前蘇聯(lián)TΠ-170-2型鍋爐汽包更換強(qiáng)度校核計(jì)算

代淑香

(黑龍江華電能源富拉爾基發(fā)電廠,黑龍江 齊齊哈爾 161041)

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前蘇聯(lián)TΠ-170-2型鍋爐汽包更換強(qiáng)度校核計(jì)算

代淑香

(黑龍江華電能源富拉爾基發(fā)電廠,黑龍江 齊齊哈爾 161041)

針對富拉爾基發(fā)電廠1號鍋爐汽包吊裝存在的廠房內(nèi)空間狹小、汽包無法直接吊運(yùn)、無升降口等問題,筆者根據(jù)該廠設(shè)計(jì)圖紙及實(shí)際勘察,選擇了吊裝路徑和吊裝方案,校核計(jì)算了吊裝中鍋爐主要承重鋼梁螺栓及新汽包吊耳強(qiáng)度應(yīng)力,對強(qiáng)度校核計(jì)算不合格的鍋爐部件采取了相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)改造措施。實(shí)踐證明,母管式運(yùn)行機(jī)組采用該種吊裝路徑、吊裝程序和重點(diǎn)部件強(qiáng)度核算方法,能夠保證老式小機(jī)組汽包安全更換,滿足了吊裝中材料強(qiáng)度要求。

前蘇聯(lián)生產(chǎn)的TΠ-170-2鍋爐汽包吊裝;強(qiáng)度核算;補(bǔ)強(qiáng)改造;吊裝程序

富拉爾基發(fā)電廠1號鍋爐為前蘇聯(lián)生產(chǎn)的TΠ-170-2型鍋爐,目前該爐汽包內(nèi)部件老化損壞嚴(yán)重,飽和蒸汽水質(zhì)水量不合格,造成水系統(tǒng)結(jié)垢、汽輪機(jī)側(cè)汽蝕,嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。本文通過更換1號爐汽包工程實(shí)例,對更換汽包無法直接吊裝的問題進(jìn)行了分析,選擇了相應(yīng)的吊裝路徑及方案,校核計(jì)算了吊裝中關(guān)鍵部件的強(qiáng)度應(yīng)力,對核算結(jié)果不合格的部件采取了補(bǔ)強(qiáng)措施,保證了機(jī)組滿負(fù)荷安全運(yùn)行。

1　汽包更換吊裝方案選擇

1號鍋爐汽包更換需要整體吊裝,正常情況下應(yīng)在1號爐直接吊到原汽包位置就位,因?yàn)樵摕犭姀S8爐9機(jī)采用母管式運(yùn)行,1號爐無升降口,所以將2號3號爐之間作為升降口[2]。將1號鍋爐汽包從0 m地面經(jīng)2號3號爐之間的升降口,由QD-30橋式吊鉤、HSZ-10t手拉葫蘆合力使汽包在空中傾斜通過升降口吊至8 m平臺。由于8 m平臺以上存在鍋爐設(shè)備、管道及輔機(jī)系統(tǒng),沒有直走路線，因此有兩種起吊方式可供選擇[3],一種起吊方式是用雙鉤吊汽包到就位平面,旋轉(zhuǎn)90°就位;另一種起吊方式是在8 m運(yùn)轉(zhuǎn)層地面處用30 t釣鉤單鉤吊到支座處直接就位。經(jīng)過綜合分析,前一種起吊方式復(fù)雜、費(fèi)用高,除要在汽包就位平面搭建旋轉(zhuǎn)平臺外,還要拆除和恢復(fù)更多的固定設(shè)施,操作復(fù)雜且部分特殊設(shè)施難以恢復(fù),不宜采用。后一種起吊方式較之經(jīng)濟(jì)、簡便,需要拆除和恢復(fù)的設(shè)施少。但是,8 m地面鍋爐主要承重鋼梁能否支撐汽包重量,需要對相應(yīng)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度核算,這是后一種起吊方式得以采用的關(guān)鍵。

2　鍋爐主要承重鋼梁、螺栓強(qiáng)度校核

鍋爐主要承重鋼梁42號梁強(qiáng)度核算對汽包更換吊裝完成具有重要意義。汽包吊到8 m平臺,停放位置距汽包乙側(cè)支座跨距1400 mm,大部分重量落到42號鋼梁,下面重點(diǎn)對42號梁的強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算[4]。

2.142號梁受力分析

當(dāng)汽包落到8 m平臺后,汽包及其內(nèi)部裝置總重G=26 634.8 kg(汽包重25 280 kg,汽水分離裝置重1354.8 kg)。其重量由相距8500 mm兩支座支撐,每個(gè)支座受力如圖1所示。

圖1　42號支撐鋼梁受力圖

P1=1.1G/2=143 560.2 N,此力由支座兩支撐分別傳到41號、42號梁上。42號梁受力為P=2×P1/L×915/1615=81 340 N

2.242號鋼梁強(qiáng)度校核計(jì)算

42號鋼梁受力P=81 340 N,42號梁全長L=7790 mm,受力P距A端距離a=1820 mm,受力P距B端距離b=5970 mm,水泥地面均布載荷q=531 748 Pa,鋼梁扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)Wx=1.43×10-3m3,鋼梁基本許用應(yīng)力[σ]=156.8 MPa。

2.2.142號鋼梁C截面下表面拉應(yīng)力

42號梁C截面是梁承受的最大彎矩,此截面是梁的最危險(xiǎn)點(diǎn)。

需計(jì)算σc=MC/Wx,如σc<[σ], 則合格。

MC為42號鋼梁C點(diǎn)彎矩,其計(jì)算為

MC=abP/L+abq/2-a2bP/L2-(2ab3P-

ab2LP)/L3-qL2/12=42.62×103,N·m

σc=MC/Wx=29.792 MPa

可見σc?[σ],合格。

2.2.242號鋼梁A端連接

42號鋼梁A端彎矩為

MA=-qL2/12-a2bP/L2=-53.4×103N·M

42號鋼梁A端支座反力為

RA=qL/2+Pa/L+abP/L2-2ab2P/L3=31 957.8 N

2.2.342號鋼梁B端強(qiáng)度

42號鋼梁B端彎矩為

MB=-qL2/12-ab2P/L2=-11.3876×104N·M

42號鋼梁B端支座反力為

RB=qL/2+Pa/L-abP/L2+2ab2P/L3=90 806.8 N2.342號鋼梁A、B兩端連接的螺栓強(qiáng)度校核計(jì)算

2.3.142號鋼梁A端連接的螺栓強(qiáng)度

42號鋼梁在MA、RA兩個(gè)力作用下,與鋼柱連接的10個(gè)螺栓受拉(壓)力和剪切力。同42號梁A端連接的5個(gè)螺栓受剪切力(兩個(gè)剪切面)。設(shè)螺栓距中性軸距離分別為r=70 mm,2r=140 mm,螺栓力為Px、Py。螺栓基本許用應(yīng)力[σ]=209.916 MPa。螺栓受剪切力的基本許用應(yīng)力[τ]=189.92 MPa, 螺栓直徑d=20 mm。

根據(jù)內(nèi)力平衡條件[5]:

4(2rPx+Pxr)+4(2rPx+Pxr)=MA

則PX=MA/24r=31 781.4 N

Py=RA/(10+2×5)=1597.4 N

42號梁A端連接的5個(gè)受剪螺栓最大合力為

Q=(PX2+Py2)0.5=31 820.6 N

其安全裕度為

η=πd2/4[τ]/Q=1.87,τ?[τ],強(qiáng)度合格。

42號梁A端鋼柱連接的10個(gè)螺栓屬拉伸與剪切聯(lián)合作用時(shí),其應(yīng)力為

拉伸應(yīng)力σx=PX/(πd2/4)=101.234 MPa

剪切應(yīng)力τa=Py/(πd2/4)=5.096 MPa

當(dāng)量應(yīng)力為

σ=(σx2+3τx2)0.5=101.626 MPa

其安全裕度為

η=[σ]/σ=2.07,σ?[σ],強(qiáng)度合格。

2.3.242號鋼梁B端螺栓強(qiáng)度校核

42號鋼梁在MB、RB上述兩個(gè)力作用下,與鋼柱連接的10個(gè)螺栓受拉(壓)力和剪切力,同42號梁B端連接的5個(gè)螺栓受剪切力(兩個(gè)剪切面)。設(shè)螺栓距中性軸距離分別為r=70 mm,2r=140 mm,螺栓力為Px、Py。螺栓基本許用應(yīng)力[σ]=209.916 MPa,螺栓受剪切力的基本許用應(yīng)力[τ]=189.92 MPa,螺栓直徑d=20 mm。

那么,按內(nèi)力平衡條件[5],有

4(2rPx+Pxr)+4(2rPx+Pxr)=MB

PX=MB/24r=67 786.6 N

Py=RB/(10+2×5)=4537.4 N

42號梁連接的5個(gè)受剪螺栓最大合力為

Q=(PX2+Py2)0.5=67 933.6 N

其安全裕度

η=πd2/4[τ]/Q=0.87, 螺栓τ?[τ],強(qiáng)度不合格。

與鋼柱連接的10個(gè)螺栓屬拉伸與剪切聯(lián)合作用,其應(yīng)力為

拉伸應(yīng)力σx=PX/(πd2/4)=215.894 MPa

剪切應(yīng)力τb=Py/(πd2/4)=14.406 MPa

當(dāng)量應(yīng)力為

σ=(σx2+3τb2)0.5=217.364 MPa

其安全裕度為

η=[σ]/σ=0.96,σ>[σ],強(qiáng)度不合格。

2.4新汽包吊耳強(qiáng)度校核

新汽包的吊耳為305 mm×170 mm×46 mm,是沿汽包環(huán)向焊接的,水平起吊強(qiáng)度足夠。在吊裝新汽包時(shí),穿過8 m平臺吊裝口,靠乙側(cè)單吊耳垂直起吊,強(qiáng)度是否合格應(yīng)進(jìn)行分析,不合格要進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)。將汽包吊起離開地面后,汽包的重心應(yīng)與吊繩在一條垂直線內(nèi),如圖2所示。汽包的重心至吊點(diǎn)距離L=4635 mm,吊點(diǎn)至汽包外壁距離h=180 mm,汽包外壁半徑R=740 mm。

圖2　汽包吊耳受力圖

吊離地面后,汽包軸線與垂線夾角為：

β=arctg(R+h)/L=11.2°

汽包軸線與地面夾角為：α=90°-β=78.8°

2.4.1吊耳根部受力

汽包殼體重量G1=25 280 kg,分離裝置重G2=1354.8 kg。

吊裝系數(shù)f=1.1,則

吊耳根部受力G=f(G1+G2)=29 298 kg,F=G。

該力對吊耳根部產(chǎn)生一個(gè)使其上部受壓、下部受拉的彎矩為

M=F·hcosβ=29 298×18.0×cos 11.2=

50 697.36 N·M

2.4.2吊耳截面積Ω和慣性矩J

吊耳寬H=170 mm, 厚度δ=46 mm,則

吊耳截面積Ω=H·δ=17.0×4.6=78.2 cm2

慣性矩J=H·δ3/12=138 cm4

2.4.3吊耳受的內(nèi)應(yīng)力

取y=0.5δ,則

正應(yīng)力σ=M·y/J=517 320×2.3/138=844.956 MPa

剪應(yīng)力τ=F/Ω=29 298/78.2=36.75 MPa

2.4.4強(qiáng)度校核

當(dāng)量應(yīng)力為

σd=(σ2+3τ2)0.5=(86222+3×3752)0.5=847.308 MPa

20號鋼板常溫下的許用應(yīng)力[σ]=156.8 MPa,顯然σd?[σ],故強(qiáng)度不合格,需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

3　鍋爐汽包吊運(yùn)核算不合格項(xiàng)補(bǔ)強(qiáng)方法及應(yīng)用

3.142號鋼梁B端補(bǔ)強(qiáng)

通過上述計(jì)算分析,42號梁本身強(qiáng)度足夠,A端(與85號梁相連的立柱連接端)連接結(jié)構(gòu)也滿足強(qiáng)度要求,唯獨(dú)B端(與88號梁相連的立柱連接端)連接結(jié)構(gòu)不能滿足強(qiáng)度要求,為使新汽包安全吊運(yùn),該端必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。42號鋼梁B端連接結(jié)構(gòu)改造焊接補(bǔ)強(qiáng)如圖3所示。

圖3　42號鋼梁B端連接結(jié)構(gòu)改造焊接圖

在圖3中,用E5015φ3.2 mm焊條對角鐵四周進(jìn)行填角焊接,焊角高度不得小于10 mm,焊后經(jīng)過廠方驗(yàn)收合格后,才可以進(jìn)行汽包吊裝工作。

3.2吊耳補(bǔ)強(qiáng)

3.2.1吊耳補(bǔ)強(qiáng)核算

從吊耳強(qiáng)度分析可知,剪應(yīng)力對當(dāng)量應(yīng)力影響很小,可忽略不計(jì),只要正應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求即可。δ′為補(bǔ)強(qiáng)板尺寸,有

My/J≤[σ],y=0.5δ′

M·0.5δ′/(H·δ3/12)≤[σ]

δ′≥(6M/H·[σ])0.5=(6×517 320/17·

1600)0.5=107 mm

3.2.2乙側(cè)吊耳補(bǔ)強(qiáng)焊接

汽包吊耳補(bǔ)強(qiáng)板設(shè)計(jì)圖如圖4所示。將補(bǔ)強(qiáng)板設(shè)計(jì)成在乙側(cè)吊耳兩側(cè)貼補(bǔ)形式,按等強(qiáng)度理論,補(bǔ)強(qiáng)板應(yīng)是有斜度的,用20號鋼板加工成如圖4所示結(jié)構(gòu),即寬為170 mm,高為140 mm的楔形件兩塊。先用J422φ3.2焊條,使焊接補(bǔ)強(qiáng)板與耳板相連。注意圖4中10 mm部分暫不焊,當(dāng)兩個(gè)補(bǔ)強(qiáng)板均與耳板焊接后,這時(shí)耳板部位的汽包壁有一定的溫度,借助該溫度用萬能303焊條把補(bǔ)強(qiáng)板與汽包焊接。同時(shí)將剩余的10 mm長補(bǔ)焊好。焊好后,用MT進(jìn)行探傷,表面不得有裂紋和咬邊。

圖4　汽包吊耳補(bǔ)強(qiáng)板設(shè)計(jì)圖

4　汽包吊裝程序

在汽包吊裝前,先進(jìn)行模擬汽包吊裝,即制造一個(gè)外形尺寸完全相同的模型汽包,根據(jù)模擬吊運(yùn)中遇到問題及解決辦法完善吊裝方案,最后進(jìn)行真實(shí)汽包吊裝[6]。

4.1吊裝準(zhǔn)備

在新汽包向上吊裝過程中,廠房內(nèi)有些附屬設(shè)備、部件及走梯平臺限制了汽包上行空間,需要臨時(shí)拆除。原則上在焊接或法蘭處解列,對拆移的設(shè)備做好記錄及連接劃線,以備恢復(fù)。對割除的承重鋼梁所承擔(dān)的部分要設(shè)立臨時(shí)支撐。對所有移動設(shè)備位置需設(shè)圍欄、懸掛警示牌,夜間還需紅燈警示。

1) 在8 m地面鋪設(shè)汽包支承,即36號及86號鋼梁上布置汽包支撐面。支撐地面鋪輸煤皮帶和12 mm厚的鋼板1 m×3.6 m各兩塊(防滑和增大接觸面),工字鋼搭接處用J422焊條焊固,并用10號槽鋼與附近鋼柱、橫梁等相連牢固,防止支撐傾倒。

2) 在41號、42號鋼梁上布置汽包支撐面。支撐地面鋪輸煤皮帶和12 mm厚的鋼板1 m×2.5 m兩塊(防滑和增大接觸面),工字鋼搭接處用J422焊條焊固,并用10號槽鋼與附近鋼柱、鋼梁連上斜支撐,防止傾倒。

3) 將1臺JJM—5卷揚(yáng)機(jī)、兩臺HSZ-10t手拉鏈條葫蘆安裝就位。

4.2模擬汽包吊裝方法及實(shí)際應(yīng)用

按吊裝方案步驟實(shí)際預(yù)演,記錄有關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)(吊車梁撓度監(jiān)測)。

1) 將模擬汽包運(yùn)到6號爐,用卷揚(yáng)機(jī)將汽包沿通道拖運(yùn)至2號3號爐間吊裝口處。

2) 模擬汽包吊耳位置與新汽包相同,安裝封頭保護(hù)裝置。解開固定用手拉葫蘆緩緩吊起,觀察汽包及鐵車的移動方向和距離。

3) 隨汽包與水平面傾斜角度的增大,鐵車逐漸向3號爐方向移動,當(dāng)角度達(dá)到80.9°時(shí),模擬汽包離開鐵車。檢查吊裝口,吊鉤找正垂直起吊,將模擬汽包吊過8 m地面1 m高[7]。

4) 在汽包正上方應(yīng)沒有妨礙垂直起吊設(shè)備、管路,如有割除。將模擬汽包下側(cè)封頭轉(zhuǎn)90°,對準(zhǔn)8 m地面西側(cè)支撐,移動汽包,使夾具底板中心對準(zhǔn)膠板十字中心,然后緩慢下落。當(dāng)觸到膠板后,吊鉤再反向移動且慢慢下落0.2 m,落實(shí)不滑動后,停止下落。檢查支座狀態(tài)后繼續(xù)緩慢下落,直至模擬汽包完全落實(shí)。

5)將模擬汽包呈水平狀態(tài),垂直緩慢起吊直至最高點(diǎn),觀察此時(shí)汽包能否旋轉(zhuǎn)90°,最低點(diǎn)是否高于2號爐主蒸汽管和安全排氣管道最高點(diǎn)[8]。將甲側(cè)封頭旋轉(zhuǎn)90°,使模擬汽包縱向線與2號爐汽包縱向線平行。將模擬汽包吊至1號爐前,適當(dāng)降低高度,查看就位有無障礙。

模擬就位后,將模擬汽包按上述程序逆向吊運(yùn)到廠房外指定地點(diǎn)存放。

4.3舊汽包拆除和新汽包吊裝就位

拆除舊汽包時(shí),在拆除1號爐汽包的頂護(hù)板、保溫及與其連接的管路后,測量原舊汽包的安裝位置,按照切割線分三段切割拆除舊汽包。舊汽包支座需要拆除、加工、回裝。

按照模擬吊裝步驟對新汽包進(jìn)行真實(shí)吊裝,監(jiān)測吊裝數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明真實(shí)吊裝結(jié)果與模擬吊裝符合。

5　結(jié)　論

1) 老式小機(jī)組鍋爐汽包吊裝中危險(xiǎn)點(diǎn)主要是承重鋼梁、螺栓及汽包吊耳,其強(qiáng)度核算不合格的需要采取補(bǔ)強(qiáng)改造措施。

2) 富拉爾基發(fā)電廠1號鍋爐汽包吊裝時(shí)選擇的吊裝路徑和吊裝方案實(shí)用合理,便于吊裝,采用的鍋爐承重鋼梁的螺栓及新汽包吊耳強(qiáng)度核算方法正確,提出的補(bǔ)強(qiáng)措施與實(shí)際應(yīng)用相符合,制造模型試吊為真實(shí)吊裝安全可靠創(chuàng)造了必要條件。

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(責(zé)任編輯侯世春)

Calculation of drum replacement strength check for TΠ-170-2 boiler manufactured by the former Soviet Union

DAI Shuxiang

(Heilongjiang Huadian Energy Fulaerji Power Plant, QiqiHar 161041, China)

Aiming at the problems found in the factory for No.1 boiler drum hoisting in Fulaerji Power Plant, such as narrow space, failure in directly hoisting and no hatchway, the author selected the path and plan of hoisting according to the design drawing and reconnaissance of this plant, checked the strength stress of the bolt of main bearing beam and the new drum hoisting lug, and made the reinforcement and reconstruction of the unqualified boiler components. The practice proves that the strength check mentioned, for hoisting path, process and important components, adopted in main pipe unit, can guarantee the safe replacement of drum for old type units, which meets the requirements of material strength.

drum hoisting of TΠ-170-2 boiler manufactured by the former Soviet Union; strength check; reinforcement and reconstruction; hoisting process

2015-09-25;

2016-03-16。

代淑香(1963—),女,工程師,從事電廠動力設(shè)備檢修工作。

TK223.1

A

2095-6843(2016)03-0253-04