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        了解蒸汽清洗對熱電偶套管安裝的影響

        發布時間:2019-07-27 08:49:07來源:


              不起眼的熱電偶套管就像它本身一樣簡單,一個簡單的棒料加工成可以侵入管道并容納溫度傳感器。我們公司一直在建設發電廠,HRSG,鍋爐和熱交換器,所以公司已經存在多年的內部實踐。那我們為什么要擔心蒸汽清理?
        為什么蒸汽清洗會影響熱電偶套管的設計
              首先,對于那些想知道什么是蒸汽清理的人來說,這里有一些背景知識。在啟動新的蒸汽發電廠之前,發生“蒸汽吹掃”或“蒸汽清洗”。在該過程中,蒸汽管道與渦輪機斷開。鍋爐被點燃,蒸汽以極高的速度被引導以清理管道。這確保了渦輪機上游的管道中沒有殘留碎屑。當然,非常重要的是,在閃亮的新渦輪機的上游沒有碎片可能在操作中對其葉片造成損壞。出于這個原因,蒸汽清理是每個新工廠啟動的常規部分,以及影響上游管道的周轉。
              在蒸汽清洗過程中,除了為確保蒸汽吹氣條件得到充分保持所需的少量所需溫度測量外,對溫度監測的需求很小。該活動是短暫的,總持續時間約為20小時左右。所以,你可能會想到為什么熱電偶套管在這種情況下是一個問題?
              渦輪機上游的動力管道通常到達現場,其中熱電偶套管已經焊接到管道中。在設備的運行中,這些蒸汽管線中的熱電偶套管可以經受極高的操作速度,通常超過150英尺/秒,有時在200英尺/秒至300英尺/秒的范圍內。然而,在蒸汽清洗期間,這些相同的熱電偶套管通常經受超過600英尺/秒的速度 - 有時超過1,000英尺/秒,持續數小時。
              快速復習可能是為了解釋為什么高速蒸汽對熱電偶套管不利。簡而言之,當蒸汽通過安裝的熱電偶套管的柄部時,會導致熱電偶套管振動。在某些高速度下,當熱電偶套管的固有頻率與熱電偶套管尾流中流出的渦流頻率具有特定比率時,熱電偶套管振動可能開始“共振”(即劇烈震動) - 因此稱為“尾流頻率”。 ”
              這種現象在科學界被稱為Von Karman效應,并且是冷卻塔,懸索橋和不起眼的熱電偶套管的災難性破壞的原因。在20世紀70年代,由于這種現象導致電力管道中熱電偶套管故障的持續存在變得非常嚴重,以至于ASME在PTC 19.3標準中發布了熱電偶套管計算,提供了計算以評估故障的可能性。2010年,該標準作為ASME 19.3TW標準進行了修訂,以響應早期19.3方法未發現的熱電偶套管故障現場報告。新標準的結果產生了一個比過去更加保守的設計閾值。1 19.3TW計算的目的是設計熱電偶套管,以便盡可能避免諧振,以防止熱電偶套管柄斷裂或疲勞。最終結果是,由于19.3TW標準的更保守的性質,在速度超過≈650英尺/秒的蒸汽清洗條件下幾乎不可能獲得通過結果。
        我是否真的必須根據ASME 19.3TW對蒸汽清洗條件應用于熱電偶套管?
              熱電偶套管標準不適用于所有熱電偶套管設計。人們可以通過使用小于0.58的尖端 - 根比,或者使用小于2.5“的U長度來設計熱電偶套管超出熱電偶套管標準范圍,然后聲稱19.3TW是不適用。人們還可以爭辯說,19.3TW并非B31.1特別強制要求,因此不適用于該應用。但是,良好的工程實踐要求將一些基礎用于這些部件的設計。
        這就是ASME 19.3TW關于蒸汽吹氣的說法:
              在所有情況下,設計計算應考慮流量增加超過機械設備設計等級和過程擾動條件的可能性。在可獲得此類數據的情況下,應使用特定的流量條件。示例包括啟動,關閉,過程紊亂和減壓條件。還應考慮預啟動條件,例如用于管道清理的蒸汽吹掃。在高壓蒸汽吹掃的情況下,流體速度可以大大超過100米/秒(300英尺/秒),并且熱電偶套管應該設計用于這些條件。
              如果由于蒸汽吹制引起的疲勞導致熱電偶套管失效,那么就會面臨一個問題,即為什么選擇不將19.3TW標準應用于該熱電偶套管。人們可以去最終用戶/所有者,并在這些熱電偶套管的情況下要求特定的例外。但是,這并沒有建立設計基礎。
              其他設計基礎方法可能是可以接受的,例如依靠經驗數據/過去的實踐,只要這些方法可以充分記錄......不是一件容易的事。如果設計者具有有效實施它們的資源和項目進度表,也可以使用數值方法。對于像低溫熱電偶套管這樣的低成本普通元件,這些都不是經濟上所希望的。
              垃圾輸入,垃圾輸出 - 在調試前一年提供基于清理工藝條件的設計危險,還有一個問題:調試前一年或更長時間提供的蒸汽吹制工藝條件有多可靠?
              即使可以設計所有焊接的熱電偶套管以使它們通過集合,但應用購買熱電偶套管時已知的工藝條件是一種眾所周知的不可靠的做法。焊接熱電偶套管安裝在管道制造車間,通常需要在工廠調試前12至18個月。蒸汽吹氣性能計算通常在調試前幾個月才完成。因此,在熱電偶套管采購時計算的初始設計速度非常粗糙。在調試之前和熱電偶套管已經焊接到管道中之后的幾周內,將預計的蒸汽速度向上修正幾百英尺/秒并不罕見。同樣,這種新信息將熱電偶套管設計的狀態從“通過”改為“失敗”并不罕見。在一種情況下,與在工地上重新安裝熱電偶套管相關的成本超過50,000美元。這包括必須切斷已安裝的蒸汽管道的整個部分,以便可以安裝具有柔性熱電偶套管設計的新部分。
        但19.3TW標準是否建立了降低瞬態振動條件影響的方法?
              實際上,熱電偶套管標準為評估這些方法提供了兩種不同的方法 - 循環應力測試和“后退”循環應力測試。不幸的是,當速度超過≈700英尺/秒時,在蒸汽吹氣的情況下應用時都不是特別有用。
              此外,后一種方法要求“熱電偶套管故障對設備或人員的潛在后果足以限制為可接受。”當然,如果采取適當的安全預防措施,蒸汽吹氣期間的熱電偶套管故障可能不會被視為災難性的。然而,與由于暴露于蒸汽吹氣速度引起的疲勞導致的渦輪機上游的熱電偶套管的過早失效相關的成本可能使得這種“后退”方法不適用。
        那么我們如何使熱電偶套管在電力管道中工作呢?螺紋連接的情況
              我們最常采用的方法是從焊接安裝設計改為螺紋安裝。在蒸汽清洗期間,熱電偶套管螺紋接頭被堵塞。清潔后,安裝螺紋熱電偶套管。對于在蒸汽吹制事件期間所需的少量測量,安裝臨時熱電偶套管,其已經在蒸汽吹制事件的預計持續時間內評估疲勞壽命。在使用新螺紋熱電偶套管進行蒸汽吹掃后更換這些電池。
              雖然螺紋熱電偶套管的成本通常與焊接式熱電偶套管的成本相同或更低,但由于安裝的后勤,螺紋熱電偶套管安裝的問題明顯更多。與發電相關的高壓蒸汽管道幾乎總是使用合金管道。合金管道的焊接程序需要復雜的焊后熱處理程序,這種程序既困難又費時且昂貴。此外,過去,該程序在不正確地執行時會對管道本身造成損壞。,在這些情況下,螺紋式熱電偶套管必須采用密封焊接。密封焊接應遵守上述程序,以及相應的延遲和風險。
              此外,還需要通過螺紋接頭仔細處理安裝注意事項,包括最小螺紋嚙合,螺紋對齊,如何處理螺紋密封等,這些都是焊接安裝中不存在的。然而,在評估風險/回報時,實際上在渦輪機上游斷開的熱電偶套管的成本可能是極端的。此外,大多數最終用戶希望符合ASME標準。在許多情況下,獲得兼容設計的唯一方法是使用螺紋安裝,盡管有缺點。
        改進的余地
              這句話雖然陳舊但卻是真實的 - 總有改進的余地。19.3TW標準已經建立了解決熱電偶套管現場故障的記錄,其中舊的19.3標準預測成功。這不是一個小小的成就,建議應在高速應用中進行規定的喚醒頻率計算,以確保符合其標準。
              然而,在蒸汽清洗的情況下,盡管暴露于高速蒸汽清洗條件下,但在現場安裝的焊接熱電偶套管具有顯著的歷史并且具有令人滿意的性能。這表明很可能已經建立了方法,但尚未建立用于安全設計焊接式熱電偶套管以承受蒸汽清洗條件的方法??梢院侠淼赝茰y19.3TW標準在評估蒸汽清除力對熱電偶套管強度的影響時過于保守。
        為了更好地理解這一點,需要對蒸汽凈化過程中熱電偶套管的結構動力學進行更多的研究和評估。

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