陳志華

(河北省電力建設(shè)第一工程公司，石家莊 050051)

1 概述

根據(jù)火電機(jī)組的啟動(dòng)要求，新建機(jī)組的過熱器系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)、高低壓旁路系統(tǒng)等均應(yīng)進(jìn)行蒸汽吹掃，其目的在于清除在制造、運(yùn)輸、保管、安裝過程中留在過熱器或再熱器內(nèi)部的各種雜物(如沙粒、石塊鐵屑、氧化皮等)，同時(shí)提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性，并改善運(yùn)行期間汽水品質(zhì)。

火電機(jī)組的吹管方式分穩(wěn)壓吹管和降壓吹管2種。穩(wěn)壓吹管：吹掃時(shí)鍋爐升至吹洗壓力，逐漸開啟吹管控制門，在開啟控制門期間，盡可能控制燃料量與蒸汽量保持平衡，控制門全開后保持吹管壓力，吹掃一段時(shí)間后，逐漸減少燃料量，關(guān)小控制門，直至全關(guān)，一次吹管結(jié)束。控制門全開持續(xù)時(shí)間主要取決于補(bǔ)充水量，一般為15～30 min。一次吹管結(jié)束后，需要降壓冷卻，相鄰兩次吹掃需要間隔12 h。降壓吹管：用點(diǎn)火燃料量升到吹洗壓力，保持燃料量，并迅速開啟控制門，利用壓力下降產(chǎn)生的附加蒸汽吹管，降壓吹管每小時(shí)不得超過4次，降壓吹掃因壓力、溫度變化較大，吹掃效果較好，考慮主蒸汽管道壽命，吹掃時(shí)汽包壓力下降值應(yīng)當(dāng)控制在相應(yīng)飽和溫度下降大于42 ℃。對(duì)直流鍋爐而言，一般采用穩(wěn)壓吹管方式，設(shè)計(jì)有汽包的鍋爐一般采用降壓吹管方式。無論是穩(wěn)壓吹管還是降壓吹管，火力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)管道布置通常分為一階段吹管和二階段吹管。一階段吹管：機(jī)組全系統(tǒng)吹掃一次完成，采用一階段蒸汽吹管需要在再熱器入口加裝集粒器。二階段吹管：第一步吹掃過熱器、主蒸汽管道、再熱冷段管道，由鍋爐再熱器入口處排出；第二步吹掃過熱器、主蒸汽管道、再熱冷段管道、再熱器系統(tǒng)、再熱熱段管道，自中壓主蒸汽門伺服機(jī)構(gòu)接臨時(shí)管道排出。

2 吹管臨時(shí)管道的設(shè)計(jì)與布置原則

2.1 吹管臨時(shí)管道的設(shè)計(jì)

2.1.1 臨時(shí)管道應(yīng)力計(jì)算

吹管臨時(shí)應(yīng)力計(jì)算分2步：一次應(yīng)力計(jì)算和二次應(yīng)力計(jì)算。

一次應(yīng)力是由于外力載荷而使管道產(chǎn)生的應(yīng)力和剪應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果必須滿足外部和內(nèi)部力或力矩的平衡法則，一次應(yīng)力的特點(diǎn)是沒有自限性的，始終隨著外力載荷的增加而增大，不會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而有所降低，當(dāng)它超過某一限度時(shí)，將使管道直接破壞，因此要嚴(yán)格控制一次應(yīng)力的數(shù)值，使其控制在相應(yīng)的許用應(yīng)力范圍內(nèi)，管道在工作狀態(tài)下由內(nèi)壓自重和持續(xù)外載產(chǎn)生的一次應(yīng)力不得大于鋼材在計(jì)算溫度下的基本許用應(yīng)力，計(jì)算公式為：

бL=PDn/(Dw2-Dn2)+0.75iMA/W ≤[б]t

(1)

式中：P為設(shè)計(jì)壓力，MPa；Dw為管道外徑，mm；Dn為管道內(nèi)徑，mm；i為應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)；MA為自重和其它持續(xù)外載作用在管子橫截面上的合成力矩，N·mm；W為管子截面抗彎矩，N·mm；[б]t為鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。

二次應(yīng)力是管道的熱膨脹應(yīng)力。由于臨時(shí)管道溫度升高，管道的膨脹變形受到約束產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力不能與外力相平衡而產(chǎn)生的附加力，二次應(yīng)力具有自限性特點(diǎn)。當(dāng)管道局部屈服和產(chǎn)生小量塑性變形時(shí)就能使工作狀態(tài)下的二次應(yīng)力減小，對(duì)于二次應(yīng)力的限定，并不是一個(gè)時(shí)間的應(yīng)力水平，而是取決于交變應(yīng)力的范圍和交變的循環(huán)次數(shù)，因此多次重復(fù)使用的吹管臨時(shí)管道在這方面應(yīng)引起注意。二次應(yīng)力一般不會(huì)直接導(dǎo)致臨時(shí)管道破壞，只有在應(yīng)力多次重復(fù)交變的情況下才能導(dǎo)致它的破壞，計(jì)算公式為：

бE=iMC/W≤f{[б]20+0.2[б]t1}

(2)

式中:i為應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)；MC為按全部長(zhǎng)值和鋼材在20 ℃時(shí)的彈性模量計(jì)算的熱膨脹引起的合成力矩，N·mm；W為管子截面抗彎矩，N·mm；f為應(yīng)力范圍減小系數(shù),在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)與管道的溫度周期性交變次數(shù)N有關(guān),當(dāng)N≤2 500時(shí)，f=1,當(dāng)N>2 500時(shí)，f=4.7N-0.2；[б]20為鋼材在20 ℃時(shí)的許用應(yīng)力，MPa；[б]t1為鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的熱膨脹應(yīng)力，MPa。

2.1.2 臨時(shí)管道壁厚計(jì)算

吹管臨時(shí)管道壁厚選用原則：位于吹管門前時(shí)，其計(jì)算壓力Pjs≥9.8 MPa，計(jì)算溫度tjs≥450 ℃；吹管門后可采用其計(jì)算壓力Pjs≥4 MPa，計(jì)算溫度tjs≥450 ℃；中壓門后可采用其計(jì)算壓力Pjs≥1.6 MPa，計(jì)算溫度tjs≥450 ℃。

臨時(shí)吹管門前管道直徑與主蒸汽管道相同，熱段管道排氣管道可選用截面積大于2/3熱段管。管道壁厚可以根據(jù)管道內(nèi)徑或外徑進(jìn)行計(jì)算。按內(nèi)徑計(jì)算時(shí)，計(jì)算公式為：

Sjs=PDw/(2[б]t2η+2YP)+α

(3)

按外徑計(jì)算時(shí)，計(jì)算公式為：

Sjs=PDn/[2[б]t2-2P(1-Y)]+α

(4)

式中：P為設(shè)計(jì)壓力，MPa；Dw為管道外徑，mm；Dn為管道內(nèi)徑，mm；[б]t2為管道在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；η為許用應(yīng)力修正系數(shù)，無縫鋼管取1，縱縫焊接鋼管取決于焊接形勢(shì)和探傷檢驗(yàn)方式，螺旋電焊鋼管按照SY/T 5037-2000《低壓流體輸送管道用螺旋縫埋弧焊鋼管》[1]生產(chǎn)和無損探傷檢驗(yàn)合格者取0.9；Y為溫度對(duì)管子的修正系數(shù)，對(duì)于碳鋼、低合金鋼和高鉻鋼480 ℃以下時(shí)Y取0.4，510 ℃時(shí)Y取0.5，538 ℃以上時(shí)Y取0.7，480～510 ℃和510～538 ℃時(shí)的Y值采用內(nèi)插法計(jì)算；α為考慮腐蝕、磨損和機(jī)械強(qiáng)度要求的附加厚度，可以不考慮。

2.1.3 臨時(shí)管道支吊架設(shè)計(jì)

臨時(shí)管道支吊架在設(shè)計(jì)選用過程中多數(shù)選用“門”形架，其管道支架間距計(jì)算公式為：

L=0.2118·(E·I/q)1/4

(5)

式中：E為彈性系數(shù)，kN/mm2；I為管道截面慣性矩，cm4；q為管道單位長(zhǎng)度重量，kN/m。

2.1.4 消音器的選擇

消音器的選用取決于吹管時(shí)蒸汽的參數(shù)(排汽溫度、排汽壓力和蒸汽流量)，600 MW機(jī)組消音器排放量選在800 t/h左右，如果消音器選擇太小，阻礙蒸汽排放，降低吹管系數(shù)，達(dá)不到吹管效果，如果消音器選擇太大，起不到消音效果。消音器的設(shè)計(jì)與制作應(yīng)遵循中壓主蒸汽門后的參數(shù)。

2.1.5 堵板的加固

管道系統(tǒng)吹掃中常用的堵板主要有橢球形堵板、球形堵板、回轉(zhuǎn)堵板和平堵板4種類型。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)堵板可依據(jù)參考文獻(xiàn)[2]選取；但對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)堵板或者是現(xiàn)場(chǎng)制作內(nèi)置堵板焊接時(shí)可采取角板加固方式，加固時(shí)應(yīng)重點(diǎn)焊接角板與管道內(nèi)壁連接部位。

2.1.6 三通的加固

吹管臨時(shí)管道的三通一般在現(xiàn)場(chǎng)直接制作，由于母管和支管得壁厚計(jì)算均為管道壁厚計(jì)算，如果制作三通后，三通接口處應(yīng)力較大，很容易出現(xiàn)裂口，因此需要將三通焊口位置進(jìn)行加固。加固的類型分為披肩加固和鋼筋補(bǔ)強(qiáng)加固，必要時(shí)可以采取三通母管整圈加固。

2.2 吹管臨時(shí)管道的布置原則

國(guó)內(nèi)某進(jìn)口燃煤660 MW發(fā)電機(jī)組，1號(hào)機(jī)組于2000年3月進(jìn)行蒸汽吹掃時(shí)，臨時(shí)管道吹管時(shí)發(fā)生劇烈振動(dòng)，導(dǎo)致每吹掃完成一次需要對(duì)振動(dòng)較大部位的臨時(shí)管道焊口進(jìn)行檢查和補(bǔ)焊。母管布置在16.7 m，支管最高點(diǎn)布置在18.5 m，標(biāo)高差約2 m，另外自高壓主蒸汽門出口管道設(shè)計(jì)2個(gè)直插三通，系統(tǒng)設(shè)計(jì)彎頭和堵板等管件較多，對(duì)介質(zhì)流動(dòng)擾動(dòng)較大。臨時(shí)管道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和布置沒有固定的走向，為避免臨時(shí)管道系統(tǒng)吹掃時(shí)再次發(fā)生劇烈振動(dòng)，遵照以下原則，重新對(duì)管道進(jìn)行布置后，振動(dòng)現(xiàn)象消除，吹管工作正常進(jìn)行。

2.2.1 對(duì)稱布置

高壓主蒸汽門后、中壓主蒸汽門后管道布置時(shí)盡量采用對(duì)稱布置，這樣可以使得介質(zhì)在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)盡可能的接近，即便是匯流到母管時(shí)，來自不同支管的介質(zhì)之間相互沖擊不是很大，減少管道沖擊。

2.2.2 低標(biāo)高布置

結(jié)合目前單機(jī)機(jī)組容量較大，相應(yīng)吹管臨時(shí)管道直徑和壁厚較大，因此臨時(shí)管道布置時(shí)，應(yīng)盡可能降低相對(duì)標(biāo)高。如管道布置在汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層，吹管臨時(shí)管道底部距運(yùn)轉(zhuǎn)層不要超過1 000 mm，只要能夠保證焊接質(zhì)量和正常引出臨時(shí)管道即可。

2.2.3 留邊靠柱布置

管道留邊靠柱布置的目的是在滿足管道應(yīng)力布置的前提下，便于支吊架安裝，因?yàn)榭拷鼜S房柱邊區(qū)域埋件較多，容易固定支吊架，尤其是載荷較大的支撐點(diǎn)顯得尤為重要。

2.2.4 斜插

管道布置時(shí)不能使介質(zhì)的主流方向在三通內(nèi)改變，也就是說吹掃臨時(shí)管道的三通設(shè)計(jì)安裝應(yīng)選用斜插三通，避免使用直插90°三通。這樣可以避免蒸汽在管道內(nèi)改變流動(dòng)方向。同時(shí)避免由于介質(zhì)在管道內(nèi)部流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沖擊，減緩管道振動(dòng)。

2.2.5 就地取孔

不論哪種吹掃方式，均需要從汽輪機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層引到汽輪機(jī)房0米層，通常所穿平臺(tái)位置一般選在高壓旁路門檢修孔、上下樓梯或B列柱，這樣可以實(shí)現(xiàn)就地穿孔，減少額外工作量。

2.2.6 成品保護(hù)

臨時(shí)管道布置不論在汽輪機(jī)房，還是排汽口，必須考慮保護(hù)已完成的工程。如廠房?jī)?nèi)臨時(shí)管道布置時(shí)要考慮管道熱膨脹時(shí)是否傷及其它設(shè)備和管道(臨時(shí)管道布置前充分考慮管道的膨脹方向和膨脹值，遠(yuǎn)離設(shè)備)。排汽口處的蒸汽是否會(huì)污染廠房外邊的封閉墻板或其它管道等。

3 吹管臨時(shí)管道安裝注意事項(xiàng)

3.1 管道應(yīng)力不平衡

造成管道不平衡現(xiàn)象的原因主要表現(xiàn)在以下三方面：小管與大管或剛性較大的管子串聯(lián)在一起時(shí)，小管道會(huì)產(chǎn)生過高的應(yīng)力；局部縮小的管道斷面尺寸或局部采用強(qiáng)度較差的材質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生應(yīng)力不平衡現(xiàn)象；管道系統(tǒng)布置不合理，管道系統(tǒng)中的小部分遠(yuǎn)離推力線時(shí)，小部分管道將吸收大部分熱脹應(yīng)力而出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。針對(duì)以上3種情況，管道安裝時(shí)要采取合理的限位裝置或冷緊措施，以緩和彈性轉(zhuǎn)移，防止局部區(qū)域應(yīng)力集中。

3.2 主蒸汽門內(nèi)置臨時(shí)堵板螺絲孔泄漏

一般機(jī)組吹管一次蒸汽和二次蒸汽聯(lián)絡(luò)是通過主蒸汽閥門伺服機(jī)構(gòu)處聯(lián)通，采用堵板封閉主蒸汽門通向汽輪機(jī)方向，堵板均采用螺栓連接，但是蒸汽往往會(huì)通過固定堵板的螺栓縫隙向汽輪機(jī)內(nèi)泄漏，一般處理方法是在螺栓孔處焊接罩帽，罩帽選用厚壁管道，如過熱器減溫水安裝用的厚壁管道。

3.3 靶板反復(fù)吹飛

高溫高壓蒸汽在管道中流動(dòng)，由于蒸汽的流速變化較大，而且受到管道走向和通流面積的影響，因此管道內(nèi)部蒸汽流動(dòng)過程中造成管道振動(dòng)非常大，尤其在管系中的彎頭、三通和閥門處，蒸汽擾動(dòng)大，這樣管道內(nèi)部的僅僅靠2～3個(gè)螺栓固定的鋁制靶板或銅制靶板很容易被吹飛。因此吹管臨時(shí)管道靶板位置的一般安裝在臨時(shí)管系管件后4～6 m處。

3.4 吹管門卡澀

電廠在吹管過程中吹管門卡澀是比較常見的，卡澀的原因主要是閥門在高溫高壓狀態(tài)下使用時(shí)，受熱膨脹，相對(duì)動(dòng)靜間隙變小，使得閥門開啟力矩大于閥門驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)力矩。因此吹管門在安裝前必須解體檢查，主要檢查閥座與閥芯之間的配合間隙，同時(shí)檢查軸承、驅(qū)動(dòng)裝置、盤根、墊片等。軸承部位確保潤(rùn)滑良好。檢修完畢后的閥門必須在空負(fù)荷下進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查是否有異常響聲，轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，開啟時(shí)間是否在60 s以內(nèi)。

3.5 吹管靶板設(shè)計(jì)

要使靶板軸的設(shè)計(jì)達(dá)到足夠的強(qiáng)度，其密封性、操作性、換取靶板時(shí)的安全性尤為重要。常用的靶板器結(jié)構(gòu)有法蘭式、直軸式、串軸式和框架式4種。前3種形式屬于內(nèi)置式靶板，框架式靶板屬于外置式靶板。進(jìn)入二階段吹管時(shí)，盡量將第一階段吹管結(jié)束后的靶板拆除，不要在第一階段處安裝靶板，吹管加工的靶板要拋光，肉眼檢查不得發(fā)現(xiàn)瘢痕。采用直軸式靶板和法蘭式靶板方式時(shí)，臨時(shí)管道內(nèi)必要焊接短的套管，主要用于限制靶板軸非法蘭端，臨時(shí)管道外壁所引短管要進(jìn)行加固，防止由于靶板在吹掃過程中長(zhǎng)時(shí)間晃動(dòng)而發(fā)生斷裂。

3.6 再熱系統(tǒng)超溫控制

合理布置再熱蒸汽系統(tǒng)的臨時(shí)管道也是控制再熱器超溫的有效途徑。二次蒸汽中壓主蒸汽門后吹管臨時(shí)管道采用的口徑同再熱蒸汽進(jìn)口管道口徑，這樣可有效減小介質(zhì)在臨時(shí)管道內(nèi)的阻力，使蒸汽迅速排出，對(duì)再熱器超溫具有一定的

抑制作用。

4 結(jié)束語

十多年來，多臺(tái)機(jī)組吹管臨時(shí)管道布置和安裝經(jīng)驗(yàn)證明，無論是無再熱系統(tǒng)的小容量生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組，還是超超臨界機(jī)組，合理布置吹管臨時(shí)管道，不僅能夠縮短機(jī)組施工工期，提高機(jī)組安裝質(zhì)量，而且給安裝和運(yùn)行人員提供了安全保障。

[1] SY/T 5037-2000,低壓流體輸送管道用螺旋縫埋弧焊鋼管[S].

[2] 郭曉克,黎明紅,黃 濤.火力發(fā)電廠汽水管道零件及部件典型設(shè)計(jì)[M].長(zhǎng)春：東北電力設(shè)計(jì)院，2006.

本文責(zé)任編輯：楊秀敏