PK-39-IIM锅炉中间辐射段接管失效及其影响因素的数值分析
PK-39-IIM锅炉中间辐射段接管失效及其影响因素的数值分析
V. N. Baranov, A. A. Gorb, and S. F. Nikolaev
Sibtekhenergo, Planirovochnaya ul. 18/1, Novosibirsk, 630032, Russia
摘要：介绍了现代化PK-39-IIM型锅炉在安装后首次启动时，中间辐射部分的一个亚流发生紧急故障的后果。对引起这种破坏的因素进行了数值分析。根据水力设计标准方法中建议的建议进行计算。结果表明，在40%额定载荷下，亚流吸热增量为586kj/kg（140kcal/kg），错位构件的吸热不均匀系数为1.5-亚流下游介质温度等于670℃（操作条件接近发生故障）。
关键词：锅炉、汽水路、半流、温度、焓、吸热
正文
2011年上半年，由NPO Turboatom（哈尔科夫）公司生产的K-325-23.5-1涡轮机和ZiO机械制造厂（Podolsk）生产的P-1050-240（PK-39-IIM）双壳锅炉组成的2号发电机组在哈萨克斯坦阿克苏市的热电站进行现代化改造后投入运行。锅炉是一个T形布置的双壳体装置，配有矩形截面的棱柱形炉膛。位于锅炉入口至出口段的超临界压力介质以四种独立控制的流量（每个壳体两种）移动。
锅炉的汽水路在改造过程中发生了变化。由水平管组成的独立冷烟囱、对流竖井内的过渡区和下部辐射部分（LRP）的N形面板都被新设计的LRP所取代，该垂直膜板由12Kh1MF级钢制成的直径为32×6mm（直径×厚度）的管子组成三人一组，入口处有搅拌机。水冷壁采用V形冷漏斗组合而成。相邻面板的管道没有相互焊接，并且有容纳热膨胀所需的间隙。LRP管通过蒸汽布置成三个通道，以获得所需的加热介质速度，以确保可靠的冷却和水动力稳定性。LRP块悬挂在高度为9.6 m的框架上，并向上和向下展开。这些木块用夹子沿高度固定在框架上。十二个涡流燃烧器在两层侧墙上布置，高度为11 m和14 m，每层3个。中间辐射部件（MRP）和上部辐射部件（URP）的设计没有发生重大变化，由尺寸为32×6 mm（12Kh1MF级钢制成）的水平管块组装而成，间距为38 mm。中间辐射部分位于21.265和33.805 m的高度之间。砌块的每个条带沿其高度通过支架和夹具固定在框架上，并且在两个相邻的钻孔面板之间有一个间隙，以适应热膨胀。MRP块通过蒸汽在两个通道中连接。
在通过给水控制阀时，水分两股流向省煤器，之后，水通过LRP进入MRP，在MRP中，每个水流被分成两个平行的不受控制的子流（图1）。图2显示了面板的一般视图。前（后）壁流MRP-I和MRP-II由三个通道水平面板组成，每个面板由55个平行连接的管道组成。每个侧壁的流量MRP-I和MRP-II由两个通道水平面板组装而成，每个面板由83根管子组成。
MRP入口的介质设计温度在一定程度上增加了：从396℃增加到400℃，而表面下游的设计温度保持不变（等于435℃）。
图1 一个物料需求计划流程示意图。
横向子流依次穿过两个水平的双通道面板。横向板的总长度（从入口集管到出口集管）为15.9m；吸热面面积为66.25m2，一个元件的总压降系数为109.4。前部和后部子流依次通过两个水平三通面板移动。这些面板的总长度（从入口集管到出口集管）为39 m；吸热表面面积为108 m2，一个元件的总压降系数等于151。
在锅炉重新安装后的第一次启动过程中，一根交叉管沿焊缝从出口集箱上脱落。事故调查报告中写道：“18时07分，两个光电传感器指示火焰亮度突然下降，自动火焰备份系统通过切换到位于第二层中心部分的两个燃油喷嘴而启动。通过D支腿的给水流速突然下降了20 t/h（图3），而通过C支腿的给水流速增加。应指出的是，在17:42至18:07期间，除氧器从常压运行改为0.6MPa压力运行，水温从80℃增加到150℃。在切换至150°С运行的过程中，给水控制阀切换至远程控制模式。18时10分，运行人员增加了通过支腿D的给水流量。
由于通过支腿D的给水流量减小，LRP1、LRP2和LRP3下游介质的温度升高了20℃。MRP下游介质温度从430t开始升高.
18时07分，C腿培养基温度从430℃迅速上升到700℃，甚至更高，并一直保持在这个水平直到18:10。LRP1、LRP2和LRP3下游介质的温度保持不变。
C支腿中MRP下游介质温度逐步升高至700°С以上，导致以下后果：靠近侧板集管和将蒸汽输送至天花板水冷壁的管道附近的四个交叉管发生蠕变（直径增大）。一根管道从出口集管上断开，导致整个侧板从墙壁上断开并吊死。
图片2：MRP面板的一般视图。左后（前）面板，右面板。
图片3：事故发生时的参数图和存档软件中的温标度
为了阐明引起水冷壁管失效的因素，并提出防止这种现象发生的建议，水力失调系数和温度失调系数以及水力失调总系数采用以下标准法公式计算：
鉴于子流具有不同的表面，我们在公式中引入了比率：
式中，为积分密度和比体积（其值见标准方法表2）；H和Hel为MRP高度（次流常见），其值取自工厂图纸；Sel为元件的表面； 为平均加热表面元素之间；下标“el”表示一个元素；ωγ表示质量速度；z和zel是总压降系数（平均值和相对湿度）。
图片4：IIM锅炉用MRP的温度特性。曲线的数量对应于表中的操作模式数量
式中，λ0=λ/d；d是管直径，m；λ是摩擦系数，根据公式λ= ,l是管长度，m；∑ζloc是局部压降系数的总和（从MRP集管的管入口到交叉集管的压降，交叉过热器的入口、其出口以及所有转向MRP收集集管）；k=0.08为管绝对粗糙度，mm
对于MRP前部和横向子流，可以找到zel的值：泽尔. Fel.fr =151和Fel.lat =109。
z值根据公式计算：
Fel.fr=0.03 m3是前面板中管的横截面积，以及自由面=0.045 m3是侧板中管子的横截面积。考虑到=0.075 m2，我们得到z=115.5。
ωγ的值计算如下：
式中，G为元件（回路）中工作流体的流量，kg/h，F为元件（回路）的横截面积，m2。
他计算出（设计）焓增量Δhare等于60%负荷下的476.4 kJ/kg（113.7 kcal/kg）和100%负荷下的426.7 kJ/kg（101.84 kcal/kg）。根据这些数据，我们选择了以下关于Δh的操作条件：335、419、503和586 kJ/kg（80、100、120和140 kcal/kg），三个水平的负载分别为105、157.5和210 t/h（20、30和40%Dnom）。总共计算了12种工作模式（见表）。
根据计算结果建立了流体温度对元件吸热不均匀系数的依赖关系（图4）。从图中可以清楚地看到，在较大的焓增量下，在较小的热不均匀系数下，失调单元中的介质被加热到更高的温度水平，并且失调温度曲线具有更高的斜率。对于启动流量，这种依赖性是典型的。
MRP下游支流B温度急剧上升（从430℃上升至700℃）是由于炉内热量释放突然增加（放热激增）以及在运行中两个燃油燃烧器的自动切换导致的子流之间出现热工水力失调。自动火焰备用控制器启动，证明锅炉在40%负荷下运行，而没有燃油支撑火焰，尽管根据相关法规文件，在燃用Ekibastuz型煤时，仅允许在负荷不低于60%的情况下断开燃油入口
回路中未对准元件的吸热不均匀系数ηel取自标准方法附录1中的表1-3，具体取决于安装在炉壁上的焊道数或元件数计算。英寸在考虑的例子中，元素的数量等于两个；因此，我们取ηel=1.3。
根据同一附录的表1-4，考虑加热条件的时间变化模式的附加系数。鉴于锅炉设计中使用了多程面板，我们取Δηel=0.2。总的来说，Δηel=1.5。利用该吸热不均匀系数值，在40%负荷和Δh=586 kJ/kg（140 kcal/kg）（图4中的上曲线）下测得的失调流下游温度等于670°C，这与发生故障的运行条件很接近。实际上，总ηel要高得多，等于1.6，甚至可能是1.7。在后一种情况下，亚流下游的温度超过760°С；即超过点АС1，超过该点，12Kh1MF级钢会改变其结构，从而导致元件迅速损坏。正是这些变化导致了跨接管的失效。
计算结果清楚地证实了上述事故发生的原因，并证明MRP不能被认为是可靠的，因为这种情况可能在某些操作条件组合下再次发生。因此，必须提供监控MRP各子流程中的温度条件的方法，并且必须对其进行监控。同时，制造商应详细说明按顺序将子流连接成一个公共流的可能性。
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