讓管技術(shù)在雙管排滾筒冷渣機(jī)上的應(yīng)用

甘政，淡康彬，鄧微

（四川白馬循環(huán)流化床示范電站責(zé)任有限公司，四川 內(nèi)江 641005）

讓管技術(shù)在雙管排滾筒冷渣機(jī)上的應(yīng)用

甘政，淡康彬，鄧微

（四川白馬循環(huán)流化床示范電站責(zé)任有限公司，四川 內(nèi)江 641005）

膜式壁滾筒冷渣機(jī)是循環(huán)流化床燃煤機(jī)組上重要的排渣設(shè)備，它能對(duì)爐渣進(jìn)行冷卻，并利用爐渣溫度加熱給水，使部分給水溫度從30℃左右加熱到90℃左右，降低機(jī)組煤耗。白馬公司#61機(jī)組雙滾筒膜式壁冷渣機(jī)結(jié)構(gòu)中，存在部分檢修位置空間不足，檢查難度較大的問(wèn)題。通過(guò)讓管技術(shù)改造，能在不影響換熱及排渣溫度的情況下解決冷渣機(jī)在檢修檢查過(guò)程中的空間問(wèn)題，降低了換熱管道漏水的可能性，提高了設(shè)備的可利用率。

膜式壁；管排；溫度；讓管；檢修空間

冷渣機(jī)是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的安全節(jié)能工藝設(shè)備，在循環(huán)流化床鍋爐行業(yè)被普遍應(yīng)用。近年來(lái)，隨著冷渣機(jī)設(shè)備的大型化、內(nèi)部換熱管結(jié)構(gòu)的緊湊化，使冷渣機(jī)內(nèi)部檢查檢修難度日益加大。讓管技術(shù)是通過(guò)改變?cè)泄艿赖奈恢茫ㄟ^(guò)對(duì)流體管道的重疊、移位，讓出部分空間的工藝技術(shù)措施。白馬600MW循環(huán)流化床機(jī)組現(xiàn)在布置6臺(tái)雙管排模塊式滾筒冷渣機(jī)，換熱結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)筒、外筒、螺旋片、換熱片等組成，由于內(nèi)筒與外筒之間流動(dòng)間隙較小,使內(nèi)筒外壁受熱面管排檢查困難，容易造成換熱管排漏檢。

1 讓管的必要性

雙管排模塊式滾筒冷渣機(jī)換熱管排可以分為高溫段和低溫段，高溫段在下渣口向后延伸3米范圍內(nèi)，3米位置后為低溫段。在高溫段，灰渣急劇換熱，輻射換熱能力強(qiáng)，管道及金屬件熱疲勞強(qiáng)度大。

通過(guò)在冷渣機(jī)外筒體上增加測(cè)溫孔、測(cè)溫儀器取平均值，發(fā)現(xiàn)高溫段能將灰渣從900℃左右降低到400℃左右。低溫段雖然長(zhǎng)，但是換熱能力由于熱輻射下降和傳熱溫差下降而逐漸降低。當(dāng)溫度下降到400℃以下后，溫度對(duì)碳鋼的熱疲勞影響逐漸下降，低溫段管排由熱疲勞引起的故障很少。

高溫區(qū)膜式壁在運(yùn)行過(guò)程中，由于設(shè)備在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)換熱，管排所受不均性溫度變化較大。在加工制造中的殘余應(yīng)力與使用過(guò)程中的工作應(yīng)力共同影響，并加上爐渣存在輕微的腐蝕性，容易導(dǎo)致鰭片、導(dǎo)渣片焊縫位置發(fā)生裂紋。雖然這些開(kāi)裂點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生大范圍漏水，但是滴漏的水與灰渣長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)，容易造成灰渣在冷渣機(jī)筒體內(nèi)板結(jié)，增加檢修難度。

熱疲勞造成的換熱管漏水不是偶然性的問(wèn)題，它是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，從量變到質(zhì)變的一個(gè)過(guò)程。如果在每一個(gè)檢查周期（1個(gè)月一次）能有效的檢查預(yù)防熱疲勞造成的管排缺陷，前期判斷并預(yù)防處理，杜絕冷渣機(jī)的漏水。

2 讓管實(shí)際運(yùn)用

根據(jù)白馬前期冷渣機(jī)漏水特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)力輕微裂紋滴漏造成的設(shè)備泄漏故障均集中在高溫段。為了解決定期高溫段檢查檢修的便利性，2015年白馬公司對(duì)該結(jié)構(gòu)冷渣機(jī)進(jìn)行讓管改造。

讓管主要是利用彎管將外管排向外筒體兩邊移開(kāi)，同時(shí)在外筒體高溫段開(kāi)設(shè)800×250mm的長(zhǎng)方形檢修孔。

外管排組由兩根回水管及兩根進(jìn)水管組成，將外管排兩組供水管二合一為一根供水讓管，兩組回水管二合一為一根回水讓管，讓管靠近筒體外壁，形成一個(gè)檢查孔。并以相同的的結(jié)構(gòu)在高溫段處開(kāi)設(shè)5組檢查孔。在開(kāi)孔后，整個(gè)視線(xiàn)空間能覆蓋內(nèi)筒外壁，0～2.5m長(zhǎng)度范圍的檢查視野達(dá)95°，不存在檢修死區(qū)（圖1）。

圖1 讓管空間布局圖

圖2 中將兩根供水管和兩根回水管采用三通合二為一成讓管，讓管穿過(guò)外部筒體鋼板，管道與外部筒體鋼板貼近，這樣不會(huì)影響管道的受熱膨脹，也將需要的檢修檢查空間讓開(kāi)，起到檢修孔的作用。

圖2 讓管結(jié)構(gòu)圖

3 讓管的流態(tài)

將兩管并聯(lián)后，通過(guò)讓管流速變化趨勢(shì)，來(lái)判斷冷渣機(jī)讓管處是否存在傳熱惡化情況。冷渣機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，按照美國(guó)換熱器協(xié)會(huì)（HEI）發(fā)布的《電廠換熱器標(biāo)準(zhǔn)》（PPHX）進(jìn)行流速控制。該標(biāo)準(zhǔn)提出最大換熱管內(nèi)流速碳鋼管不超過(guò)2.4m/s進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)供水處旋轉(zhuǎn)接頭壓力表可以測(cè)得供水壓力門(mén)后為1.5MPa,回水壓力門(mén)前測(cè)得1MPa。水管直徑由兩組內(nèi)徑50mm的換熱管合并為內(nèi)徑為64mm的換熱管，管道的流通整體截面積減小。

采用流態(tài)模擬的方式，對(duì)整個(gè)變換區(qū)域的管組進(jìn)行流速及流態(tài)檢查。三通外壁形狀與流體運(yùn)動(dòng)時(shí)流跡線(xiàn)接近，沒(méi)有在三通處形成回流漩渦，避免了在三通處局部傳熱惡化，不影響流態(tài)變化。流速在三通前部為1.1m/s，合管后增大到2.1m/s,后部三通處流速又降低到1.2m/s（圖3）。以溫度為60℃流速水運(yùn)動(dòng)粘度計(jì)算雷諾數(shù)：

公式中ρ為溫度下的密度，v為流速，d為管道內(nèi)徑，η為運(yùn)動(dòng)粘度。

在1.2m/s時(shí)，Re=114884＞4000 流體為紊流狀態(tài)；在2.2m/s時(shí)，Re=219324＞4000流體為紊流狀態(tài)，符合管道傳熱設(shè)計(jì)。

4 讓管過(guò)程其它技術(shù)特點(diǎn)

管排采用讓管后，在冷渣機(jī)外筒內(nèi)部形成了兩組受熱區(qū)。為了避免外殼鋼板干燒無(wú)冷卻造成鋼板碳化變形，在受熱區(qū)內(nèi)填充耐火材料。同時(shí)耐火材料澆筑可以保護(hù)雙筒冷渣機(jī)內(nèi)部支撐件的整體剛性。耐火材料理化性能如表1。

表1

圖3 讓管流速分布圖

原設(shè)計(jì)的支撐結(jié)構(gòu)支撐件較扁薄，采用讓管后，支撐件由16×50的方形結(jié)構(gòu)增大到直徑50圓形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由于截面積增大，其支撐強(qiáng)度也增大，圖4通過(guò)在支撐部件增加相同載荷500N時(shí)，支撐部件應(yīng)力變化特點(diǎn)，采用方鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，在水平位置支撐件受力位移發(fā)生變化，圓鋼受力應(yīng)力分布均勻性較好。由于管道內(nèi)有水高速流動(dòng)，容易產(chǎn)生管道振動(dòng)，圓形結(jié)構(gòu)在水平、垂直、傾45°時(shí)更能穩(wěn)定內(nèi)管排，不讓內(nèi)管排發(fā)生振動(dòng)等機(jī)械缺陷。

內(nèi)部導(dǎo)渣片采用耐高溫鋼制作，能保證檢查孔處設(shè)備走渣順暢不發(fā)生阻塞。

圖4 支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比圖

圖4 支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比圖

5 技改后試驗(yàn)測(cè)試

技術(shù)改造完成運(yùn)行3個(gè)月后，2016年1月對(duì)該新結(jié)構(gòu)技術(shù)可靠性及性能進(jìn)行驗(yàn)證。

檢修空間驗(yàn)證：打開(kāi)5組檢修孔后，內(nèi)筒0～2.5M位置均能進(jìn)行檢修，檢查檢修空間滿(mǎn)足技改設(shè)計(jì)要求。排渣溫度驗(yàn)證：在4r/min轉(zhuǎn)速下對(duì)回水溫度及出渣溫度進(jìn)行試驗(yàn)。回水溫度采用系統(tǒng)自帶DCS數(shù)據(jù)，出渣溫度采用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀取渣堆中部溫度，渣溫＜150℃，水溫＜100℃。

6 結(jié)論

雙筒冷渣機(jī)通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，整體有效換熱面積較大。但是受限于檢查難度，造成了設(shè)備維護(hù)不方便。通過(guò)讓管結(jié)構(gòu)改造，不僅提高內(nèi)管排支撐強(qiáng)度，也提高設(shè)備檢修的便利性。設(shè)備改造后近1年運(yùn)行觀察，設(shè)備定期檢查方便，至今未發(fā)生過(guò)泄漏。

讓管結(jié)構(gòu)改造能提高現(xiàn)有膜式壁冷渣機(jī)運(yùn)行可靠的一項(xiàng)重要技術(shù)。它不僅能利用在雙筒膜式壁冷渣機(jī)上，也同樣能運(yùn)用在不方便檢修的其它換熱設(shè)備上，是一項(xiàng)投入低，見(jiàn)效大的技術(shù)。

[1]Standards for Power Plant Heat Exchangers[S].4th Edition，2004.

[2]郭海霞.小型鍋爐鍋筒開(kāi)裂原因分析[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))，2008,05.

[3] 聶清德，段振亞，譚薇等.關(guān)于TEMA標(biāo)準(zhǔn)《流體誘發(fā)振動(dòng)》若干問(wèn)題的討論（二）[J]. 壓力容器，2004.

[4]聶清德，段振亞,譚薇,等.關(guān)于TEMA標(biāo)準(zhǔn)《流體誘發(fā)振動(dòng)》若干問(wèn)題的討論（二）[J]. 壓力容器，2004

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