【doc】高温过热器壁温计算模型及寿命估算高温过热器壁温计算模型及寿命估算第卷第期年】月武汉水利电力大学J*'tthanUnivofHydrEleeEngvINoOet文章编号:KcIJ高温过热器壁温计算模型及寿命估算姆t张新生,熊立红,唐必光(武汉水利电力大学动力与机械工程学院,湖北武汉)摘要:针对华能阳逻电厂号锅炉高温过热器超温爆管问题,建立壁温计算模型,以计算壁温及蒸汽流量偏差分析爆管原因,并对过热器剩余寿命进行估算关键词:锅炉过热器数学模型壁温寿命,一一中图分类号:TK文献标识码:A高温过热器超温爆管现象是锅炉运行中最常见的事故之一,直接影响到锅炉的安全经济运行过热器联箱的引人引出方式,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分析,对不同材质情况下高温过热器管的寿命进行预测过热器爆管情况及成因阳逻电厂号锅炉是由武汉锅炉厂设计制造的th亚临界,自然循环锅炉其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,共由处管排组成,每片根连接于进,出口联箱之上(见图),进,出口联箱均采用T型三通由中部分别引人引出该锅炉在h试运行期间,高温过热器曾发生过两次爆管,爆管部位均处在中间管排即第,排号管的蒸汽出口端破口呈喇叭形,边缘较薄,管体有明显变色胀粗现象,经金相检查,是短时超温所致同时,现场壁温检测表明,与爆管部位同管排的号管,也呈现一定程度的过热现象事故发生后,厂方组织专家会诊,认为爆管原因是由于"三通效应"造成第,排,号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,o排l,号管的蒸汽引入方式,即由原来从进口联箱侧母线处水平管座引^改为从联箱手L经由旁路连接管引人,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的部位材质由钢研改为TP一H,以提高其耐高温性能为了对爆管前后过热器的壁温状况及蒸汽流量分配有更合面的了解,编制了过热器壁温计算程序,以便对高温过热器壁温进行监测,并由此来估算过热器的剩余寿命圉l过热器联箱结构圉过热器的壁温计算模型该模型由流量偏差模块和壁温计算模块组成收稿日勰:一l作者简介:张新生(一)男,湖北石首人,讲师,丰要从事传热学及锅炉方面的研究第期张新生等:高温过热器壁温计算模型及寿命估算n:kWo一一一荤弛=式中,砷,,…,分别为第l,,,…,排管子的流量偏差系数B,B…,B分别为第,,…,n排管子的系数k,k',k分别为第,,,…,n排管子的流量系数管壁温度计算模型以前苏联《锅炉机组热力计算标准》(年版)为基础,结合热偏差理论来计算管壁温度,具体公式如下:=(})式中,为管子外壁温度t为管内计算端面上介质平均温度LXt为区段中管内介质温度大于平均温度的值为管子外径与内径的比值为热散漫系数,为在热负荷最大管子上吸热量最大处的热负荷^为管壁金属导热系数为管子壁厚,为管壁向被加热介质的放热系数程序框图厦说明根据上述数学模型编写计算程序,程序框图见图辅^皓构热特性措流目q最数茸热盟廿^均匀系数计算岍叮蔫汽持埔的葬断面n燕汽温度韵算l竺!!II!一m前督段总热i葬断前蒜汽焙l计葬汽湖度的'算图管壁温度计算框图在求解流量偏差系数的方程组时采用了以下简便方法即先假定个第一排管子的流量不均匀系数伽【,,rho代人方程组计算,然后利用抛物线插值法求出符合条件的l,最后求出各排流量不均匀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,先忽略三通的影响求解流量偏差系数和壁温问的关系,然后根据此关系和现场提供的壁温数据来反算流量偏差系数在输入结构参数时,可根据过热器联箱的引人引出方式(U型,z型,T型或L型)来具体确定使得软件具有较好的通用性壁温计算结果分析采用上述软件,对阳逻电厂号锅炉高温过热器的第,o排号管的壁温及管内蒸汽温度进行了计算在不考虑"三通效应"的情况下,壁温和蒸汽出口温度分别为和,而锅炉厂的设计温度分别为和,说明软件所采用的数学模型是正确的利用软件计算结果可拟合出流量偏差系数与壁温之间关系如下式:t=一O一"对于发生爆管的第l,o排号管,因爆管前未设置壁温测点,无法得知其爆管时真实温度,但从金相分析结果推测,其温度约在一之间则此时管内流量偏差为,说明管内蒸汽流量很小图是沿联箱长度的静压分布曲线从图可见,第排号管的人口静压比其他管排要小得多,这是由于三通线型不良,产生涡流,而使得管子人口处静压降低而在此微小压差下管内蒸汽流量必然减少,最终导致超温爆管过热器的寿命估算估算方法金属长期承受高温高压会产生连续增长的永久变形,即蠕变其蠕断时间与所承受的温度及压力有关拉逊米勒公式是计算管材寿命常用的公式之一,其形式如下:r(clgr)=P()式中,r为绝对温度,Kr为蠕断时间,hc与材料性质有关,取c=,P()为热强参数,是武汉水利电力大学应力的函数管排数图改造前进出口联箱静压分布原钢种寿命估算高温过热器号管原钢号为钢研(即CrMo~,"TiB钢),属于贝氏体类型钢,在压力为MPa时其对应的热强参数为P():,由此可得出不同管壁温度所对应的蠕断时间(如表所示)从表的数据可见,CrMoW~I'iB钢可以在OO,下的高温下长期使用,当壁温超过此范围时,寿命将大大缩短对于高温过热器的第l,排管子由于三通效应的影响,当流量偏差系数为,时壁温在,之间,而此时钢材蠕断时间只有,h,这也是其在h试运行期问爆管的原因表钢研蠕断时间新钢种寿命估算新钢种采用了美国生产的TP一H型钢,此钢材属于奥氏体耐热不锈钢,其国内对应钢号为CrlNil,成分见表,压力为lMPa时其热强参数p():,由此算出不同管壁温度所对应的蠕断时间(如表所示)表TP一H钢的化学成分由表可知,CrlNiNb钢以下可长期安全运行,但如果第,o排管子由于三通效应而『起的流量偏差过大,以至于使壁温超过,将会使其寿命受到很大影响,使电厂安全经济运行难以保证结论及建议()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,验证丁"三通效应"是造成过热器爆管的主要原因,并可为过热器的改造和设计提供依据,具有一定的参考价值为简化程序结构,在本程序中对三通区域的流场未作专门计算这是今后有待完善的地方()对爆管部位的处理,采用从进口联箱手孔经由旁路管引人,是一种简单实用的方法,但要从根本上消除"三通效应"的不良影响,建议对其结构进行优化设计,改良三通线型,尽量避免涡流的产生()寿命估算结果表明,新钢种较原钢高温性能大为改善,但运行中仍须谨慎,以防其他部位的爆管现象发生第期张新生等:高温过热器壁温计算模型丑寿命估算参考文献北京锅炉厂译锅炉机组热力计算标准方法M北京机械工业出版社章燕谋锅炉与压力容器用钒:M西安:西安交通大学出版社,VolJ~AFllinIeeJunctionsJHeatTrwlsferSectinReporlHIS():AmathematicalmodelforcalculatingtemperatareandlifespanofsuperheatertubeZHANGXinsheng,XIONGLihong,TANGBiguang(CollegeofPowerandMechanicalEngineerieg,WuhanUnivof啦ElecEngWuhanChina)Almtraet:AimedattheovertemperatureandtubeexplosionfthesuperheaterinYangluoPowerPlantanrathematicalmodelwasestablishedtocalculatethetemperatureandlifespanofthetubeKeywords:boilersuperheatermathenratlcalmodeltubeternpemturelifespan(上接第l页)II~tlalnicprogrammingmodelandmethodofcascadereservoirsoptimaloperationforfloodcontrolMEIYadong(CollegeofWaterConservancyandHy~powerEn~neeng,WaltonUnivofHydrandElecEng,WuhanChina)Abstract:ThepaperproposesanoptimaloperationmodelfcascadereservoirsfdcontroTheMuskingtunMethodisusedtosimulateIHldmutinginriverreachesbetweenupstreamanddownstreamreservoirstheoptimalmodelbc~:onlesakindofdynamicprogramrmngmodel~dthoutMarkovianpropertySonqecorrespondingmethodsdiscussed,andthenanewmethod,simplifiedmultidimensionald)qmmicpmgran~rningmethod(SMDPM)ispresentedAcasestudyisgivenTheresultsshowthereasonabilityfthemodelandthefeasibilityofSMDPMSMDPMisaneweffectivemethodforsolvingthiskindofoptimaln~del,Keywords:reservoiroperationforfloodcontroloptimizationmodelmuhidimensionald~amicprogrammingmethod