水冷式非金屬補償器

吳連朋 張福洋 劉圣元 李玉丹 馬啟儉

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局404隊,遼寧遼陽 111000)

水冷式非金屬補償器

吳連朋 張福洋 劉圣元 李玉丹 馬啟儉

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局404隊,遼寧遼陽 111000)

在電廠的煙風(fēng)道管網(wǎng)中,補償器主要用于吸收管道、設(shè)備的熱位移。補償器型式有金屬補償器、非金屬補償器等。這幾種補償器各自都有不足,膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器采用在背撐法蘭處加裝水冷管及改進隔熱層的方式,避免高溫?zé)煔庵苯訉γ善さ臒?提高了補償器的使用壽命,從而降低管線的綜合成本。

膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器 水冷管 隔熱層

1 膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器開發(fā)的背景

眾所周知在使用褐煤的發(fā)電廠中，由于燃燒制粉系統(tǒng)采用風(fēng)扇磨直吹式系統(tǒng)，從褐煤鍋爐抽煙口至風(fēng)扇磨煤機入口的管道要承受較高溫度，其最高溫度可達(dá)1100℃。在這種情況下，管道上經(jīng)常采用整體材質(zhì)為310S或者304L甚至進口耐高溫材料制造，并設(shè)置相同材質(zhì)的金屬補償器來補償管道及設(shè)備位移。由于金屬補償器的補償能力遠(yuǎn)低于非金屬補償器，常常為了滿足高溫管道的較大補償量而不得不增大金屬補償器的外形尺寸，同時為了避免金屬補償器產(chǎn)生較大的推力作用在設(shè)備上，需要在金屬補償器的兩端設(shè)置較多的支吊架，對整個管系布局提出了較高的要求，也大大增加了工程造價。而且由于金屬補償器的彈性力及管道的內(nèi)壓推力較大，加之制造這些金屬補償器的材料在高溫環(huán)境下的許用應(yīng)力又較小，金屬補償器常常在應(yīng)力集中的部件上容易出現(xiàn)很多問題。從而導(dǎo)致高溫管道上的金屬補償器破壞事故頻發(fā)，造成補償器的整體破壞，帶來極大的經(jīng)濟損失和材料的浪費。因此高溫管道領(lǐng)域急需一種能夠替代金屬補償器的新型產(chǎn)品。

在此背景下，我廠結(jié)合自身生產(chǎn)制造經(jīng)驗研制開發(fā)出膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器，并取得成功。

2 膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器開發(fā)的思路

非金屬補償器作為熱補償及減震設(shè)備，具有安裝簡單、對設(shè)備推力小、節(jié)省空間等優(yōu)點。但同時非金屬補償器密封層采用非金屬材料如硅、氟橡膠等制造的原因，這樣非金屬補償器就會成為管道中的薄弱環(huán)節(jié)。尤其使用在介質(zhì)溫度為850℃以上的高溫環(huán)境中時，非金屬補償器常因為其結(jié)構(gòu)、非金屬材料和絕熱層的設(shè)計等原因難以滿足這種高溫環(huán)境的使用要求。

膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器的開發(fā)整體思路是在背撐法蘭處加裝水冷管，采用水冷卻補償器的框架及蒙皮部分，同時隔熱材料采用絕熱模塊與隔熱枕相結(jié)合使用的方式。通過這種方式保證了非金屬補償器在工作狀態(tài)下，不會發(fā)生高溫?zé)煔馔ㄟ^非金屬補償器隔熱材料的縫隙作用在蒙皮上，使蒙皮發(fā)生破壞的情況。

3 膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器開發(fā)的具體內(nèi)容及創(chuàng)新點

3.1 隔熱層的改進

普通非金屬補償器內(nèi)部填充都是采用不銹鋼絲網(wǎng)或者耐高溫布包裹絕熱材料填充的方式，經(jīng)實踐檢驗證明這種填充方式效果不好。我們通過反復(fù)試驗論證后，最終采取設(shè)置隔熱枕及絕熱模塊組合的方式代替原有填充方式的措施，實現(xiàn)了防止高溫?zé)煔馔ㄟ^縫隙傳導(dǎo)作用到蒙皮上的目地，大大延長了非金屬補償器蒙皮的使用壽命。

絕熱模塊采用耐高溫陶瓷纖維針刺毯按照設(shè)計尺寸沿軸向往復(fù)折疊后壓制而成，具有100%的回彈系數(shù)。在絕熱模塊圓周之間采用折疊后壓制的補償毯填充，這種結(jié)構(gòu)使非金屬補償器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，發(fā)生壓縮位移再拉伸后不會出現(xiàn)任何縫隙，杜絕了以往高溫?zé)煔馔ㄟ^隔熱層的縫隙直接吹掃蒙皮的情況。隔熱枕材料為耐高溫陶瓷纖維針刺毯，裁成一定的長度纏繞在絕熱模塊與導(dǎo)流筒之間及絕熱模塊與蒙皮之間，起到了雙保險的作用。

3.2 框架隔熱方式的改進

普通非金屬補償器采用壓板和螺栓直接將蒙皮密封在背撐法蘭上，高溫?zé)煔饪赏ㄟ^背撐法蘭直接傳導(dǎo)到蒙皮上，造成蒙皮的燒損；同時普通非金屬補償器密封擋板采用分體結(jié)構(gòu)，在圓周上布置幾塊起限制徑向位移超限的擋板，高溫?zé)煔馔ㄟ^密封擋板之間的空隙也可以直接作用到蒙皮上，造成蒙皮的燒損。鑒于以上兩點我們改進了框架的設(shè)計，通過在蒙皮與背撐法蘭之間添加陶瓷纖維紙及陶瓷纖維布制成的絕熱墊片，很好的降低了高溫?zé)煔馔ㄟ^金屬結(jié)構(gòu)件傳導(dǎo)到蒙皮上的熱量；同時密封擋板采用整體焊接設(shè)計，防止高溫?zé)煔馔ㄟ^密封擋板的縫隙作用到蒙皮上，提高金屬補償器蒙皮的使用壽命。

3.3 加裝水冷管

為了降低造價，在原有高溫爐煙非金屬補償器的背撐法蘭處加裝水冷管，采用水冷卻的方式降低框架及蒙皮上的溫度，經(jīng)過系統(tǒng)驗算，各項參數(shù)均能保證膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道水冷式非金屬補償器在高溫爐煙管道上的正常使用，并且背撐法蘭材料由不銹鋼變成Q235普通碳鋼，提高了補償器的使用壽命。經(jīng)過多次試驗，改進了部分加工工藝，并最終確定了對導(dǎo)流筒部分進行開槽加工的方法，解決了熱應(yīng)力對導(dǎo)流管與水冷管的焊接部分的損壞問題。

4 結(jié)語

針對燃燒褐煤的高溫爐煙管道我廠開發(fā)的的高溫爐煙管道非金屬補償器在九臺電廠、海拉爾電廠、雙遼電廠等電廠的高溫爐煙管道運行至今，受到用戶的一致好評，加裝水冷裝置后，不但提高了補償器安全性能也降低了補償器的綜合造價，提高了高溫爐煙管道的使用壽命。

[1]GB 150.1～150.4-2011《壓力容器》.

[2]TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》.

[3]Q/LYD 01-2009《織物補償器》.