大型热网加热器的改型设计[1]

收稿日期: 2008 10 27 修回日期: 2008 11 17 作者简介: 陈洪卫( 1966 ) , 男, 高级工程师, 毕业 于武汉工学院。现主要从事除氧器、热网加热器、高压加热器的设 计及工艺的
技术开发。
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大型热网加热器的改型设计
电站辅机总第 108 期( 2009 N o. 1)
图 1 U型 管式热网加热器(解体图)
其中: 原管板计算厚度;
t 管板厚度为 时的计算应力; [ ] t 管板材料在设计温度下的许用应力。
同时调整管板、筒体及换热管之间互相影响尺
寸, 改强度胀为胀焊结构, 校核换热管与管板连接的 拉脱应力。这样从技术上解决了改型设计疑问。可
以不用再加装膨胀节。对于现场改造的疑问经考察
该热网加热器安装位置在汽机房的侧面, 原厂房主体 设计留有抽换管束的检修空间, 厂房内行车最大起吊
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流程数
1
2
12 换热面积 m2
24 00
改型设计固定管板式热网加热器完全符合原始
设计工况要求。
4. 3 设计改型固定管板式热网加热器的结构 对原热网加热器 进行改 造, 由 原来 的卧式、U
形管、两流程表面式换热器改造为卧式、固定管板、
两流程表面式换热器( 见图 2) , 改造中, 利用了原设 备的部分部件( 前水室、壳体、支座、热井、前管板以 及所有附件等) , 增加了后管板及后水室。改造后整 台设备分为本体和附件, 本体又分为管程和壳程两
( 4) 采用了较大疏水容积, 设计了热井, 保证了
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疏水系统的正常运行。 ( 5) 管口采用了胀焊结构, 满足换热管与管板拉
脱力要求。 组装过程中, 采取有效工艺装配措施, 变盲穿换
热管为明穿换热管; 考虑到在现场焊接终结环缝, 无 法采用滚轮架转动, 设计合理的焊接接头型式; 采用 了管口胀接加焊接的工艺措施, 保证了管口的密封 及强度性能。
2 热网加热器的腐蚀失效分析
某电厂 2 300 M W 机组的 U 形管热网加热器 需进行现场改型制造。为此, 对该加热器进行了相 关分析, 2 台热网加热器作为尖峰热网使用, 采暖期 间断运行。根据多年来电厂热网循环水水质监督数 据显示, 氯根 含量 在 500~ 800 mg / L , pH 值约 在 8. 32~ 8. 59 之间。管程管内循 环水为未经处理的 普通过滤水( 含沙粒) , 发生泄漏后, 检修人员从水室 内部挖出大量淤泥、沙子等杂物。经检测, 设备安装 时 U 形换热管 R 端比管口低, 不水平度最大数值差 约为 18 m m, 换热管内径只有 15 m m, 设备停运时, 这样的高度差将无法使换热管内的水放尽, 管子内
侧积存大量的循环水, 管子被严重腐蚀。从宏观情 板时不加膨胀节, 设计将管板直接与壳体圆筒和管 况看, 换热管内外侧均匀腐蚀程度并不明显, 表现为 箱圆筒形成整体结构。管板计算步骤分为确定壳程
典型的小孔腐蚀特征, 孔口为半球形的腐蚀产物硬 壳, 内部孔蚀更严重。化验结果表明, 换热管内外侧 腐蚀产物主要由 Fe2O 3和 F eO 混合物组成, 都有铁 的氢氧 化物, 内侧 产物 有 F e ( O H ) 3, 外侧 产物 有 FeO ( O H ) , 内侧腐蚀介质中还含有 CO3 2- , 这 些化 合物会加速钢管的腐蚀。加热器在采暖期一直处于 高温、高湿状态, 管子一旦开始腐蚀, 在较高的温度 状态下会加速, 氯离子的存在也增加钢管对孔蚀的 敏感性, 促进了孔蚀的发生, 导致短期内热网加热器 管子被腐蚀泄漏而失效。
摘 要: 大型热网加热器主要用于城市集中供热 , 设备在制造完工后, 运至电厂安装。文章 介绍某电厂 热网加热器
失效现象并对原因进行了分析, 确定现场 改型设计方案, 制定了改造工 艺, 最终, 在现场将 大型 U 型管式热网加热
器成功改造为固定管板式热网加热器。
关键词: 热网; 加热器; 改型; 设计; 换热管; 固定; 管板
安装及运行过程中实际存在的问题。
4 大型热网加热器改型设计
4. 1 改型设计 根据分析, 热网加热器改型设计首先要确定换
热管的类型及材质。目前, 用于换热器的高效换热 管有很多种, 表面多孔管、螺旋管、光管内加扰流元 件等, 通过改变流体流动状态, 来达到强化换热的目 的。尽管发展强化传热管或采用高效能传热面是一 种方向, 但考虑该电厂 的实际情况, 循环水水质 较 差, 盐量和固形物含量都很高, 根据分析 20 G 钢会 发生均匀腐蚀但不显著影响其可用性, 因此换热管 改型设计选材为 20 G 光管。内部结构设计采用折 流板绕流结构, 增加流体流动的路径, 达到强化换热 目的。改型设计主要措施:
1概 述
电厂大型热网加热器主要是利用汽轮机的抽汽 或减温减压的锅炉蒸汽, 加热采暖系统中的网路回 水和工业生产所用热水网路回水。工作原理是用汽 轮机的抽汽或减温减压的锅炉蒸汽进入壳体, 与管 束内给水作汽水表面换热后, 蒸汽逐步冷凝成疏水, 由壳体底部的出水口排入热井, 再由疏水口排出, 管 程采暖系统中的网路回水或工业生产所用热水网路 水流经管束的每个流程, 吸收蒸汽放出热量, 使水温 逐渐升高, 达到设计温度。热电厂大型热网加热器 主要运用于城市的集中供热。
中图分类号: TM621. 7
来自百度文库
文献标识码: A
Retrofit Design of Heater for Large Thermal System
CHEN H ongw ei ( Henan Pow er Station Aux iliar y Equip. M anuf. Co. , L td. , Dongfang Elect ric G roup, L inbao, H enan, 472501, China)
( 1) 采用向心式结构, 管束外部蒸汽流动通道设 计较大, 降低了蒸汽流速, 能缩小产品直径, 有效防 止震动。
( 2) 采用中心抽空气系统, 管束中心设置了 2 根 抽空气管, 有效地引导蒸气向中间流动, 提高换热效 果, 有效地排出不凝结气体。
( 3) 采用固定管板结构, 管束整体刚性增加, 便 于现场制造安装。
总第 108 期 2009 年 3 月第 1 期
文章编号: 1672 0210( 2009) 01 0018 05
电站辅机
Power Station Auxiliary Equipment
V ol. 108 M ar . 2009, No . 1
大型热网加热器的改型设计
陈洪卫
( 东方电气河南电站辅机制造有限公司, 河南 灵宝 472501)
4. 2 热网加热器主要技术参数 热网加热器主要技术参数见表 1。
表 1 热网加热器技术参数表
序号 1
名称 容器类别
壳程 二
管程 类
最高工作
2
温度
32 0
15 0
最高工作
3
压力 M P a
0. 6
1. 5
4 设计温度 5 设计压力 M P a
32 0 0. 64
16 0 1. 91
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工作介质
过热蒸汽、 凝结水
弯矩引起的。在管板应力超过许用应力时, 可以通 过增加管板厚度, 设置膨胀节以降低壳体轴向刚度, 达到缓和管板应力的目的。简单粗略地根据圆筒或 管子的轴向应力 是否超过某一规定值而 设置膨胀
节, 固然可以明显地降低由于换热管和壳程圆筒间 热膨胀差所引起的管板应力、圆筒和换热管的轴向 应力以及管子与管板的拉脱力, 但这是假定管板是 绝对刚性的, 管束中的每根管子都处在同样的拉、压 状态, 这显然 与管板、管束 的实际受力情 况相差甚 远, 是不妥的。而增加管板厚度, 可以大大提高管板 的抗弯截面模量, 能有效地降低管板应力。在设计 压力, 设计温度, 壳程圆筒和换热管金属温度不是特
水
7 焊接接头系数
0. 85
0. 85
8 腐蚀裕度 mm
1. 5
1. 5
耐压试
9
验压力 M P a
1. 0
2. 4
壳体
16 M nR
水室 筒体
16 MnR
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主要受压 元件材质
封头 16 M nR 人孔盖 16 M n 进汽管 16 M nR 管板 16 M n
人孔盖 16 M n 换热管 20 G
吨位 80t , 车间厂房内楼板处设有4 000 3 000 mm 的 检修吊物孔, 由吊物孔处起吊更换整体管束是不可 能的, 只能确定为现场组装管束, 并装配进热网加热 器。现场制造过程有选择地拆除原设备, 做到有效 利用, 设计合理的现场制造工艺方案, 就完全具备了 现场改造的能力和条件。这样同时解决了加热器在
Abstract: H eat er for la rg e thermal net is mainly applied to heat supply in a cit y. H eater w ill be manufactured in a fact ory and be transpo rted for inst allation in a pow er plant. T he efficacy failur e o f the heater of a ther mal system in a po wer plant has been descr ibed and the reason been ana lyzed in t he paper . A r et rofit desig n has been determined tog ether w ith processing mo dificatio n. Finally , lar ge U tube heater has been r efo rmed into a fix ed t ube sheet heater for ther mal system. Key words: ther mal sy stem; heater ; r etro fit; desig n; heat ex chang e tabe; fix ed; tube sheet
2 600 m m, 总长 度约 12. 5 m , 壳体下 部设计有 热 井。如图 1 所示。根据加热器改型的要求, 须在现 场进行改制。改型分析: 与固定管板式换热器相比 较, U 形管式换热器运行时振动小, 管束热膨胀束 缚小, 但 U 形管长度尺寸大, 换热管在制造过程中 出现缺陷的可能性加大, 管子在弯制时外侧受拉伸 减薄, 若材料隐性缺陷较多, 将在弯管中反映出来, 使用不当必然造成管子腐蚀泄漏; 改型设计壳体加 膨胀节非常困难, 不加膨胀节, 管口是否会拉脱, 管 板、筒体等强度是否有问题; 改型设计现场如何组装
资料, 在 GB151 中固定管板式计算方法是建立在有 限元分析基础上, 以内力模型图分析, 管板可视为放 置在管束弹性基础上周边作用有均匀横剪力和弯矩 的圆平板, 管板应力都是由其周边的均匀横剪力和
该热网加热 器属 于管 壳式 换热 器, 换热 面 积 2 400m2 , 采 用 U 形 管 折 流 板 结 构, 壳 体 直 径
大部分。管程主要由水室和管束组成。水室分为前
水室和后水室。前水室由封头、人孔、筒体、给水进
大型热网加热器的改型设计
电站辅机总第 108 期( 2009 N o. 1)
图 2 设计改型固定管板式热网加热器结构图
出口和分程隔板组成。后水室由封头、人孔、筒体组 设计制订了工艺技术方案, 见图 1 所示各分解位置
等。事实上许多问题需要在改型前得到解决。 针对这些问题, 确定改型方案, 在改型为固定管
别苛刻时, 结合热网加热器的直径较大, 管板设计时 本身需要考虑一定钢性, 因此采取增加管板厚度, 降
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电站辅机总第 108 期( 2009 N o. 1)
低管板应力。
一般以 厚度。
( t / 1. 5[ ] t ) 1/ 2 作为调整后的管板
3 U 型管式热网加热器的改型分析
圆筒、管箱圆筒、换热管及管板布管方式, 计算校核 管板在不同区域径向应力, 校核换热管轴向应力, 校 核换热管与管板拉脱力等。对于管壳式换热器的管 板, 以固定式换热器的管板受力最为复杂, 引起管板 应力的载荷有管程压力, 壳程压力, 管壳热膨胀差及 法兰力矩。由压力载荷作用引起的管板应力是一次 应力, 由管壳热膨胀差引起的管板应力是二次应力, 管板的强度计算主要考虑一次应力。通过查阅大量