一種低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鍋爐設備，具體涉及一種低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法。
【背景技術】
[0002] 再熱器作為鍋爐重要的組成部件，將汽輪機高壓缸排氣加熱到與過熱蒸汽溫度相 等或相近的再熱溫度，然后再送到中壓缸及低壓缸中膨脹做功，提高機組的熱力效率。
[0003] 在實際運行中，由于機組頻繁啟停、變負荷運行，使得低溫再熱器溫度變化增大， 產(chǎn)生較大的溫度梯度，從而產(chǎn)生較大的交變熱應力，導致部件產(chǎn)生低周疲勞損耗。
[0004] 低溫再熱器出口集箱管屏為蛇形管屏，由于結構設計的不合理，使得出口集箱管 座接頭熱應力水平較高，在管座初始缺陷和交變熱應力綜合作用下，容易引起管座焊縫開 裂，造成泄漏。因此，有必要開發(fā)一種低溫再熱器出口集箱管屏走向結構改進方法，降低管 屏的熱應力，保證集箱的安全運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法，以降低其熱應 力，延長管屏的使用壽命，保證機組的安全穩(wěn)定運行。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是： 低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法，包括以下步驟： 步驟一、根據(jù)鍋爐設備的運行要求確定低溫再熱器出口集箱管屏結構的疲勞允許應 力； 步驟二、通過有限元模型對低溫再熱器出口集箱管屏的結構進行有限元分析，計算管 屏中各管道的應力分布，并判斷是否存在超出所述疲勞允許應力的應力； 步驟三、如果存在超出疲勞允許應力的應力，則選取管屏中超出疲勞允許應力所在的 管道，建立優(yōu)化模型對該管道的走向進行優(yōu)化設計，使得疲勞允許應力與該管道的最大應 力之差最小，以滿足鍋爐設備的運行要求； 步驟四、根據(jù)該管道的走向設計，對該管道進行現(xiàn)場改造。
[0007] 所述改進是調(diào)整高應力區(qū)域的管道走向和彎頭的數(shù)量、形狀尺寸和位置。
[0008] 所述現(xiàn)場改造時，依據(jù)低溫再熱器出口集箱的材料制定該管道的焊縫焊接工藝， 控制熱處理溫度，以消除焊接時產(chǎn)生的殘余應力。
[0009] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明方法簡單實用，按該方法改進低溫再熱器出口集箱管屏結構后，可降低其熱應 力，延長管屏的使用壽命，保證機組的安全穩(wěn)定運行。
[0010] 下面結合附圖進一步說明本發(fā)明的技術方案。
【附圖說明】
[0011] 圖1是原低溫再熱器出口集箱的直管管屏結構示意圖。
[0012] 圖2是原低溫再熱器出口集箱的直管管屏的應力分布示意圖。
[0013] 圖3改進后低溫再熱器出口集箱的直管管屏的應力分布示意圖。
[0014] 圖4是原低溫再熱器出口集箱中應力最高的直管形狀示意圖。
[0015] 圖5是圖4所示直管改進后的形狀示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 現(xiàn)以某電廠低溫再熱器出口集箱管屏的改進來說明本發(fā)明方法，如圖1所示，低 溫再熱器出口集箱包括再熱器集箱1和垂直管屏2,垂直管屏2由管屏201 -一209組成， 管屏材質(zhì)為P12和12CrlMoVG。
[0017] 步驟1、根據(jù)鍋爐設備的運行要求確定低溫再熱器出口集箱管屏結構的疲勞允許 應力[Λ 0]，其計算公式為式（1):
式中，η--應力循環(huán)次數(shù)，C和β--參數(shù)，σ--應力，根據(jù)規(guī)范規(guī)定采用。應力 循環(huán)次數(shù)按機組年利用5000小時計算，應力循環(huán)頻率為5. 26Hz，由此可得應力循環(huán)次數(shù) η=9·47Χ107。參數(shù)C取1940Χ1012, β取4,可得管屏疲勞允許應力[Λ σ]為67.28MPa; 步驟2、采用現(xiàn)有有限元分析軟件（如ANSYS、ABAQUS、ADINA、MSC、LUSAS、Algor等)， 建立低溫再熱器出口集箱管屏有限元模型，對低溫再熱器出口集箱管屏的結構進行應力分 析，得到原低溫再熱器出口集箱直管管屏應力分布示意圖，如圖2所示，應力單位為Pa，與 塊狀的顏色相對應，顏色深代表應力大，直管201上丨1、丨2、丨3、丨4處的應力分別為69.210^、 54. 5MPa、44. 7MPa、30.0 MPa，發(fā)現(xiàn)管屏的最大應力在最外層的直管201與主管1的連接處tl 為69. 2MPa，大于管屏疲勞允許應力[Λ σ ] 67. 28MPa，由此可判斷最大應力發(fā)生在管屏最 外層管； 如果存在超出疲勞允許應力的應力，則選取管屏中該應力所在的管道，通過建立優(yōu)化 模型對該管道的走向進行優(yōu)化設計，使得疲勞允許應力與該管道的最大應力之差最小，以 滿足鍋爐設備的運行要求； 步驟3、選取管屏中的直管201，209,因該直管應力水平較高，需要對其進行改進，建立 優(yōu)化模型（2)對該管道的走向進行優(yōu)化設計，使其柔性增強，有效吸收熱膨脹，減小熱應力， 優(yōu)化模型如下
式中優(yōu)化模型的設計變量，具體涉及到管屏走向及彎頭數(shù)量、尺寸和位置，1??! 為管屏最大應力，通過步驟2的有限元計算得到。對于每一個X，存在一個最大應力(X)。
[0018] 見圖4,改進前的直管201包括由4節(jié)直管段a、c、e、g和3節(jié)彎管段b、d、f組成， 其中直管段a、c、e、g的長度分別為172. 3mm、290. 6 mm、263. 2 mm、953. 7 mm，3節(jié)彎管段b、 d、f的圓弧角和弧長分別為124°和213. 3 mm、61. 9°和132. I mm、61. 9°和132. 1mm，直管 段c與直管段g之間的距離為124_ ;設計主要是調(diào)整該管道走向和該管道彎頭的數(shù)量、形 狀尺寸和位置，根據(jù)設計改進后的直管201見圖5,其由3節(jié)直管段h、j、l和2節(jié)彎管段i、 k組成，其中直管段h、j、l的長度分別為265mm、390. 9 mm、1075. 6 mm，2節(jié)彎管段i、k的圓 弧角和弧長分別為90°和282. 7 mm、34°和106. 8 mm，彎管段i與直管段1之間的距離為 280.1 mm ;經(jīng)計算得出直管201上t3、t4處的應力分別為33. 9MPa和29. 5MPa，改進后低溫 再熱器出口集箱直管管屏應力分布如圖3所示，圖中右邊數(shù)值為應力值，單位為Pa，與塊狀 的顏色相對應，顏色深代表應力大，最大為45. OMPa，可以確定改進后的直管201的最大應 力在直管201與主管1的連接處t3為33. 9MPa，小于管屏疲勞允許應力[Λ σ ] 67. 28MPa， 同樣地，對209進行了改進，改進后最大應力為45. OMPa。與改造前比較，管屏結構的應力水 平得到了顯著改善。
[0019] 步驟4、根據(jù)該管道201，209的走向設計，對該管道進行現(xiàn)場改造，現(xiàn)場改進時，依 據(jù)低溫再熱器出口集箱的材料制定該管道的焊縫焊接工藝，控制熱處理溫度，以消除焊接 時產(chǎn)生的殘余應力。
【主權項】
1. 一種低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法，其特征是包括以下步驟： 步驟一、根據(jù)鍋爐設備的運行要求確定低溫再熱器出口集箱管屏結構的疲勞允許應 力； 步驟二、通過有限元模型對低溫再熱器出口集箱管屏的結構進行有限元分析，計算管 屏中各管道的應力分布，并判斷是否存在超出所述疲勞允許應力的應力； 步驟三、如果存在超出疲勞允許應力的應力，則選取管屏中超出疲勞允許應力所在的 管道，建立優(yōu)化模型對該管道的走向進行優(yōu)化設計，使得疲勞允許應力與該管道的最大應 力之差最小，以滿足鍋爐設備的運行要求； 步驟四、根據(jù)該管道的走向設計，對該管道進行現(xiàn)場改造。2. 根據(jù)權利要求1所述的低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法，其特征是所述改進 是調(diào)整高應力區(qū)域的管道走向和彎頭的數(shù)量、形狀尺寸和位置。3. 根據(jù)權利要求1所述的低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法，其特征是所述現(xiàn)場 改造時，依據(jù)低溫再熱器出口集箱的材料制定該管道的焊縫焊接工藝，控制熱處理溫度，以 消除焊接時產(chǎn)生的殘余應力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫再熱器出口集箱管屏結構改進方法，包括以下步驟：1、根據(jù)鍋爐設備的運行要求確定低溫再熱器出口集箱管屏結構的疲勞允許應力；2、通過有限元模型對低溫再熱器出口集箱管屏的結構進行有限元分析得到各管道的應力分布，并判斷是否存在超出所述疲勞允許應力的應力；3、如果存在超出疲勞允許應力的應力，則選取管屏中該應力所在的管道，建立優(yōu)化模型對該管道的走向進行優(yōu)化設計，使得疲勞允許應力與該管道的最大應力之差最?。?、根據(jù)該管道的走向設計，對該管道進行現(xiàn)場改造。本發(fā)明方法改進低溫再熱器出口集箱管屏結構后，可降低其熱應力，延長管屏的使用壽命，保證機組的安全穩(wěn)定運行。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105117529
【申請?zhí)枴緾N201510471836
【發(fā)明人】莊文斌, 唐遠富, 龍毅
【申請人】神華國能寧夏煤電有限公司, 湖南省湘電試驗研究院有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月5日