cfb锅炉屏式过热器变形分析

《cfb锅炉屏式过热器变形分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、文章编号：１０００－７４６６（２０１２）０６－００９２－０３＊ＣＦＢ锅炉屏式过热器变形分析江卫青，徐国强，胡玉林（中国石油大学（华东），山东青岛２６６５５５）摘要：ＣＦＢ锅炉运行一个周期后屏式过热器产生最大约３００ｍｍ的弯曲变形，应用能量法分析了产生变形的原因，结果表明，由于两相邻管排间距偏小，工作时发生相向失稳变形导致相互约束引起过热器变形。关键词：屏式过热器；临界温度；失稳；塑性变形；分析中图分类号：ＴＥ９７３；Ｏ３４１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－７４６６．２０１２．０６．０２

2、３ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｌａｔｅｎＳｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｉｎＣＦＢＢｏｉｌｅｒＪＩＡＮＧＷｅｉ－ｑｉｎｇ，ＸＵＧｕｏ－ｑｉａｎｇ，ＨＵＹｕ－ｌｉｎ（ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｂｅｎｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔ３００ｍｍｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｌａｔｅｎｓｕｐｅｒ－ｈｅａｔｅｒａｆｔｅｒｒｕｎｎｉｎｇａｐｅｒｉｏｄａｂｏｕｔＣＦＢｂｏｉｌｅｒ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｄｅｆ

3、ｏｒｍａｔｉｏｎｂｙｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄｉｓａｎ－ａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｖａｌｕｅｏｆｓｐａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏａｄ－ｊａｃｅｎｔｃａｎａｌｓ，ｗｈｉｌｅｗｏｒｋｉｎｇ，ｔｈｅｖｉｓ－ａ－ｖｉｓｄｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｌｅａｄｔｏｒｅｃｉｐｒｏｃａｌｂｏｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｔｅｎｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ；ｃｒｉｔｉｃａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｐｌａｓｔｉｃｄｅ

4、ｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ某ＣＦＢ锅炉屏式过热器炉管（图１ａ）尺寸４２ｍｍ×６ｍｍ，工作介质为蒸汽，气体入口温度４０５℃，出口温度４４２℃，入口压力９．０ＭＰａ，出口压力９．５ＭＰａ。炉管材质１２Ｃｒ１ＭｏＶＧ钢，该钢是被广泛用于高压、超高压、亚临界电站锅炉过热器、集箱和主蒸汽导管的钢种，４００℃时的屈服应力为３３８ＭＰａ。１４根炉管尺寸相同，管间用薄钢板联接在同一平面内组成管排，管排宽１２００ｍｍ，管排与管排间距１０００ｍｍ。运行１ａ后个别管排发生垂直于管排平面方向的弯曲，最大挠度约３００ｍｍ，发生在

5、竖直管中部附近（图１ｂ）。现场检测未发现炉管材料金相组织、硬度和壁厚有明显变化。管排变形分析［１～６］１图１ＣＦＢ锅炉屏式过热器炉管由屏式过热器结构可知，在其管排平面内难以产生变形，而在垂直于管排平面内属于典型的细长杆结管排计算模型当温度升高时过热器要通过变形释放热应力。１．１＊收稿日期：２０１２－０６－０１基金项目：山东省自然科学基金资助项目（Ｙ２００７Ａ３１）作者简介：江卫青（１９８２－），男，山东青岛人，助理工程师，在读硕士研究生，研究方向为结构强度及可靠性。第６期江卫青，等：ＣＦＢ锅炉屏式过热器变形分析·９

6、３·构，在较小的轴向压力作用下就会失稳而产生弯曲变形。单管排的计算模型简化为两端固定，且只需考虑１根管（即管线）的情况，见图２ａ。πμｉ２２２μｌ２μｌπＢ＝π槡αΔｔ－（ｌ）＝π槡αΔｔ－（λ）（６）式中，ｉ为横截面惯性半径，ｍｍ；λ为柔度；μｌ为杆的相当长度，μｌ＝８５９５ｍｍ，则最大挠度ｙｍａｘ为：ｙｍａｘ＝２Ｂ＝４μｌ／π槡αΔｔ－（π／λ）２（）７工程中实际杆件柔度λ＞λｐ≈１００，远大于π，故当杆件失稳时，最大挠度可简化为：ｙｍａｘ＝２Ｂ＝４μｌ／π槡αΔｔ将各参数带入式（８），有ｙｍａｘ＝８１９ｍｍ。

7、管排间相互影响（８）１．３两管排间的距离只有９６０ｍｍ，而单管排在工作温度下最大弯曲位移已达８１９ｍｍ。若相邻两管排产生同向或背向的失稳弯曲变形时，各自互不干扰（图３ａ、图３ｂ）。若相邻两管排产生对向变形时，相邻两管排变形相互影响（图３ｃ），刚度小的管排的变形被刚度大的管排所限制或排斥，导致管内局部应力超过材料的屈服应力，从而产生塑性变形使其变形不能恢复。若两相邻管排刚度相同，则由式（８）可以得到两相邻管排刚接触时的温变Δｔ＝１３７．４℃。图２管排计算模型简化管排变形分析由于失稳时压力等于临界压力ｐ，所以超过临界温

8、变时管线的变形可按图２所示的几个过程来分析。先设管线允许沿轴向伸长，则温度变化Δｔ时的伸长ｌＴ（图２ｂ）为：１．２（１）ｌＴ＝ｌαΔｔ然后施加轴向压力ｐ，使管线产生缩短，其缩短量ｌｐ（图２ｃ）为：ｌｐ＝ｐｌ／（ＥＡ）（２）式（１）～式（２）中，ｌ为管线长度，ｍｍ；α为工作温度时的线胀系数，取α＝１．４×１０－５／℃；Δｔ为温度变化，℃；Ｅ为材料弹性模量，Ｐａ