1025th自然循环锅炉下降管及水冷壁引入管膨胀异常的分析及处理

　　刖言众所周知，锅炉管系的膨胀问题是关系到锅炉能否长期安全运行的重要问题。特别是高参数大容量锅炉的高温高压管道，由于管线长、温差大、管道布置复杂，管道从完全冷态到MCR工况的膨胀量非常大，而且是复杂的多维膨胀，这个问题就显得尤为重要。如SG1025t/h亚临界自然循环锅炉下降管在竖直、炉膛宽度、炉膛深度方向的大膨胀量设计值达到29242.7，47mm.如果管系膨胀受阻，管系内部会产生内应力，并随机组的工况变化而发生变化。当管道无膨胀时，内应力为0，当管道膨胀量达到大时，内应力达到大值，这一交变内应力会在管系薄弱的位置产生疲劳破坏。因此合理布置管系，选择正确的支承方式，尽可能吸收复杂的多维膨胀量，降低由膨胀不畅给管系带来的附加应力，是重要的一项工作。

　　1问题的发现武华公司一、二期工程安装了4台同类型的025t/h亚临界自然循环锅炉，其中，1、2、3号锅炉为上海锅炉厂设计制造；4号锅炉为武汉锅炉制造厂设计制造。在对1 ~4号炉膨胀情况进行全面观察后，发现3、4号锅炉2、3号角水冷壁下降管及部分水冷壁引入管膨胀严重受阻，管系的实际位移值远小于设计值（大相差达285mm）而1、2号锅炉下降管及水冷壁引入管的位移值则接近设计值，如表1所示。

　　2原因分析在排除管道受钢架、平台等刚性约束后，对1 ~4号锅炉进行了对比。锅炉的炉型、参数、管系布置走向均相同；锅炉膨胀0点的选择、锅炉对应部位膨胀量的设计值也相同；锅炉下降管及水冷壁引入管吊点位置也完全相同。不同的是吊架的形式及载荷，问题很可能出现在吊架上面。

　　1、2号炉下降管及水冷壁引入管选用的吊架相同，下降管上的1、2、3号吊点分别选用2台传统的弹簧恒力吊架、2台弹簧吊架、1台弹簧吊架，水冷壁引入管上的18台吊架均为传统的弹簧恒力吊架；3、4号炉下降管上的10台吊架和水冷壁引入管上的18台吊架均为新型蝶簧恒力吊架。并且1、2号炉吊架设计载荷与3、4号炉吊架设计载荷也有差别，如表1 1-4号锅炉下降管及水冷壁引入管位移结果mm管吊点号安装设计实际位移道标高位移1号炉2号炉3号炉4号炉28⑴0182> 300285208210140175注：位移为完全冷态至300MW工况时的数值。

　　2.1蝶簧恒力吊架蝶簧恒力吊架的工作原理如所示。吊杆1受力带动压板2下移，此时压板2向下压转臂3，使转臂3以其根部的较接点4为支点向下转动，通过转臂3拉动拉力臂5向下移动，从而使蝶形弹簧受力，压板与转臂间通过滚轮传动。从原理讲，这种吊架是由2台传统的弹簧恒吊组合而成，与传统的弹簧恒吊的工作机理是一致的，但这种吊架体积较小，重量较轻，具有造价低廉和易于安装等优点，因此其面市后即受到设计单位的青睐。

　　不难看出，这种恒力吊架比传统的弹簧恒力吊架结构要复杂得多，特别是其核心部件蝶簧及传动放大机构的设计和制造要比传统的弹簧恒力吊架要求更严格。由可见，这种恒力吊架如要准确地进行力的传递，需做到以下几点：压板与转臂间的滑动可靠，摩擦系数小；吊杆只受一个方向（吊杆方向）的力作用；两转臂、拉力臂、压板较接点等加工精度现场检查证明，1、2号炉下降管及水冷壁引入管吊架都能正常工作，3、4号炉下降管及水冷壁引入管采用的蝶簧吊架则不能正常工作，而且问题全部出现在核心部件一蝶簧及传动放大机构，如传动放大机构损坏、变形、磨擦严重，蝶簧k值不稳定等，有40的吊架完全失效成为刚性吊架。通过解剖发现这种吊架内部设计和制造都相当粗糙，制约吊架稳定可靠工作的因素在设计和制造过程中并没有得到有效解决。可以说，随着时间的推移，这些吊架都将经历载荷偏离设计值直至吊架完全失效的过程，吊架的稳定工作时间将大大缩减。

　　作为一种新型的恒力吊架，其工作原理是科学的，但由于蝶簧及传动放大机构的设计和制造工艺没有达到技术要求，因此这种新型蝶簧恒力吊架还相当不成熟，性能还相当不稳定。

　　这些失效的恒力吊架因拒动而成为刚性吊架，限制了管道的膨胀，它们成为3、4号炉下降管及水冷壁引入管膨胀受阻的根本原因。

　　2.2吊架载荷Publishi水比热态下（8即管内充满水〕要小。因此，如果。全部1-4号炉下降管吊架的设计载荷如表2所示。

　　这里仅列出下降管吊架的载荷进行比较，实际上水冷壁引入管吊架载荷也有差异。从表2可以看出，1、2号炉下降管吊点设计载荷与3、4号炉下降管吊点设计载荷存在一定的差异，3、4号炉原设计载荷偏小，并且没有考虑完全冷态与热态时管系负荷的变化，管系整体负荷在完全冷态时（即管内没有充热态吊架推荐值炉a）3-号修4炉S3-号原推荐值选用恒力吊架，将不能解决管系负荷的变化。

　　表2吊点载荷的分配情况kN冷态吊架号号炉号炉号炉（原设）（原设）（修改）若将下降管视为简支梁进行计算计算模型如所示，计算结果如表2的推荐值。可见3、4号炉下降管吊架的设计载荷偏离管系的理想值较大，这可能是下降管在冷态不能完全复位的一个重要原因。

　　汽包提供的载荷P下降管垂直管段的重量下降管计算模型3处理方案通过锅炉厂、吊架制造厂、设计院、安装单位、用户等几方面专家的分析讨论，取得了一致的处理意见即将3、4号锅炉下降管及水冷壁引入管的56台蝶簧恒力吊架全部更换为与一期相同的传统弹簧恒力吊架和弹簧吊架，处理方案包括以下3方面。

　　3.将下降管及水冷壁引入管的全部蝶簧恒力吊架拆除，更换为与一期相同的传统弹簧恒力吊架和弹簧吊架。

　　3.2对吊架载荷重新进行分配，修改后下降管各点吊架载荷如表1所示。

　　3.3鉴于下降管在完全冷态下不能完全恢复到设计状态，在对下降管及水冷壁引入管吊架进行更换时，都将下降管拉回到设计状态下进行安装。

　　这一方案已在3号炉进行了实施，通过近1年的运行考察，经改造后各吊点的实际位移值与设计值相差很小，3号炉下降管及水冷壁引入管膨胀受阻的问题已得到解决。

　　4结论与建议通过对蝶簧恒力吊架的原理分析，3、4号锅炉下降管及水冷壁引入管膨胀受阻现象的观察分析，以及3号炉下降管及水冷壁引入管膨胀受阻的问题的成功解决，可以得出以下结论：4.蝶簧恒力吊架作为一种新型的恒力吊架，虽具有一些优点，但这种吊架存在着许多制约因素，特别是核心部件蝶簧及传动放大机构的设计和制造工艺还不完善，还不能解决这些制约因素，因此它的工作性能极不可靠，如不进行改进而将它用于汽水管道是非常危险的。蝶簧恒力吊架失效是导致3、4号锅炉下降管及水冷壁引入管膨胀受阻的根本原因。

　　4.2设计载荷分配不合理，可能是引起下降管不能处在平衡位置（即达到设计状态）的重要原因。

　　4.2.1在选用吊架时，应充分考虑到管系随工况变化负载会发生变化的特点，合理地选择弹簧吊架，以达到吸收负载变化的目的。

　　4.2.2由于下降管的跨度很大，达到17架载荷即使偏离平衡态很小，管系也会产生一定的挠度（如R0变化1000kg下降管会在此处产生28mm的挠度）因此管系能否与设计状态相一致，取决于吊点载荷选用的准确性。

　　4.2.3通过分析计算可以得出，安装载荷以及弹簧k值选用不当，将会造成汽包根部与下降管的对接接头处应力的往复变化。

　　4.2.4设计时应重视吊架的选型以及载荷的选择，吊架的选型应在充分了解吊架性能的基础上作出正确的选择。

　　4.3恒力吊架需要非常高的工作可靠性。蝶簧恒力吊架只有进行工艺和质量上的改进，提高工作的可靠性，才能发挥它的优越性。

　　4.4建议对原管系重新进行应力计算分析；对几个危险截面应进行重点校核和外观检查，如与汽包相连的下降管根部结合面、水冷壁引入管与分配器的结合面等。