印度鍋爐設計應注意的問題

閆勃東

(華西能源工業股份有限公司四川 自貢 643001)

0 引言

去年年底我公司剛剛完成了一個出口印度的項目鍋爐的設計。該機組額定出力為360 MW，最大工況下出力為380 MW，鍋爐最大連續蒸發量為1223 t/h。印度工程和以往出口其他國家的鍋爐存在最大的差異在于印度有一整套關于鍋爐設計的規程，即IBR(Indian Boiler Regulation)，所有受壓部件必須按IBR要求進行設計、生產、制造、檢驗、驗收，只有獲得CIB(當地鍋爐首席檢查官Chief Inspector of Boiler)、CBB(中央鍋爐檢查局Central Boiler Board)審批通過，才能進行生產。IBR沒有要求的須滿足ASME規范。這是我公司首次將產品直接出口印度，并且是以鍋爐島的形式。由于經驗不足，在設計過程中難免遇到些困難，走了些彎路。最終順利通過了印度CIB、CBB等機構的審查。

1 主汽參數

在國內，鍋爐BMCR(鍋爐最大連續運行)工況的主蒸汽流量與汽輪機的VWO(主汽門全開)工況相匹配，而印度項目則要求鍋爐的BMCR工況的主汽流量為103%倍的VWO工況。按汽輪機熱平衡圖的VWO工況，主汽流量為1187 t/h，所以對應于鍋爐BMCR工況則為1223 t/h。

2 印度的地理環境和氣候

印度位于亞洲南部，屬熱帶季風氣候，氣溫因海拔高度不同而異，夏季多雨，潮濕悶熱，氣溫最高達44℃，冬季氣溫一般也高達25～30℃左右，空氣濕度大，而且風壓也很大。在鍋爐設計時要充分考慮到環境溫度及空氣濕度對鍋爐性能的影響，風壓對鍋爐鋼結構的影響。

3 印度的煤質

印度的煤可燃基揮發份很高(Vdaf=46%)，灰份也很高(Aar=43%)，低位發熱量為3400 Kcal/kg。根據國內普華煤質判定方法，印度煤的最大問題在于對受熱面的磨損。這也是印度業主方比較關心的問題。所以要求我們在設計時水平煙道內煙氣流速不能超過10 m/s，省煤器區域煙氣流速不能超過8 m/s。并且要求鍋爐水平煙道設計成一定的傾角，以防止積灰。而在實際的設計過程中，我們除了采取上述措施外，還分別在受煙氣沖刷的高溫過熱器、高溫再熱器、中溫再熱器、低溫過熱器、省煤器等受熱面的前兩排管子加裝了防磨蓋板。這樣從標本兩方面對受熱面進行保護，提高使用壽命。

4 IBR對圖紙的要求及圖紙的報批

對于非受壓件，出圖只需蓋上章，表明圖紙用途即可，如用于初設資料的圖紙加蓋“FOR PRELIMINARY”字樣專用章，用于施工的圖紙加蓋“FOR CONSTRUCTION”字樣專用章。而對于受壓件圖紙則要求較多，除加蓋表明圖紙用途的圖章外，還須要在圖中表達出以下信息:

(1)所以圖紙的比例應符合IBR規范的Reg 4(C)的要求。

(2)圖紙(包括部件總圖)還應包含應用規范、版本增補和規范案例(如果使用)，設計和工作壓力，最大工作壓力，設計和工作溫度，材料的規范和等級，無損探傷的要求，熱處理的要求，壓力試驗的要求，焊接接頭的細節，尺寸和公差要求，IBR規范要求的銘牌和鋼印內容、位置，受熱面積等。

(3)可以使用英制單位或公制單位，但是自始至終只能使用一種單位。

(4)材料的采購規范應在圖紙中明確。

(5)在材料清單上應該明確IBR的證書要求。

IBR要求鍋爐所有受壓件(包括閥門等附件)均須取得IBR認證。在開始制造前，整套圖紙和詳細的設計計算書(強度計算，受熱面積計算)、材料對照表及材料清單首先要由第三方檢驗機構批準。然后提交給印度CBB批準，然后由安裝地首席檢查官批準。

5 IBR對于強度計算的要求

印度鍋爐規程是印度1923年制定的，1950年進行過一次修訂，現行的鍋爐受壓部件設計按1950年版進行設計。該標準是按當時鍋爐等壓力部件的情況制定的標準，由于經過50多年的工業發展，這部標準有很多地方已經很難適應現行大容量鍋爐機組設計要求。部份專業詞匯根本無從考證。該標準和國際通用的ASME標準，以及中國標準GB/T9222－2008也存在較大差異。在執行IBR的過程中，為確保設計做到萬無一失，我們對受壓部件進行了多次核算，(1)對受壓部件按GB/T9222－2008進行強度校核，計算受壓部件的最小壁厚，最大允許工作壓力，并初步核算裕度的大小。(2)按ASME規范進行強度核算。(3)按IBR要求進行最大允許工作壓力、最小需要壁厚核算。設計壓力，設計溫度的確定:在強度核算中，由于印方標準無明確的關于設計壓力的原則，我們將設計壓力按GB/T9222－2008進行取值，設計溫度，按IBR進行取值。這里特別值得一提的是三通的強度計算，由于我方設計的三通是帶有開孔的焊接三通、擠壓三通，IBR對此并無明確規定，我們按GB/T9222－2008進行核算，但并未作為正式資料提供給印度CIB、CBB等機構。在按IBR標準計算的強度計算書中，必須列出IBR的強度計算公式、公式所在的章節號以及所有選取的數據的來源。

下面以汽包強度計算為例，簡單介紹一下IBR與GB9222和ASME的一些區別。

汽包筒身強度計算公式，按IBR－270條如下:

式中，T=壁厚，單位:英寸，D=最大內徑，單位:英寸，W.P.=工作壓力，單位:磅/平方英寸，f=金屬工作溫度下的許用應力，單位:磅/平方英寸，E=筒身管孔帶效率或其它開孔帶效率(即孔橋減弱系數)，或縱向接頭的焊縫系數，與GB9222和ASME不同，IBR沒有直接計算壁厚的公式，上述公式的計算結果是最大允許工作壓力，即根據所選材料、壁厚、開孔布置等計算出的該元件所能承受的最大壓力。得出的結果不低于該元件的設計壓力即為合格。也可以根據上述公式推導出計算壁厚的公式，即:

式中，

Tmin=最小需要厚度，單位:英寸，

D.P.=設計壓力，單位:磅/平方英寸，

在提供強度計算時以上兩個結果都需要提供，只有兩個結果均滿足要求才能確定強度合格。

材料的許用應力的選取也有所不同，GB9222和ASME都可以根據金屬壁溫直接查得，IBR則只能通過相關力學性能數據進行推導。其確定方法如下:

溫度≤454℃時，取兩值中的較小值:

此條與GB9222相同，但不同于ASME標準，ASME規定取以下較小者:

2.溫度＞454℃時，取三值中的最小值:

GB9222規定取以下較小者:

ASME規定取以下較小者:

式中，t=金屬工作溫度，R=室溫下鋼的最小規定抗拉強度，E=室溫下最小規定屈服點，Et=溫度為t時的屈服點(0.2%屈服強度)，Sc=溫度為t時100000小時內產生延伸率為1%的平均應力，SR=溫度為t時100000小時內產生斷裂的平均應力，在任何情況下，當應力大于最小應力的1.33倍時，均不會產生斷裂。

與ASME材料應力表中的許用應力比較，ASMEⅡD篇中的數據較為保守，故可直接選取ASME中的應力值進行計算。

6 FCB工況

FCB的全稱為Fast Cut Back(快速切回負荷)。在國內又叫小島運行或孤島運行工況。它是指火電機組運行在某一負荷時，因電網故障解列或發電機、汽輪機跳閘，瞬間甩掉全部對外供電負荷，但未發生鍋爐主燃料跳閘(MFT)的情況下，用以維持“帶廠用電孤島運行”或“停機不停爐”的自動控制功能。

印度國家電網不太穩定，故障時有發生，為避免造成重大的經濟損失，印度工程大多會要求機組具備FCB功能。當然，FCB工況主要考驗的是整個系統的穩定性、DCS的反應時間、汽輪機低負荷運行能力、高低壓旁路的響應速度、除氧器壓力及水位的控制等。

當FCB發生時，汽輪機將在瞬間由滿負荷(100%TMCR)迅速下降至帶廠用電(約6% ～7%TMCR)負荷運行。而鍋爐的負荷變化則需要滯后一段時間，而且對于鍋爐來說，無法在6% ～7%的負荷下穩定燃燒，所以鍋爐負荷一般控制在40%～50%。這兩者之間蒸汽量的差異就需要旁路來協調。經過與設計院旁路設計的幾次配合，終于滿足了業主方的要求。

［1］INDIAN BOILER REGULATION.印度鍋爐規程.

［2］ASME第Ⅰ卷動力鍋爐建造規則.

［3］GB9222－2008，水管鍋爐受壓元件強度計算.

［4］潘睿，李淑紅，王志偉，等.高效除塵脫硫CT/n型鍋爐爐前型煤機的研制［J］.森林工程，2007，23(1):56 －57.