过热器壁温计算模型及寿命估算.docx

1999 年第 10 期电力建设·15 ·过热器壁温计算模型及寿命估算Calculation Model and Life Estimation ofSuperheater Wall Temperature张新生熊立红唐必光(武汉水利电力大学 、武汉市 ,430072)[ 摘 要 ] 过热器联箱的引入 、引出方式 ,管组的结构 、阻力系数以及热负荷的差异所引起的热偏差是导致爆管的重要因素 ,同时管组材质的选择对其使用寿命也具有决定性的影响 。华能阳逻电厂 4 号锅炉高温过热器爆管的原 因 ,正是由于蒸汽引入方式不当 ,由于“三通效应”的影响造成短时超温 ,某些部位选材不当 ,造成在 168 h 试运期间 两次爆管 。为了对过热器壁温状况以及蒸汽流量分配进行较全面的了解 ,对过热器使用的管材寿命进行估算 ,编 制了过热器壁温计算程序 ,以对过热器壁温进行监测 。结果表明 ,程序计算结果能较好地反映“三通效应”对过热 器蒸汽流量及管壁温度的影响 ,对过热器的改造和设计具有一定的参考价值 。[ 关键词 ]锅炉 高温过热器 数学模型 壁温 寿命估算高温过热器超温爆管现象是锅炉运行中常见的 事故之一 ,它直接影响到锅炉的安全经济运行 ,过热 器联箱的引入引出方式 ,管组的结构尺寸 、阻力系数 及热负荷的差异所导致的热偏差是爆管的重要原 因 ;同时 ,管组材质的选择对其使用寿命也具有决定 性的影响 。本文针对阳逻电厂 4 号锅炉高温过热器 的超温爆管问题 ,编制了过热器壁温计算软件 ,并根 据计算结果对爆管原因进行了分析 ,对不同材质在 高温过热器管的使用寿命进行预测 。1过热器爆管情况及成因阳逻电厂 4 号锅炉是由武汉锅炉厂设计制造的 1025 t/ h 亚临界 、自然循环锅炉 。高温过热器采用 立式结构 ,顺流布置于后屏过热器之后 、高温再热器 之前的水平烟道中 ,共由 38 片管排组成 ,每片 8 根 连接于进 、出口联箱上 ,见图 1 。进 、出口联箱均采用 T 型三通由中部分别引入引出 。该锅炉在 168 h 试运行期间 ,高温过热器曾发生 两次爆管 ,爆管部位均处在中间管排即第 19 、20 排 8 号管的蒸汽出口端 。破口呈喇叭形 ,边缘较薄 ,管子 出现明显变色胀粗现象 ,经金相检验 ,是短时超温所 致 。现场壁温检测表明 ,与爆管部位同管排的 1 号 管 ,也呈现一定程度的过热现象 。事故发生后 ,厂方组织了专家会诊 ,结果认为 ,爆管原因是由于“三通效应”造成第 19 、20 排 1 、8 号图 1 过热器联箱结构图管蒸汽流量过小而导致超温 ,并采取了以下补救措 施 :一是改变 19 、20 排 1 、8 号管的蒸汽引入方式 ,由 原来从进口联箱侧水平管座引入 ,改为从联箱手孔 经由旁路连接管引入 ,从而避开了三通附近的涡流 区 ;二是将过热器管组中过热较严重部位的材质由 钢 102 改为 TP347 - H ,以提高其耐高温性能 。为了 对爆管前后的过热器的壁温状况及蒸汽流量分配有 更全面的了解 ,作者编制了过热器壁温计算程序 ,对 高温过热器壁温进行监测 ,并用以估算过热器的使 用寿命 。收稿日期 :1999 - 05 - 18 ·16 ·电力建设1999 年第 10 期2过热器的壁温计算模型该模型由吸热偏差模块 、流量偏差模块和壁温 计算模块组成 。211吸热偏差计算数学模型管排热负荷不均匀系数可由下式计算 :∫( x +1) / nqmax ———在最大管子上吸热量最大处的热负荷 ;λ———管壁金属导热系数 ;δ———管子壁厚 ;a2 ———管壁向被加热介质的放热系数 。214程序框图及说明根据上述数学模型编写计算程序 , 程序框图见ηrx= n Crxηry x d x图 2 。在求解流量偏差系数的方程组时 , 采用了以下式中x = ( i - 1) / n , 为计算管排对于全烟道的相对坐标 ;n ———相对应总管排 ;i ———计算管排序号 ;Cr ———修正系数 ,管排按全烟道布置时取1. 0 ;ηry x———热负荷不均匀沿烟道宽度的分布函数 。212流量偏差计算数学模型当并联管组由 n 排管子组成时 , 各排管子流量 偏差系数可通过以下联立方程组求解 。简便方法 。即先假定 3 个第 1 排管子的流量偏差系 数 ηl01 、ηl02 、ηl03 代入方程组计算 , 然后利用抛物线 差值法求出符合条件的 ηl0 , 最后求出各排流量偏差 系数 。在考虑“三通效应”对流量分布的影响时 , 由于三 通附近的涡流区流场比较复杂 , 为简化程序结构 , 先 忽略“三通效应”, 求解流量偏差系数和壁温间关系 , k 0 2ηl1 =ηl0- B 1k1