1000MW超超临界机组测温热电偶选型研究.pdf

维普资讯htp:/WWW.CC1P.C01N
2008年1月
書。カ一设备(CD
Jan.2008
第9卷第1期
culper
Vol 9 No
1000MW超超临界机组测温热电偶
选型研究
梁柏宏
(西北电力设计院,映西省西安市710075)
摘要:分析和研究了超超临界参数对热电偶保护套管材质的影响,提出了华电国际邹县电厂四期工程2x1000MW
超超临界机组中超超临界参教介质测温热电偶套管材质选择、插入深度、安装方式及エ厂加工方案。
关键词:超超临界;热电偶;保护套管;材质;焊接;插深
中图分类号:TK311
0引言
2.1采用与工艺管道同材质方案
采用与管道同材质的热电偶套管方案,无疑是最
随着我国电力事业的发展,大容量、高参数的简单、最可靠的,它同时满足了温度、压力、焊接等方
1000MW等级的超超临界机组应运而生并呈快速发面的要求。但该方案也存在着缺陷,因为无论是P91
展之势。热控专业在设计过程中遇到了新的难题,热还是F92材质都会生锈,在使用一段时间之后,热电
电偶的选型便是其中之一,如何适应超高参数机组测偶会锈死在套管里,若热电偶出现故障,需要更换时
温的要求值得专业人员深入的思考和研究。
无法取出,则必须重新开孔安装;如果该温度信号用
于调节系统,就会给运行带来很大的不便。
超超临界机组对测温热电偶选型的影响2.2采用不锈钢材质
超超临界机组工艺参数大幅提高,以邹县电厂四
在亚临界机组上热电偶套管全部采用1Cr18Ni9T
期工程1000MW机组为例:①过热器出冂额定菾汽
不锈钢材质,热电偶的更换十分方便,经过多年的实
压力为26.25MPea(a),额定蒸汽温度为605℃;②再运行,证明是可靠的。那么,在超超临界机组上能
否同样采用1Cr18Ni9不锈钢材质做热电偶套管呢?
热器出口额定蒸汽压力为4.9MPa(a),额定蒸汽温度
为603℃;③高压加热器出口给水压力为33.3Ma为此,需解决以下几方面的问题
2.2.11Cr18Ni9i不锈钢材质在超超临界参数下
a),温度为(BMCR)298.8℃
的耐温耐压特性
为适应如此高的温度和压力条件,管道材质发生
在华电国际邹县发电厂四期工程热电偶选型过
了变化,如主蒸汽管道采用A335P92,再热热段采用
程中,上海自动化仪表三厂给予了积极配合,并对采
A335P91,主给水管道采用15 Nicumonbs(wB36)°用1Cr18N9不锈钢材质的方案,提供了理论计算依
由于压力、温度及管道材质的变化,给热电偶的选型
据。计算条件如下:①分析对象。热电偶套管,材质
带来了一系列的问题,例如如何选择热电偶保护套管为1C18Ni9T。②固定方式。根部焊接固定连接。
的材质、采用什么样的安装方式、插人深度的确定、如③分析法。有限元 ANSYS S。④计算参数。温度
何实现工厂化等
610℃,压力40MPa,流速100m/s。
2热电侷保护套管材质的选择
计算结果:频率安全系数为3.3(一般1.5.~2即
可),推力系数为7.8(一般3~5即可)。
热电偶保护套管材质的选择要考虑被测介质的
通过计算1Cr18Ni9不锈钢材质,完全可以满足
压力、温度、流速、流体激振频率,输送介质的管道材超超临界机组的运行参数
质,以及保护套管本身的耐温耐压能力,材料的焊接2.2.21Cr18Ni9置i不锈钢材质与P91、P92管道的
特性、热膨胀特性、振动频率等相关特性。对热电偶
异种钢焊接问题
保护套管材质的选择,邹县四期工程设计中提出了2
套管材质确定后,就需考虑异种钢的焊接问题
种方案,即采用与工艺管道同材质方案和采用不锈钢四大管道配管厂表示此类焊接问题完全可以解决,并
材质方案。
可实现工厂化。另ー方面,锅炉厂、电建公司等单位
维普资讯hu
电力设备
第9卷第1期
也掌握了该类焊接技术,并在工程实践中成功实施。力点在管道内壁上。③热电偶与管座之间须保证有
因此,在异种钢焊接技术上不存在问题
3mm左右的间隙,才能焊接。
2.2.3热膨胀问题
套管
除此之外,还有一个疑问,1Cr18Ni9不锈钢材
焊接
质的热膨胀系数大于P91、P92材质,在机组运行中会
管座
产生热膨胀应力,是一个潜在的不确定因素,但该影
100mm
响究竟有多大,目前还没有可靠的数据。在常熟、沁
焊接
管道
北等超临界机组上采用了1Cr18Ni9不锈钢热电偶
套管,管道材质为1,并已成功投运2a多,而P91、
此点要卡住
P92在焊接和热力特性上相似。由此可见,在超超临
界机组上采用1Crl8N9不锈钢热电偶套管也是可
行的,邹县四期工稈最终确定采用1Cr18Ni9置不锈钢
图2热套式管座焊接
材质的热电偶套管。
这种焊接方式存在着难以克服的缺点,如超超临
热电偶套管采用与管道同材质或不锈钢材质,哪界机组管壁厚,过热器出口可达85m,加上100mm
种方式更合理,还需要通过实际运行来检验。
的管座,其允许的加工误差已经大于热电偶与管座之
3热电偶的安装方式
间3mm左右的焊接间隙要求,再加上管道开孔与管
座的同心度偏差等因素,无法保证热电偶套管完全卡
在超高参数管道上必须采用可靠的焊接方式以在40m的孔上,这样,会造成热电偶的受力点由管
保证设备安全,根据热电偶选型的不同,其焊接方式道内壁变为热电偶与管座焊接处,使冲击力矩变大
也不同。
很容易在热电偶与管座焊接处断开。
3.1管道直接焊接方式
另一方面,当热电偶套管受热膨胀时,在管道内
管道直接焊接方式是直接在管道上开孔、打坡壁及管座焊接处两个点受到限制,膨胀的空间小,会
,热电偶与管道完全焊接,如图1所示,这种焊接方产生较大的热应力。
式的优点在于焊接面几乎与管道壁厚相同,焊接非常
鉴于以上原因,在超超临界以及超临界机组上不
牢靠,介质冲击力完全在管道壁上。当热电偶套管受推荐采用管座式焊接方式。
热膨胀时可沿上、下两个方向自由膨胀,减少了热应
力冲击。邹县四期工程在设计院设计范围内的所有4热电偶插入深度的确定
四大管道上的热电偶均采用这种焊接方式。
超超临界机组的管道直径大,如主汽管道达到了
48mm,给水管道达到了660mm,在超高温高压条件
下,热电偶套管承受巨大的推力,在同一管道内,热电
保温层
偶插入长度增加100mm,对温度测量结果的影响远
小于由此产生的大力矩带来的潜在危险,因此,其插
入深度不能太长。
管壁
另外,髙流速管道中的介质运动呈趋壁效应,其
焊接
介质密度在靠近内壁处比中心轴线处高得多,所以测
开孔43mm
量介质的温度应该靠近管壁。
图1管道直接焊接式
因此,通过计算,在超超临界机组中,主蒸汽、给
水、冷段、热段等管道温度的测量,其热电偶的插入深
3.2带管座的热套式焊接方式
度均按100mm考虑,这样既利于温度测量又保证了
图2为热套式管座焊接方式,先在管道上开一个安全性,简化了热电偶选型。
40mm的孔,然后在管道壁