隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，大容量、高參數(shù)的1000Mw等級的超超臨界機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生并呈快速發(fā)展之勢。熱控專業(yè)在設(shè)計(jì)過程中遇到了新的難題，1000MW超超臨界機(jī)組熱電偶選型便是其中之一，如何適應(yīng)超高參數(shù)機(jī)組測溫的要求值得專業(yè)人員深入的思考和研究。
1、超超臨界機(jī)組對測溫?zé)犭娕歼x型的影響
超超臨界機(jī)組工藝參數(shù)大幅提高，以鄒縣電廠四期工程1000MW機(jī)組為例:
(1)過熱器出口額定蒸汽壓力為26.25MPa，額定蒸汽溫度為605℃;
(2)再熱器出口額定蒸汽壓力為4.9MPa，額定蒸汽溫度為603℃;
(3)高壓加熱器出口給水壓力為33.3MPa，溫度為298.8℃。
為適應(yīng)如此高的溫度和壓力條件，管道材質(zhì)發(fā)生了變化，如主蒸汽管道采用A335 P92,再熱熱段采用A335 P91，主給水管道采用15NiCuMoNh5(WB36)
2、超超臨界機(jī)組熱電偶保護(hù)套管材質(zhì)的選擇
熱電偶保護(hù)套管材質(zhì)的選擇要考慮被測介質(zhì)的壓力、溫度、流速、流體激振頻率，輸送介質(zhì)的管道材質(zhì)，以及保護(hù)套管本身的耐溫耐壓能力，材料的焊接特性、熱膨脹特性、振動(dòng)頻率等相關(guān)特性。對熱電偶保護(hù)套管材質(zhì)的選擇，鄒縣四期工程設(shè)計(jì)中提出了兩種方案，即采用與工藝管道同材質(zhì)方案和采用不銹鋼材質(zhì)方案。
2.1 采用與工藝管道同材質(zhì)方案
采用與管道同材質(zhì)的熱電偶套管方案，無疑是最簡單、最可靠的，它同時(shí)滿足了溫度、壓力、焊接等方面的要求。但該方案也存在著缺陷，因?yàn)闊o論是P91還是P92材質(zhì)都會(huì)生銹，在使用一段時(shí)間之后，超超臨界機(jī)組熱電偶會(huì)銹死在套管里，若熱電偶出現(xiàn)故障，需要更換時(shí)無法取出，則必須重新開孔安裝;如果該溫度信號用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)，就會(huì)給運(yùn)行帶來很大的不便。
在亞臨界機(jī)組上電站專用熱電偶套管全部采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)套管，熱電偶的更換十分方便，經(jīng)過多年的實(shí)踐運(yùn)行，證明是可靠的。那么，能否同樣采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)做超超臨界機(jī)組熱電偶呢?
為此，需解決以下幾方面的問題:
2.2.1 1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)在超超臨界參數(shù)下的耐溫耐壓特性在華電國際鄒縣發(fā)電廠四期工程熱電偶選型過程中，超超臨界機(jī)組熱電偶生產(chǎn)廠給予了積極配合，并對采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)的方案，提供了理論計(jì)算依據(jù)。計(jì)算條件如下:
①分析對象。熱電偶套管，材質(zhì)為1Crl8Ni9Ti。
②固定方式。根部焊接固定連接。
③分析方法。有限元ANSYS 5。
④計(jì)算參數(shù)。溫度610℃，壓力40MPa，流速100rn/s。
計(jì)算結(jié)果:頻率安全系數(shù)為3.3(一般1.5-2即可)，推力系數(shù)為7.8(一般3-5即可)。通過計(jì)算1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)，完全可以滿足超超臨界機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)。
2.2.2 1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)與P91、P92管道的異種鋼焊接問題
套管材質(zhì)確定后，就需考慮異種鋼的焊接問題，四大管道配管廠表示此類焊接問題完全可以解決，并可實(shí)現(xiàn)工廠化。另一方面，鍋爐廠、電建公司等單位也掌握了該類焊接技術(shù)，并在工程實(shí)踐中成功實(shí)施。因此，在異種鋼焊接技術(shù)上不存在問題。
2.2.3 熱膨脹問題
除此之外，還有一個(gè)疑問，1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)大于P91、P92材質(zhì)，在機(jī)組運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)力，是一個(gè)潛在的不確定因素，但該影響究竟有多大，目前還沒有可靠的數(shù)據(jù)。在常熟、沁北等超臨界機(jī)組上采用了1Crl8Ni9Ti不銹鋼熱電偶套管，管道材質(zhì)為P91，并已成功投運(yùn)2年多，而P91、P92在焊接和熱力特性上相似。由此可見，在超超臨界機(jī)組上采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼熱電偶套管也是可行的，鄒縣四期工程最終確定采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)的超超臨界機(jī)組熱電偶套管。
熱電偶套管采用與管道同材質(zhì)或不銹鋼材質(zhì)，哪一種方式更合理，還需要通過實(shí)際運(yùn)行來檢驗(yàn)。
3、超超臨界機(jī)組熱電偶的安裝方式
在超高參數(shù)管道上必須采用可靠的焊接方式以保證設(shè)備安全，根據(jù)熱電偶選型的不同，其焊接方式也不同。
3.1 管道直接焊接方式
管道直接焊接方式是直接在管道上開孔、打坡口，熱電偶與管道完全焊接，如下圖所示，這種焊接方式的優(yōu)點(diǎn)在于焊接面幾乎與管道壁厚相同，焊接非常牢靠，介質(zhì)沖擊力完全在管道壁上。當(dāng)熱電偶套管受熱膨脹時(shí)可沿上、下兩個(gè)方向自由膨脹，減少了熱應(yīng)力沖擊。鄒縣四期工程在設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的所有四大管道上的熱電偶均采用這種焊接方式。
下圖為熱套式管座焊接方式，先在管道上開一個(gè)64omm的孔，然后在管道壁上焊一個(gè)8.9mm×23.5mm的管座，再將熱電偶插入管座內(nèi)，將熱電偶套管與管座焊在一起。這種焊接方式適用于熱套式熱電偶，它對管座制作及熱電偶焊接過程要求非常嚴(yán)格，必須同時(shí)滿足下列條件:
(1)管座焊接時(shí)，必須保證管道開孔與管座同心。
(2)熱電偶焊接過程中必須保證熱電偶完全卡在64omm的孔上，這樣才能保證受力點(diǎn)在管道內(nèi)壁上。
(3)熱電偶與管座之間須保證有3mm左右的間隙，才能焊接。
這種焊接方式存在著難以克服的缺點(diǎn)，如超超臨界機(jī)組管壁厚，過熱器出口可達(dá)85mm，加上100mm的管座，其允許的加工誤差已經(jīng)大于熱電偶與管座之間3mm左右的焊接間隙要求，再加上管道開孔與管座的同心度偏差等因素，無法保證熱電偶套管完全卡在640mm的孔上，這樣，會(huì)造成熱電偶的受力點(diǎn)由管道內(nèi)壁變?yōu)闊犭娕寂c管座焊接處，使沖擊力矩變大，很容易在熱電偶與管座焊接處斷開。
另一方面，當(dāng)熱電偶套管受熱膨脹時(shí)，在管道內(nèi)壁及管座焊接處兩個(gè)點(diǎn)受到限制，膨脹的空間小，會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。
鑒于以上原因，在超超臨界以及超臨界機(jī)組上不推薦采用管座式焊接方式。
4、超超臨界機(jī)組熱電偶插入深度的確定
超超臨界機(jī)組的管道直徑大，如主汽管道達(dá)到了548mm，給水管道達(dá)到了660mm，在超高溫高壓條件下，熱電偶套管承受巨大的推力，在同一管道內(nèi)，熱電偶插入長度增加100mm，對溫度測量結(jié)果的影響遠(yuǎn)小于由此產(chǎn)生的大力矩帶來的潛在危險(xiǎn)，因此，其插入深度不能太長。
另外，高流速管道中的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)呈趨壁效應(yīng)，其介質(zhì)密度在靠近內(nèi)壁處比中心軸線處高得多，所以測量介質(zhì)的溫度應(yīng)該靠近管壁。
因此，通過計(jì)算，在超超臨界機(jī)組中，主蒸汽、給水、冷段、熱段等管道溫度的測量，超超臨界機(jī)組熱電偶的插入深度均按100mm考慮，這樣既利于溫度測量又保證了安全性，簡化了超超臨界機(jī)組熱電偶選型。
