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【摘要】锅炉吹管是锅炉电站建设中的一个重要过程,以往项目吹管的管道设计由现场施工单位负责,所以管道布置通常是根据现场情况进行布置,管道的管径、壁厚以及应力情况通常缺少必要的计算分析。近年来,建设单位及相关监管部门从安全角度出发,加强了对锅炉吹管施工前图纸及资料的审查,要求吹管设计工作必须由具有专业设计资质的设计院进行设计,所以本文结合以往机组的执行经验,对锅炉吹管用临时管道的设计技术做以总结,介绍。
【关键词】锅炉;管道;蒸汽;吹扫;阀门;系统图;布置;应力;支架;
锅炉过热器、再热器及其蒸汽管道系统的吹扫是新建机组投运前的重要工序。虽然锅炉吹扫技术已趋于成熟和标准化,但由于各项目的实际情况部门,也时有出现了吹管管道布置不合理、吹管附件参数规格选取不合理等问题,为了提高机组运行的安全性和经济性,需要对锅炉吹扫技术进行全面的了解,确保吹管管道设计的准确。
1、吹管临时管道布置原则及经验
由于吹扫管道为临时管道,吹扫完成后临时管道需要拆除,因此在吹扫管道设计时需要同时兼顾考虑经济性和安全性。
1.1经济性可从以下考虑:
1)管材、壁厚:
设计温度不高于425℃且设计压力低于6.3MPa时,临时管道材质可采用20号钢,如果设计压力高于6.3MPa,则选用20G;设计温度高于425℃时,临时管道材质需采用合金钢。由于吹管临时管道不会长时间带压运行,所以在进行壁厚计算,新管可不再考虑腐蚀余量,但对于非初次安装的钢管,应根据其实际情况,考虑充分的腐蚀余量。
2)吹扫接口位置选择:
进行现场勘测,合理选择吹扫接口位置点,接口位置尽量选择在原有管线膨胀量小(如固定点)处,同时还要使得原有管道能最大范围得到吹扫,及接口位置周边空间要便于临时管道安装施工作业。
a.对于主蒸汽管道接口位置一般选在主汽门处;
b.对于冷再热管道接口位置一般选在尽量靠近高压缸排汽口处;
c.对于热再热管道接口位置一般选在中联门处。
3)管道路径布置:
管道路径选取要充分考虑现场设备及梁柱及平台位置,使得临时管道施工方便和布置路径简短。管道布置时应在满足应力计算及管口推力的情况下尽量减少弯头数量,保证蒸汽流动顺畅,如果是多台机组同时进行吹扫,还应尽量保证支管管道对称布置,使蒸汽阻力及流量分配均匀。
4)应力计算软件参数设置:
在应力计算软件中不再考虑地震、风雪等外载荷。
1.2 安全性可从以下考虑:
1) 应力分析:
吹管临时管道应力计算主要分为一次应力计算和二次应力计算。
一次应力指由于压力、重力与其他外力荷载的作用所产生的应力。是平衡外力荷载所需的应力,随外力荷载的增加而增加。一次应力的特点是没有自限性,即当管道内的塑性区扩展达到极限状态,即使外力荷载不再增加,管道仍将产生不可限制的塑性变形,直至破坏,因此要严格控制一次应力的数值,使其控制在许用应力范围内。
2) 合理的设置疏水点:
疏水位置不合理会引发事故。蒸汽吹扫临时连接管道和临时排汽管道水平布置疏水坡度不应小于0.003。临时管道在最低点应设置疏水点和放水点,以避免吹管初期及过程中发生的水击风险。
1.3 临时管道支架设置经验:
1)支吊架尽量采用门型框架,应充分的利用管道的自然补偿,少用甚至不用弹簧支吊架;
2)支吊架管部件可采用槽钢或直接不用管部件,当未采用管部件时,管道与下方支撑结构应有隔热方式,以避免下方结构受热而造成破坏或承载能力下降情况;
3)合理加大支吊架间距,以此减少型钢用量;
2、吹管管道附件的选取
2.1临吹阀门选型:
锅炉吹管时,吹管蒸汽温度一般控制在400-420℃,也有些再热器的温度高于450℃,由于降压吹管无法投入减温水,因此在吹管时根据选择的温度参数来确定阀门公称温度,原则是选择的公称温度不应低于设计吹管温度。
降压吹管时,吹管导则推荐的吹管压力2.4-6.5MPa,根据机组大小的不同,吹管压力选择不同,但吹管导则要求吹管临时门的压力等级为16Mpa,对于一些小机组来说,临吹门压力等级远大于锅炉设计压力等级,而在稳压吹管时,吹管压力则更低,由于高压参数的阀门费用较高,建议降压吹管时临吹门选型压力等级为吹管参数的1-2倍左右,稳压吹管时,临吹门选型压力等级为吹管压力的2-3倍。
2.2 三通
临时管道宜采用Y型的汇集三通,两管之间夹角宜选择30°~60°锐角。
吹管管道为临时管道,但三通应尽量采用成型三通,避免现场制作,如因项目采购困难需要在现场制作时,则为了避免三通接口处的应力过大,在运行过程中出现撕裂,造成运行事故,需要在三通焊口位置进行加固。加固型式可采用披肩加固和钢筋补强加固。
2.3 集粒器选取
集粒器是安装在各级再热器入口,用来收集再热器前设备及管道蒸汽吹扫所携带杂质的装置。
a)集粒器的设计制造应符合GB 150的规定,且设计压力应不小于6.0MPa,用于降压吹管的集粒器设计温度应不小于450℃,用于稳压吹管的集粒器设计温度应不小于530℃,阻力应小于0.1MPa。如吹管参数高于以上设计参数,则应相应提高设计参数,保证吹管安全。
b)集粒器通流小孔总截面积应不小于上一级蒸汽管道有效截面积的6倍。
c)集粒器应靠近各级再热器入口、水平安装并搭设便于清理的操作平台。
d)布置在汽轮机房时,集粒器后的再热蒸汽冷段管道应预先进行清理,并经验收合格。
2.4 消音器选取
消音器是降低蒸汽吹管排汽噪声的装置。
a)消音器的设计和制造单位应具有相应的资质,通流面积应满足吹管参数、降噪和阻力要求,符合GB150的规定。
b)消音器设计压力应不小于1.0MPa,阻力应小于0.1MPa。
c)用于降压吹管的消音器设计温度应不小于450℃,用于稳压吹管的消音器设计温度应不小于530℃。
2.5堵板选取
2.5.1 300MW以下容量的超高、高、中压机组的主汽门临时堵板、临时短接管和法兰应由汽轮机制造厂提供,且设计压力和温度符合下列要求:
a)一次再热机组临时堵板、临时短接管和法兰,主蒸汽系统设计压力应不小于10.0MPa,再热蒸汽系统设计压力应不小于4.0MPa;
b)二次再热机组临时堵板、临时短接管和法兰,主蒸汽系统设计压力应不小于10.0MPa,一次再热蒸汽设计压力应不小于6.0-8.0MPa,二次再热蒸汽设计压力应不小于4.0MPa;
c)设计温度降压吹管时应不小于450℃,稳压吹管时应不小于530℃。
如吹管参数高于以上设计参数,则应相应提高设计参数,保证吹管安全。
2.5.2 高、中压主汽门的临时封堵装置应安装牢固、严密,并经验收合格。
2.5.3 分段法吹管时,应确认本阶段不参与吹扫的再热器进、出口堵阀(堵板)在位并保持验收合格状态。
2.5.4 堵板选取计算
a)无加固肋堵板
--堵板厚度(mm)
--设计压力(MPa)
--堵板设计直径(mm)
--设计温度下的需用应力(MPa)
、--与封头结构有关的系数,可查DL/T 5054
3、结语
锅炉吹管能否安全顺利的进行,吹管管道的布置及管道附件的选取是关键,无论是一段式吹扫还是二段式吹扫,无论是光热机组还是常规燃煤机组,合理的管道设计不仅能够大大缩短施工工期,提高机组安装质量,同时也给安装和运行人员提供了安全保障。
【参考文献】
【1】《电力建设施工及验收规范》(锅炉机组篇)DL5190.2-2012
【2】《火力发电建设工程蒸汽吹管导则》DL/T1269-2013
【3】《Internal Cleaning of Water-tube Steam Generating Plants and Associated Pipework》-VGB