过热器管束断裂分析吊车

过热器管束断裂分析

过热器管束断裂分析 2011： 分类号：TK223.3＋2　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）02－0160-02Superheater Tube-Bank Fracture AnalysisLi Ming　Wang Yanbin（Harbin No.703 Research Institute）Abstract：With the help of a finite-element method a thermal stress calculation and analysis was performed of a heat recovery boiler superheater tube-bank and an outer tube network system. It is noted that during a boiler start-up the superheater tube-bank is subjected to a most unfavorable load-bearing condition. Moreover, the layout rigidity of the outer tube network can influence the service life and safe operation of the superheater tube bank.Key words：superheater, thermal stress, outer tube network, rigidity▲1　引言　　联合循环机组中的余热锅炉过热器管束在运行的几个月内多次发生断裂事故，断裂部位为管束与集箱连接的焊缝及热影响区(见图1)，且均发生在与外管网相连接的出口集箱弯管管束处，影响了生产的正常运行。在寻找管束断裂原因时，我们用有限元方法(管单元和弹簧单元)对过热器及其外管网热应力进行了重新校核计算和分析，从计算结果上找到了管束断裂原因，也为排除事故提供了依据。图1　管束断裂　　燃-蒸联合循环机组余热锅炉烟气侧为燃气轮机排放的537 ℃尾气。电厂联合循环机组为调峰机组，因此余热锅炉也随之频繁启停，平均每天启停一次以上。　　余热锅炉启动瞬间，还没有产生过热蒸汽，因此过热器管束基本处于干烧状态，其壁温接近烟气温度537 ℃，而外管网则还处于冷态。即使在正常运行过程中，由于同过热器连接处外管网的布置在Z方向(垂直方向)长度与过热器管束长度不一致，过热器管束与外管网热膨胀量不同，外管网仍会对过热器管束产生过大的约束力，为此我们作了如下的计算分析。2　模型的建立　　余热锅炉过热器取与外管网相接的上、下集箱和三组管子组成的过热器管组(简称过热器管束，下同)，外管网取与过热器相连接处至外管网的第一个固定支架止。图2　模型b、c示意图　　针对有代表性的状态建立三种模型进行热应力计算分析。　　模型a:过热器管束本身　　此模型是过热器没有与外管网连接完全处于自由状态，目的是了解过热器管束自身的热应力状况，此时取过热器干烧状态(即最恶劣的外部条件)。　　模型b:过热器管束与外管网相连接，锅炉启动状态　　此时过热器管束壁温取537 ℃，外管网壁温取0 ℃。　　模型c：过热器管束与外管网相连接，锅炉正常运行　　过热器管束壁温取470 ℃，外管网取450 ℃。3　原始数据和性能参数　　过热器管束材料为12Cr1M0V,外管网材料为20号钢。表1　材料参数项　　目温度/℃20号钢12Cr1MoV0450470537弹性模量E/105MPa　1.921.581.701.56热膨胀系数α/10-61／℃　10.813.9314.0514.3表2　外管网弹簧支吊架参数支吊架编号弹簧刚度N/mm－1安装压缩量/mm①12.1323④18.6760⑤88.8837⑥88.8835　　蒸汽压力P=3.82 MPa　　12Cr1M0V材料：　　屈服极限　σs=255 MPa　　许用应力　［σ］470℃=125 MPa　　　　　　　［σ］537℃=79.7 MPa 4　计算结果　　查图3应力集系数K=3.6图3　筒壳上径向开孔的最大应力集中系数　　热应力按下式计算：　　式中：F、J为管束的横截面积和截面系数；　　Pi、Mj、Mz为有限元法得到的力与力矩。　　仅列出发生最大热应力的与上下集箱相接处弯管部份计算值。　　从表3、表4看到最大热应力：表3　与上集箱连接弯管各单元热应力　　(单位：MPa)热应力111112113114115579580581582583σa23232735502525283752σb-239-258-275-287-294266257247242244σc-63-61-57-53-48138142148155162表4　与下集箱连接弯管各单元热应力(单位：MPa)热应力384385386387388852853854855856σa-0.7-0.45.515302371733σ

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