（1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广州 51066，2. 中国能源建设集团广东火电工程总公司 广州 51066）
摘要：利用CEASER Ⅱ应力分析软件，提出对“二拖一”燃气-蒸汽联合循环发电机组在“并汽”和“解汽”工况下主蒸汽管道应力变化分析方案。
关键词：母管制；二拖一；一拖一；应力
当前燃气-蒸汽联合循环发电机组多由一台燃气轮机通过一台余热锅炉带一台蒸汽轮机（简称“一拖一”）和两台燃气轮机通过两台余热锅炉带一台蒸汽轮机（简称“二拖一”）的形式组成。两者区别在于，“二拖一”机组蒸汽轮机主蒸汽管道从两台余热锅炉接出，以分别接至汽轮机（简称“支管制”）或合成一路母管后接至汽轮机（简称“母管制”）的方式向汽缸输送高压蒸汽。其中，“母管制”相对“支管制”具有汽轮机入口蒸汽稳定、汽轮机变功率运行安全性高和主厂房管道布置空间小等优势。在同类工程主蒸汽管道设计中，“母管制”因此得到广泛应用。但由于“母管制”主蒸汽管道在机组启停过程中存在并汽（由“一拖一”到“二拖一”）和解汽（由“二拖一”到“一拖一”）的运行工况，在管道应力计算设计中无法对以上工况进行同步调整模拟，给设计带来困难。本文以孟加拉国某“二拖一”联合循环电站工程的高压主蒸汽管道应力计算为例，基于CEASER Ⅱ应力分析软件提出上述问题的应力分析方案，供同类工程设计参考。
1方案分析
“母管制”的“二拖一”蒸汽-燃气联合循环电站启动过程为先启动一台燃机通过余热锅炉带动汽机冲转，以“一拖一”的方式并网带20%~30%的负荷。此时启动另一台燃机，待其余热锅炉输出蒸汽参数与第一台燃机相同时，主蒸汽并汽，机组以“二拖一”方式运行。停机过程，机组需在“二拖一”的运行方式下，降负荷至30%~40%，此时其中一台燃气机组蒸汽从运行中解除，蒸汽轮机组最终以“一拖一”的方式停运[1-2]。在上述过程，主蒸汽管系中连接两台锅炉的支管会出现单管切入切出的工况。在该工况下，管系应力重新分配，各约束点的位移、荷载及管系与设备的接口推力、力矩也会因此发生变化。若在管系应力设计过程中，不考虑其在上述工况下的应力变化，容易造成管道因受力不均，而引起的管道断裂、设备移位等破坏性事故。因此，管系需具备在“二拖一”和“一拖一”工况下安全运行的应力承受能力。针对以上问题，本案例采用在“二拖一”设计工况的基础上增加“一拖一”校核工况的方案，具体描述如下：
1）建立“二拖一”工况下的计算模型，在该工况下，把管系静力应力水平调至合格，即管道本体各约束点受力均匀、无应力超标（超出材料许用应力）、形变量较小和管道与设备接口推力、力矩较小（在设备接受范围内）。
2）在“二拖一”工况计算基础上，支管关断阀为分界点，修改停运支管的温度、压力参数（按常温、常压输入），以实现“一拖一”校核工况建模。
3）导出“二拖一”工况下，计算选出的各弹簧刚度、安装荷载信息，加入与“一拖一”工况模型一一对应的弹簧中，以保证两种工况弹簧选型一致。
4）运行“一拖一”工况计算模型，若应力水平同样满足计算要求，则计算结束。否则需重新调整“二拖一”工况下的应力水平，直至“一拖一”校核工况应力水平合格。
上述方案在应用中，由于两运行工况下管道约束设置完全一致，管道本体应力水平通常变化不大，管道与设备接口推力、力矩则往往变化较大。下面对上述工程案例就该方案的应用进行说明。
2案例概况
本案例主机组成：两台GE公司生产的9E级燃气轮机，两台双压、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉，一台双压、凝汽式、额定功率为125MW的蒸汽轮机。
高压主蒸汽管道由两台余热锅炉高压过热器接出，分别通过厂区管架进入汽机房，经过关断阀后汇成一母管进入汽轮机高压主汽阀，并在各支路管道关断阀前设置一路旁路管道通过旁路阀接至凝汽器。
主要设备接口有高压主蒸汽母管与汽机厂的高压主汽阀入口接管口（见图1中节点3130）和高压旁路管与凝汽器本体的接口（见图1中节点1880和2860）。由于锅炉厂部分高压主汽管道及联箱带入本案例联合计算，故与锅炉无接口。
3应力分析
鉴于各类型电站主蒸汽管道应力分析常规设计已有较多文献介绍，本文只针对本案例特有的“二拖一”和“一拖一”工况进行管道静力分析。
3.1设计输入
根据DL/T 5366-2006《火力发电汽水管道应力计算技术规程》及DL/T5174-2003《燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定》相关规定，在热平衡参数基础上算取本案例高压主蒸汽管道设计参数，主要输入参数如下表1:
表注：保温材料用硅酸铝棉，容重150 kg/m3。
另，与设备接口热位移及管系中阀门的荷重等信息依据厂家提供的数据输入。
3.2“二拖一”工况下模型建立
依据已规划固化的管道布置建立CEASER Ⅱ应力计算模型（见图1），并输入各管段参数。
图1 “二拖一”工况下管道三维模型
3.3工况设定
工况采用CEASER Ⅱ默认的静力分析工况配置，即HYD（水压试验工况）、OPE(热态工况)、SUS（冷态工况）、EXP（二次应力校核工况）[3]。
3.4 “二拖一”工况下应力分析
根据上述设定及应力分析原则完成“二拖一”工况下管系应力水平调整，计算得到EXP工况下最大应力率（实际应力/许用应力）为58.9%。设备接口合推力、合力矩见表2中工况1。
3.5“一拖一”工况下模型建立
在图1模型基础上，以关断阀1和关断阀2为分界点，分别建立只有1号燃机通过余热锅炉带动蒸汽轮机运行和只有2号燃机通过余热锅炉带动蒸汽轮机运行的“一拖一”工况模型，并在CEASER Ⅱ操作界面predefinde hanger data中分别录入上述“二拖一”工况下选定的各弹簧刚度（spring rate）和安装荷载（installation load）。
3.6“一拖一”工况下应力校核运行上述两“一拖一”工况计算模型，查看计算中各工况下应力水平，以确保通过。最终得到EXP工况下最大应力率分别为58.8%和48.4%，设备接口合推力、合力矩见表2中工况2、3。
表注：表中运行工况“1”为两台燃机通过锅炉带动汽机运行工况（二拖一）;工况“2”为1号燃机通过锅炉带动汽机运行工况（一拖一）;工况“3”为2号燃机通过锅炉带动汽机运行工况（一拖一）。
3.7结果分析
通过以上计算结果比较，EXP工况下应力变化较小，管道与设备接口的推力、力矩变化较大。对此，计算中应重点控制各接口推力、力矩，避免反复计算。
4结语
本文通过工程实例，详细介绍了“二拖一”燃气-蒸汽联合循环发电机组,在启停过程中 “二拖一”与“一拖一”运行工况相互切换对管道应力影响的计算方案。并通过比对，以上工况切换过程管道系统对设备推力、力矩影响较大。同类工程主蒸汽管道设计中，应予以重视。
参考文献：
[1]安宗武,辛军放, 陈浩.M701F4型燃机“二拖一”机组的并汽和解汽[B]. 热力发电.2012.41（8）:65-67
[2]陈元锁，卢骚，王建伟.燃气-蒸汽联合循环“二拖一”机组的负荷经济性分配[B].浙江电力. 2012.12:48-52
[3]郑明秀.CAESAR Ⅱ 在火电厂蒸汽管道应力分析中的应用[A].云南化工. 2015.42（6）:58-61
论文作者:徐达前,黄志光
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/13
标签：工况论文; 应力论文; 蒸汽论文; 管道论文; 一拖论文; 锅炉论文; 余热论文; 《电力设备》2016年第14期论文;