俄罗斯_420_18_8_560_型锅炉主蒸汽管道弹簧吊架失效分析

俄罗斯Е420218.82560КТ型锅炉主蒸汽管道弹簧吊架失效分析
Failu re A nalysis of E lastic Su sp en si on of M ain Steam P i p ing
in Bo iler of T yp e E 420218.82560KT M ade in R u ssia
杜好阳1,丛兴平2,朱　权2,徐　岚2,徐厚强2
(1.吉林省电力科学研究院,吉林　长春　130021;2.大唐辽源热电有限责任公司,吉林　辽源　136200)
摘　要:针对2台俄罗斯Е420218.82560КТ型锅炉主蒸汽管道2个弹簧吊架失效的情况,通过宏观检验、断口分析、材料检验、设计对证等方面进行分析,查找到引起吊架失效的原因是采用了较低等级的管夹,在更换合适的管夹后运行正常。

关键词:弹簧吊架;管夹;蒸汽管道;开裂;失效
中图分类号:T K 223.1 文献标识码:B 文章编号:100925306(2005)0420032203
收稿日期:2005203220
作者简介:杜好阳(1972—),男,高级工程师,现从事金属材料相关专业研究工作。

支吊架是电站锅炉管系的重要组成部分,其状态的改变可导致管道的局部应力过大,加速管道损伤,降低管道寿命,进而影响到管道和机组的安全性,一旦失效往往会引起较大的事故。

火力发电机组在运行过程中,经历多次起停和检修,管道的支吊架状态会发生变化,加上原始设计、
制造、安装等过程中可能存在的问题,通常会出现管道热位移受阻,弹簧吊架的弹簧压死、断裂、扭曲变形或脱空,刚性吊架吊杆过载(甚至断裂)、松脱,支座脱空,支吊架结构损坏等现象。

大唐辽源热电有限责任公司1、2号锅炉均为俄罗斯西伯利亚动力机械股份公司1998年制造的Е420218.82560КТ型锅炉,下面就其主蒸汽管道弹簧吊架失效的原因进行分析和处理。

1　失效情况
1、2号锅炉蒸发量420t h ,过热器出口压力13.8M Pa ,过热器出口温度560℃。

其中1号锅炉
运行21217h ,启停32次;2号锅炉运行14832h ,启停30次。

1、2号锅炉主蒸汽管道的规格均为Ф
377×50,材质为15C r 1M o 1V 。

2004年4月25日现场人员巡视时发现,1号锅炉主蒸汽管道从集汽联
箱引出后的第2垂直段上37号弹簧吊架吊杆歪斜脱载,打开保温后发现管夹开裂。

随即检查2号锅炉,发现主蒸汽管道同样位置的65号弹簧吊架吊杆歪斜脱载,打开保温后发现管夹开裂。

2　断口分析及材料检验
211　宏观检验
37号与65号管夹断裂位置相同,图1为2号锅
炉65号弹簧吊架管夹开裂宏观形貌。

图1　65管夹开裂宏观形貌
212　断口分析
选取了37、65号管夹的断口进行观察,发现开裂位置均在管夹下部中间区域。

断口大致分为3个区域,即较为光滑的开裂区、裂纹扩展区和在较大应
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力作用下较为粗糙的终断区。

由于终断区面积较小,而裂纹扩展区域所占的比例较大,没有明显的塑性变形区,具备典型的低周疲劳断口特征,是较低交变载荷作用下的疲劳断裂。

65号管夹断口形貌见图2。

图2　65号管夹断口形貌
213　材料检验
对65号管夹进行金相检验和化学成分分析,管夹材质为与主蒸汽管道相同的15C r 1M o 1V ,与图纸一致,金相组织为铁素体+珠光体,表明材质和组织正常。

3　设计对证
311　管部种类选择
根据《管道支吊架第一部分:技术规范》(GB T 17116.1—1997)对管道系统的分级,1、
2号锅炉的主蒸汽管道设计温度均为565℃,属于“A 24”
级管道,应选择5型管部,实际选用5型管部,符合标准。

312　布置位置及计算
根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DL T 5054—1996)规定,“垂直段仅有一个支吊架
时,一般装在垂直段上部约1 3处,此时垂直段上的水平管段第一支吊架,可装在允许间距的3 4范围内,垂直管段向下的水平管段第一支吊架,可装在允许间距的1 2范围内”。

核对图号为F 097S 270501A 241的“主蒸汽管道立体图”,对1号锅炉吊架布置位置计算:37与65号吊架上垂直管段长度均为L 1=1700mm ,下垂直管
段长度L 2=3800mm ,则L 1
(L 1+L 2)=31%,约等于1 3,符合标准要求。

313　卡块的布置
根据《辽源发电厂改建工程施工图设计手册》规定,在温度高于350℃、不高于555℃,公称直径不大于377mm 时,采用4个周向均布的卡块。

经过现场认证,卡块数量为4个,符合要求。

314　吊架参数
根据《辽源发电厂改建工程施工图设计手册》,1号锅炉37号弹簧吊架和2号锅炉65号弹簧吊架的相关设计参数见表1,D 9和D 9A 型立管管夹的参数见表2。

表1　37和65号弹簧吊架参数
编号
图号
数量
管道外径 mm
载荷 N 工作
结构
弹簧压缩值 mm
管夹代号
质量 kg
设计温度 ℃
37F 097S 270501A 2411Ф377×50425026925861D 9A ,377H 82.7456565
F 097S 270501A 267
1
Ф
377×5042476
69216
54
D 9A ,377H
120.23
565
表2　D 9和D 9A 系列立管管夹的参数代号
质量 kg
设计温度 ℃
弹簧压缩值 mm
最大工作应力 N
D 9,377H 82.745656149000D 9A ,377H
120.23
565
54
92120
根据同一设计手册中的参数,比较了2种管夹的尺寸,同时对断裂的65号弹簧吊架管夹进行了测量,结果见表3。

通过比较表明,使用的管夹为D 9,不是D 9A ,而图纸上实际标注的代号是D 9A 。

通过对设计资料的
查阅,还发现:由于D 9,377H 的最大工作应力低于
设计资料中计算的最大结构载荷(达到29.2%),因此实际采用的D 9管夹无法满足工作的要求。

表3　设计资料与实测管夹尺寸对比代号
吊杆孔与管夹上平面
距离 mm
厚度 mm
宽度 mm
D 9,377H 5020180D 9A ,377H 602422037号502018065号
50
20
180
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4　分析
根据《辽源发电厂改建工程汽水管道支吊架设计手册》,1、2号锅炉的立管管夹上部主蒸汽管道有4个卡块,见图3。

这样对于管夹来说,在管道向下膨
胀时,每侧的2个卡块相当于支点,
管夹中间受力最大。

因此2套管夹均是从中间开裂。

图3　管夹与卡块位置示意图
设计时管夹受到的作用力包括管道重力、附件
重力、保温重力、介质重力、预压弹簧作用力和管道热胀冷缩产生的作用力。

在参数一定的情况下,管道作用力和力矩是变化的,产生管夹开裂、引起疲劳扩展的作用力与管道热胀或冷缩产生的作用力、力矩有关。

由于实际选用的管夹参数较低,容易在启停时产生较大的应力作用而引起开裂,并随着机组的运行和启停而不断扩展,最后完全断裂,导致37、65号吊架脱载。

5　结论
大唐辽源热电有限责任公司1号锅炉37号管夹和2号锅炉65号管夹与设计资料不一致,实际选用了较低等级的管夹,选用管夹的最大工作应力低于计算最大工作应力29.2%,是引起管夹开裂的重要原因。

根据分析结论,在2004年6月机组检修期间更换了D 9A 系列管夹,处理后运行正常。

(编辑　郝竹筠)
(上接第14页)
用2种算法求得的目标函数和迭代次数见表4。

从结果可以看出:用改进的遗传算法求得的机组组合使发电机赢利更大,这是因为用传统的遗传算法求得的机组组合中第6台和第7台机组的频繁启停增加了发电公司发电费用,减少了赢利。

从表4中还可以看出:改进的遗传算法所需迭代次数少,节约了计算时间。

从而进一步证实了在解决机组组合问题上,对遗传算法所做改进的有效性。

表4　验算结果
遗传算法F GT
元迭代次数传统的113830　800
改进的
113143
3000
3　结论
本文提出用遗传算法来解决电力场下发电公司内部的机组组合问题。

采用二进制编码,并取染色体形式为矩阵形式,无须解码;结合单位煤耗优先顺序法形成初始群体,先确定出一天内的必开和必停机组;采用排序选择法,加快了算法的收敛,并让变异概率按线性规律变化,充分考虑了算法的全局性。

经算例验算表明,该算法可在满足安全可靠的多约束
下,较好地改善机组的启停机计划,从而使发电公司的赢利增加。

(编辑　刘文千)
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