 325 325 352 374-402 372 384-334 340 352 均值 322 330 341 340-372 376 378
5、-349 342 340 1 1 超温原因分析超温原因分析 1.1 炉内密封结构破坏 原穿墙管阻止烟气外泄的密封装置主要是依靠炉膛内金属膨胀节来实现,而金属膨胀节的主要结构为金属波纹管。金属波纹管是指镀锌或不镀锌低碳钢带螺旋折叠咬口制成的金属管1。主要由波纹管部分和两端配合连接部分所组成(为一次性加工成型)。金属膨胀节下端与炉膛内部底板焊接,上端与管道预留凸台焊接,中间波纹部分套住管道。该膨胀节主要起到两方面作用:第一是密封作用,防止炉内烟气从穿墙管道与炉底板缝隙泄露。第二是吸收管道膨胀收缩引起的轴向、径向位移。实际检修中发现,超温严重区域的穿墙管道内部金属膨胀节多有开焊或波纹管开裂情况发生。
6、分析其原因:其一为波纹管长期参与机组调峰,频繁的冷热态变化造成热疲劳,引起热交变应力。达到装置的抗疲劳极限,引起疲劳开裂。其二是金属波纹管的厚度较厚,使得波纹段韧性较低,无法满足工况需求。密封装置破坏,造DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.042200 孙伟博:9F 级燃气轮机余热锅炉高温段穿墙管超温的处理 成锅炉入口高温烟气向外泄漏形成通流,从而导致穿墙管区域发生严重超温。1.2 炉外缺少密封结构 穿墙管因机组冷热交替会发生轴、径向位移,与炉外保温盒发生相对位移。因此原有设计并未对炉外保温盒与管道进行连接密封,存在较大缝隙。当炉内金属膨胀节损坏无法及时发现处理时,
7、烟气由缝隙处泄漏。炉外没有有效的密封装置阻止烟气外泄,是造成穿墙管区域超温的又一因素。1.3 炉内管道伸长形成裸露 当机组热态运行时,炉内受热面联箱管道膨胀伸长,致使原本在炉内的管道伸出炉外,形成裸管。虽有外部保温盒,但伸出管道无保温紧贴包裹,致使热量从保温盒与管道间缝隙向外扩散,造成超温。1.4 保温损坏失效 保温损坏失效要从两方面讲,一是因炉膛内底部护板变形,造成护板内保温棉被烟气吹散损坏,失去隔热效果,从而造成超温。二是保温盒内直接填充保温棉,当管道频繁冷、热交替产生相对位移时与盒内保温棉相互摩擦、挤压。造成保温棉堆积、老化进而失效,失去隔热作用,造成超温。2 2 处理措施处理措施 该厂
8、针对造成超温的 4 个原因进行对症处理,分别对炉内密封结构、炉外密封结构、管道伸长形成的裸管和保温填充方式 4 个方面进行优化改进,从结构形式和安装方面着手,最大限度增强穿墙管密封结构强度、密封性和隔热性。2.1 针对密封性 2.1.1 改进金属波纹管 原膨胀节密封主要依靠焊接金属波纹管实现。金属波纹管因其用途不同而选择不同的金属材料。因其材质不同,故所加工制作的金属波纹管性能及用途也有所不同2。波纹管处壁厚较薄的原因:波纹管管壁薄更容易吸收热胀以及轴向,横向位移,已满足功能要求3。该厂对波纹管材质选择与规格方面重新确定,将原波纹段与连接短管的 310S 与SUS321 材质改进为 SUS31
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