CFB锅炉屏式过热器变形分析.docx

文章编号：１０００－７４６６（２０１２）０６－００９２－０３ＣＦＢ 锅炉屏式过热器变形分析江卫青 文章编号：１０００－７４６６（２０１２）０６－００９２－０３ ＣＦＢ 锅炉屏式过热器变形分析 江卫青，徐国强，胡玉林 （中国石油大学（华东）， 山东 青岛 ２６６５５５） 摘要：ＣＦＢ 锅炉 运行一个周期后屏式 过 热器产生 最 大 约 ３００ ｍｍ 的 弯 曲 变 形 ，应 用 能 量 法 分 析 了 产 生 变 形 的 原 因 ，结 果 表 明 ，由于两相邻管排间 距 偏 小 ，工 作 时 发 生 相 向 失 稳 变 形 导 致 相 互 约 束 引 起 过 热 器 变 形 。 关键词：屏式过热器； 临界温度； 失稳； 塑性变形； 分析 中图分类号：ＴＥ９７３；Ｏ３４１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－７４６６．２０１２．０６．０２３ ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｌａｔｅｎＳｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｉｎＣＦＢＢｏｉｌｅｒ ＪＩＡＮＧ Ｗｅｉ－ｑｉｎｇ，ＸＵ Ｇｕｏ－ｑｉａｎｇ，ＨＵ Ｙｕ－ｌｉｎ （ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔ３００ ｍｍｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｌａｔｅｎｓｕｐｅｒ－ ｈｅａｔｅｒａｆｔｅｒｒｕｎｎｉｎｇａｐｅｒｉｏｄａｂｏｕｔＣＦＢｂｏｉｌｅｒ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｙｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄｉｓａｎ－ ａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｖａｌｕｅｏｆｓｐａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏａｄ－ ｊａｃｅｎｔｃａｎａｌｓ，ｗｈｉｌｅｗｏｒｋｉｎｇ，ｔｈｅｖｉｓ－ａ－ｖｉｓｄｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｌｅａｄｔｏｒｅｃｉｐｒｏｃａｌｂｏｎｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｔｅｎｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ；ｃｒｉｔｉｃａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ 某 ＣＦＢ 锅 炉 屏 式 过 热 器 炉 管 （图 １ａ）尺 寸 ４２ ｍｍ×６ ｍｍ，工 作 介 质 为 蒸 汽，气 体 入 口 温 度 ４０５ ℃，出口温度４４２ ℃，入口压力 ９．０ ＭＰａ，出口 压力９．５ ＭＰａ。 炉 管 材 质 １２Ｃｒ１ＭｏＶＧ 钢，该 钢 是 被广泛用于高压、超高压、亚临界电站锅炉过热器、 集箱和主蒸汽 导 管 的 钢 种，４００ ℃ 时 的 屈 服 应 力 为 ３３８ ＭＰａ。１４根炉管尺寸相同，管间用薄钢板联接 在同一平面内组成管排，管排宽 １２００ ｍｍ，管排与 管排间距 １０００ ｍｍ。 运行 １ａ 后个别管 排 发 生 垂 直于管排平面方向的弯曲，最大挠度约 ３００ ｍｍ，发 生在竖直管中 部 附 近 （图 １ｂ）。 现 场 检 测 未 发 现 炉 管材料金相组织、硬度和壁厚有明显变化。 管排变形分析［１～６］ １ 图１ ＣＦＢ 锅炉屏式过热器炉管 由屏式过热器结构可知，在其管排平面内难以产生 变形，而在垂直于管排平面内属于典型的细长杆结 管排计算模型 当温度升高时过热器要通过变形释放热应力。 １．１ ＊ 收稿日期：２０１２－０６－０１ 基金项目： 山东省自然科学基金资助项目（Ｙ２００７Ａ３１） 作者简介： 江卫青（１９８２－），男，山东青岛人，助理工程师，在读硕士研究生，研究方向为结构强度及可靠性。 第６ 期江卫青，等：ＣＦＢ 锅炉屏式过热器变形分析· ９３ ·构，在较小的轴向压力作用下就会失稳而产生弯曲变形。单管排的计算模型简化为两端固定，且只需考 虑１根管（即管线）的情况，见图２ａ。πμｉ ２２２μｌ２μｌπＢ＝ π 槡αΔｔ－ （ｌ 第６ 期 江卫青，等：ＣＦＢ 锅炉屏式过热器变形分析 · ９３ · 构，在较小的轴向压力作用下就会失稳而产生弯曲 变形。 单管排的计算模型简化为两端固定，且只需考 虑１根管（即管线）的情况，见图２ａ。 πμｉ ２ ２ ２μｌ ２μｌ π Ｂ＝ π 槡αΔｔ－ （ｌ ）＝ π 槡αΔｔ－ （λ ） （６） 式中，ｉ为横截面惯性半径，ｍｍ；λ 为柔度；μｌ为杆的 相当长度，μｌ＝８５９５ ｍｍ，则最大挠度ｙｍａｘ为： ｙｍａｘ＝２Ｂ＝４μｌ／π 槡αΔｔ－ （π／λ） ２ （） ７ 工程中实际杆件柔度λ＞λｐ≈１００，远大于 π，故 当杆件失稳时，最大挠度可简化为： ｙｍａｘ＝２Ｂ＝４μｌ／π 槡αΔｔ 将各参数带入式（８），有ｙｍａｘ＝８１９ ｍｍ。 管排间相互影响 （８） １．３ 两管排间的