燃气锅炉下锅筒热膨胀受阻原因分析.pdf

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2015,25(5)
燃气锅炉下锅筒热膨胀受阻原因分析
黎明”中国成达工程有限公司成都610041
摘要对某项目自备热电站燃气锅炉所出现的下锅筒热膨胀受阻所导致的固定端基础开裂现象进行分析,找
出受阻原因,总结锅炉各部件热膨胀对锅炉安全运行的重要性,提出在锅炉设计制造、安装、运行中应采用的相
对措施。
关键词锅炉、热膨胀、措施
1热膨胀的危害
膨胀。
本项目两台锅炉于2015年1月28日开始点火
工业锅炉的制造与安装往往在常温状态下进运行,主要用于全厂蒸汽管网的吹扫,操作参数
行,而锅炉的运行又都是处于高温的热状态下,约为3.2MPa(G),380℃,尚未达到正常运行的
锅炉零件受热膨胀产生热胀力非常大。另外,锅参数。3月10日,巡检人员发现两台锅炉下锅筒
炉各部分由于受热不同,材料不同,所以热膨胀固定端的基础出现不同程度的裂缝,见图1、图2。
方向和热胀量也不同,会产生大的热应力,如果
两端固定不能自由伸长,则产生大的推力,导致
设备本身和相接触的其他物体受损,甚至破坏。
因此,锅炉结构的锅筒、集箱、水冷壁、钢架、
炉墙等设计安装和检验时,必须充分考虑热膨胀
应留有热胀冷缩余地,否则会产生巨大的推力,
可能造成锅炉受压元件(锅筒)或支座变形损坏,
炉墙开裂,严重危及锅炉的安全运行和使用寿命。
为控制锅炉的膨胀,需要设计锅炉的膨胀中
图11#锅炉下锅筒固定端
心,以它为死点或原点进行有规律的膨胀,并根
据膨胀规律集中各种部件,采用合理的密封结构。
2工程实例
国内某化肥项目自备热电站配置了由某锅炉
厂生产的75th(5.0MPa(G),400℃)双锅筒纵
置式燃气锅炉两台。
该锅炉为“D”型布置的双锅筒自然循环水管
锅炉,室外布置。锅炉整体置于钢制底座上,上
图22#锅炉下锅筒固定端
下锅筒纵向布置,其间有对流管東,形成锅炉本
此时两台锅炉均处于停止运行状态,下锅筒
体。这种以众多管子连接两个锅筒为特征的结构,活动端的膨胀指示值见图3、图4。
可以省去支撑锅炉受热面和锅筒等部件的钢结构,
两台膨胀指示器显示,两台锅炉在前述参数
只需在锅炉外部进行轻型保温。按照锅炉厂设计,运行时,热膨胀值分别为15mm、25mm,均未达
下锅筒前侧为固定端,后侧为活动端(即膨胀到锅炉厂提供的热膨胀值,见表1(膨胀中心均为
端),并安装了膨胀指示器;上锅筒均为自由下锅筒固定支座)。即使考虑到实际运行参数未达
黎明:工程师。2006年12月毕业于重庆大学动力工程学院工程热物理专业获硕士学位。从事热工方面设计工作。
联系电话:(028)65537123,Email:liming(@chengda.com
2015,25(5)
黎明燃气锅炉下锅筒热膨胀受阻原因分析
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3热膨胀的应对
此案例说明,应重视锅炉热膨胀。对锅炉热
膨胀,关键是给锅炉部件自由膨胀的空间,尽量
使锅炉部件温度变化缓慢均匀,下面从锅炉设计
制造、安装、运行三方面讨论如何避免热膨胀对
锅炉安全的影响。
图31#锅炉膨胀指示
3.1设计制造应考虑因素
(1)在部件的膨胀部位应留有适当的间隙,
该间隙中不应布置其他部件及结构。
(2)温升部件,如果两端是固定的,则部件
本身应有吸收膨胀的机构。如卧式的各种蜗壳式
锅炉的炉胆要有膨胀伸缩等装置,或做成波浪形;
水管锅炉的各种受热面管由弯管制成,使其本身
有吸收热膨胀的能力;输送蒸汽、热水管道上应
图42#锅炉膨胀指示
有膨胀补偿结构,如弯管段、膨胀环等;烟道上
到设计参数,其膨胀值也偏小,并且固定端的地应装设波纹伸缩节等。
脚螺栓有明显移动的痕迹。由此可以断定,锅炉
(3)锅筒、集箱的支承,通常一端为固支,
的活动端并未充分的膨胀,从而对固定端产生强一端为铰支,以适应筒体沿轴线的膨胀。在铰支
剪力,破坏了下锅筒基础。
连接端,接触面要光滑,并装设膨胀指示装置
表1锅炉厂设计膨胀值
(4)平封头或平管板连接有炉胆或烟管时,若
平板用拉撑板拉撑,应在炉胆及烟管管束周围的平
膨胀量
序号名称代号
板留有足够尺寸在呼吸空位,即沿平板使拉撑板离
上锅筒A43.6
20.5
开炉胆或烟管管束足够的距离,防止限制炉胆或烟
下锅筒B43.3
管的胀缩,避免产生过大的热应力。平板上炉胆周
3过热器出口C70.4
7.36
围呼吸空位的大小和平板厚度、炉胆形式有关;管
束区域上下的呼吸空位,不应小于10mm。
对锅炉进行全面检查,发现下锅筒的钢底座3.2安装过程中应注意的热膨胀影响
发生了变形,见图5。
(1)保证基础与下锅筒的足够间隙,如筒体
一端为固定端,则需保证固定端能够承受筒体热
膨胀的反作用力。
(2)集箱及炉墙板之间,炉排边片与侧密封
板之间均需留有足够的间隙,以保证热态运行时
不致因热膨胀而影响锅炉的安全运行。
(3)热力管道较长时要有膨胀节。
(4)在炉墙与钢架、锅筒、集箱等结合处,
图5下锅筒钢底座变形
砌筑时要用石绳棉、石棉瓦填充,以保证其伸缩
可以推断出由于底座的预埋钢板强度不够,余地。
产生变形,进而阻碍了下锅筒的自由膨胀,其反
(5)火管锅炉的炉胆分为几段,每段连接处
冲力造成了固定端基础的损坏。
用波浪形或波纹形连接环。
此案例中,运行人员及时发现问题,总包方
(6)集箱、受热面管道在一定方向留有自由
积极解决,阻止了事态的进一步恶化,锅炉的正膨胀余地。
常运行得到保障。
(7)安装完毕,要经过烘炉阶段,烘炉时必