CN106051724B - 用于热回收蒸汽发生器的套环支承式压力部件 - Google Patents

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Abstract

本文公开的是一种热回收蒸汽发生器系统，其包括：通廊，其包括底板、顶部和侧壁；其中，底板设置成与顶部相对；热交换器空间，排气流被馈送通过其中；其中，通廊设置在热交换器空间的顶上；以及其中，通廊包括与管束处于流体连通的至少一个集管；其中，管束的一部分设置在热交换器空间中；以及用于管束的支承系统；其中支承系统包括带条，带条可逆地附连到底板上，以及附连到通廊的顶部上，或者附连到通廊中的结构部件上；以及其中，管束的各个管接触套环，套环支托在底板上。

Description

用于热回收蒸汽发生器的套环支承式压力部件
技术领域
本公开涉及套环支承式压力部件。特别地，本公开涉及蒸汽发生装置(诸如锅炉)中的套环支承式压力部件。
背景技术
热回收蒸汽发生器(HRSG)是能量回收热交换器，它从热气流中回收热。它产生蒸汽，蒸汽可在过程(热电联产)中使用，或者用来驱动蒸汽涡轮(联合循环)。可在几乎所有化学过程工业(CPI)装置中发现具有热回收蒸汽发生器(HRSG)的燃气涡轮。它们可在热电联产模式中运行，或者在联合循环模式中运行。在热电联产模式中，由HRSG产生的蒸汽主要用于过程应用，而在联合循环模式中，通过蒸汽涡轮发电机来产生功率。
图1(A)和1(B)是横截面示意图，其描绘HRSG 100的一个实施例。图1(A)反映HRSG的一个侧视图，而图1(B)则描绘HRSG的另一个侧视图。图1(A)和1(B)两者都未按比例绘制，而且彼此不1:1对应，尽管是同一设计的不同侧视图。
热回收蒸汽发生器100位于涡轮(未显示)的下游，并且接收来自涡轮的排气流。排气流流过连接导管132和HRSG入口导管130。排气流传送通过栅格状阵列的管150、160(在下文称为管束)，管150、160位于HRSG 40的热交换器空间120中，在那里，排气流将其热传递给包含在管束中的流体。
以下描述适用于所有管束，但特别详细地说明管束160。管束160包括第一集管110和可选的第二集管112，它们分别包含在通廊(vestibule)122和124中。通廊122和124是位于排气流流径(热交换器空间120)之上和之下的封罩，并且因此不会遇到排气流的热气。因此通廊122和124比热交换器空间120处于更低的温度。因此管束的位于通廊122和124中的部分比管束的位于热交换器空间120中的部分经受更低的温度。
管束160包括多个管102、104、106和108等，它们或多或少地沿竖向设置在HRSG中，并且分别与集管110和112处于流体连通。虽然图1描绘了管102、104、106和108位于页面的平面上，但各个管束包括多个管，它们沿垂直于页面的平面的方向延伸，从而形成一系列管阵列，排气流可传送通过管阵列，并且将其热传递给管阵列。这在图1(B)中有描绘。如可在图1(A)和1(B)中看到的那样，多个管102、104、106和108位于空间120内，在空间120中，排气流接触多个管。流体包含在管束160中。
在图1(A)中显示的HRSG 100中，整个管束包括管102、104、106和108以及第二集管112，整个管束从集管110悬垂。管束160和任何支承装备的全部重量都由下者承载：集管110、管116的可将集管110连接到外部集管(未显示)上的部分、管102、104、106和108的上部部分，以及管116中的焊缝(202、204)或管102、104、106和108中的焊缝(208、210)。如下面详细说明的那样，在HRSG的寿命周期期间，这个负载对焊缝的退化起重要作用。
大体进行结合管116中的焊缝区段202、204的焊缝是为了将不同的管区段集合在一起，以便产生各种不同形状的管(这里未显示)。通廊122和124中存在的管区段大体由昂贵的奥氏体钢和合金钢构成。不同材料的这些区段结合在一起产生管116。
将奥氏体熔合到铁氧体级金属上本质上是不相容的焊缝，本质上其定义是异金属焊缝(DMW)。一般而言，DMW管理领域的技术人员的最佳实践是通过将DMW置于较小的直径管上来避免厚壁的DMW，这进而产生比位置202和204处所需的薄得多的壁。另外，合乎需要的是最大程度地减小DMW处的所有应力(热、机械、静态等)，以确保延长寿命。最后，对维护能力和修理的可达性也可用于帮助监测DMW，并且最大程度地增加装备的正常工作时间。
图1A的现有技术具有一些优点，因为对DMW的可接近性是良好的，因此能确保监测。此外，可通过恰当地设计管膨胀回路来减小作用在DMW上的许多应力(管116可包含显著的膨胀回路，其与热生长所带的计算应力成比例，等)。图1A中介绍的202和204处的DMW的现有技术解决方案缺乏的是薄壁异焊缝–当前构造通常产生25.4 mm(1英寸)的壁厚–特别是对于高压回路。因为，虽然可控制对作用于DMW上的机械应力的管理，而且图1A中描绘的DMW202和204的可接近性仍然是良好的基础设计，但由于壁较厚的DMW，仍然存在无法克服的缺点。
另一方面，关于异金属焊缝(DMW)在位置208和210(存在于空间120中，在空间120中，排气流接触管102、104、106和108)处的布置，异焊缝所经历的空间120中的较高温度以及作用于焊缝上的结构的负载会使焊缝快速退化。此外，由于这个解决方案，接近性受到较大限制，因此任何修理都需要大量投资。这表示，对于所有意图和目的，如果在管束内的208和210的任何一个DMW中检测到任何失效，一般从最终用户的角度看都要进行大规模更换。因此合乎需要的是减小管束对DMW施加的负载，而且还将DMW定位在容易接近的位置；这么做可减少维护和停工时间。
发明内容
本文公开的是一种热回收蒸汽发生器系统，它包括：通廊，其包括底板、顶部和侧壁；其中，底板设置成与顶部相对；热交换器空间，排气流被馈送(charge)通过其中；其中，通廊设置在热交换器空间的顶上；以及其中，通廊包括与管束处于流体连通的至少一个集管；其中，管束的一部分设置在热交换器空间中；以及用于管束的支承系统；其中，支承系统包括带条，带条可逆地附连到底板上，以及附连到通廊的顶部上，或者附连到通廊的结构部件上；以及其中，管束的各个管接触套环，套环支托在底板上。
本文公开的还有一种方法，包括将排气流排到热回收蒸汽发生器中；其中，热回收蒸汽发生器包括：通廊，其包括底板、顶部和侧壁；其中，底板设置成与顶部相对；热交换器空间，排气流被馈送通过其中；其中，通廊设置在热交换器空间的顶上；以及其中，通廊包括与管束处于流体连通的至少一个集管；其中管束的一部分设置在热交换器空间中；以及用于管束的支承系统；支承系统包括带条，带条可逆地附连到底板上，以及附连到通廊的顶部上，或者附连到通廊的结构部件上；以及其中，管束的各个管接触套环，套环支托在底板上。
附图说明
图1(A)是HRSG和包含在其中的管束的侧视图的现有技术描绘；
图1(B)是HRSG和包含在其中的管束的另一个侧视图的另一个现有技术描绘；
图2描绘HRSG的通廊的示例性部分，其中，带条用来支承集管和相关联的管道系统的重量；
图3是HRSG的通廊的一部分的另一个示例性描绘，其中，带条用来支承集管和相关联的管道系统的重量，以及其中，底板包括多个空心块，带条设置成通过空心块；以及
图4是图3的区段M的放大版本。
具体实施方式
现在将参照附图来更全面地描述本发明，在附图中，显示了各种实施例。
本文公开的内容为一种系统和方法，其用以减小对热回收蒸汽发生器中存在的异焊缝(DMW)起作用的净负载(静负载、机械力、热力和其它力的总和)。减小DMW负载有利于降低焊缝退化，从而延长它们的寿命。通过使用负载承载带条来这样减小DMW上的净负载，负载承载带条悬垂在通廊的顶部或通廊中的任何其它结构特征上(在下文，为通廊的结构特征)。附连和/或焊接到管束的各个管上的套环将管束的重量传递到平台，平台通过带条悬垂在通廊的结构特征上。
本文公开的内容是一种系统和方法，其用以减小热回收蒸汽发生器中存在的DMW上的净负载。减小DMW负载有利于降低焊缝退化，从而延长它们的寿命。通过在套环412和相关联的下游装备(416、404、406、402、401等)之间使用合适的膨胀回路来这样减小DMW上的净负载(参见下面的图2)。
本文还公开一种方法，以将管束的管中存在的焊缝定位在HRSG的通廊中，这与它们存在于高温热交换器空间中相反，并且从而使它们经受较低的温度，这有利于减少焊缝退化，从而延长它们的寿命。本文公开了一种系统，其中，管束的焊接区段位于通廊中，这与位于HRSG的热交换器空间中相反。
本文还公开一种方法，以将存在于管束的管中的DMW定位在HRSG的通廊中，这与它们存在于不可接近的热交换器空间中相反，并且从而有利于提高接近/检查DMW的能力，从而提高可维修性和总的正常工作时间。本文公开一种系统，其中，管束的焊接区段位于通廊中，这与位于HRSG的热交换器空间中相反。本文公开一种方法，以将DMW定位在壁较薄的构件416中，这与它们存在于图1A的厚壁管202和204上相反。
本文还公开一种方法，以将存在于管束的管中的DMW定位在HRSG的通廊中，这与它们存在于不可接近的热交换器空间中或者备选地存在于厚壁管上相反。本文公开一种系统，其中，加热纵向表面间隙可优化成与使用集管110作为支承装置的设计所蕴涵的相比，更紧密和/或不那么紧密的间隙构造，因为间隙随集管直径而改变。
图2描绘HRSG 400的示例性部分，其包含设置在热交换器区段600的顶上的通廊500。热排气流引导通过热交换器区段，热交换器区段包括多个翅片管410。通廊500是分别由侧壁502和502、顶部504和底板506限定的封罩。设置在通廊500内部的是第一集管402，第一集管402与两个或更多个一级管(标为406和407)处于流体连通。第一集管402通过支承部件401主要从其上方的结构支承(未显示)悬垂。特别地，这个结构支承(未显示)设计成允许向上热生长/膨胀(通常是可用的弹簧和/或可变的弹簧吊架就足够了)。
虽然图2展示了第一集管402具有两个一级管406和407，但明显的是，集管402可与超过两个一级管(即，多个管)处于流体连通。虽然以下论述涉及集管402、一级管406以及与其处于流体连通的那些管408和410，但该论述同样适用于包含在通廊500和热交换器空间600中的所有其它集管和管。为了简洁，论述将不涉及包含在通廊和热交换器空间中的其它集管和管。
第一集管402通过一级管406与第二集管404处于流体连通。一级管406具有两个线性区段406A和406C和两个弯头区段406B和406D。使用弯头区段是因为一级管406的形状调节成最大程度地且高效地利用通廊500中的空间，并且此外借助于膨胀回路来适应热膨胀考虑。
多个二级管408设置成来自第二集管404且与其处于流体连通。各个二级管408是上面在图1(A)和1(B)中详细说明的管束的一部分。在实施例中，二级管408的在底板506下方的部分具有设置在其上的翅片。翅片由参考标号410表示，并且使得热从排气流较好地传递到传输通过二级管408的流体。管区段410沿着图2中的线A-A'被截短。
二级管408具有不动地附连到其外表面上的套环412，套环412支托在底板506上，从而通过套环412将管道系统408所施加的负载传递到底板506。底板506不动地附连到HRSG400的壁502A和502B上，并且其重量由壁502A和502B支承，而且如果有用，则底板506用支承带条沿着其长度附连到通廊的顶部或任何其它结构支承件上。
套环412附连/焊接到二级管408的外表面上，但自由地支托在底板506上，而且如果需要的话，可调节套环412。在另一个实施例中，套环412支托在底板506上，但通过焊缝和/或附连手段不动地附连到底板506上。在又一个实施例中，套环412支托在底板506上，但通过螺纹紧固件(诸如螺母和螺栓)可逆地附连到底板506上。
底板506包含多个第一孔，成束的二级管408可通过第一孔从通廊500传送到热交换器空间600，其中束接触排气流。底板506还包含多个第二孔，带条606穿过第二孔，带条606从通廊的顶部悬垂。尽管底板506包含用于成束的二级管408和带条606的孔，但是在管和带条设置成通过其中之后，其变成不透气阻隔件，而且因此它(底板506)不容许排气流从热交换器区段600行进到通廊500中。底板大体为尺寸(例如，厚度)合适的、可经受住HRSG的温度下的应力而无任何变形的平坦金属板。
在实施例中，带条606是在相对的端部处有螺纹的金属杆，并且具有将带条可逆地连接到通廊500的顶部504上的紧固件602。第二紧固件604将带条606的相对的端部可逆地连接到底板506上。因而带条606使得底板506的一部分的重量以及二级管408(即，管束)的重量能够由通廊的顶部或包含在通廊500中的其它结构部件承载。
因此带条606将二级管408(即管束)的重量传递到通廊的顶部或包含在通廊中或其上方的其它结构部件(未显示)。因此异金属焊缝(DMW)上的应力(诸如由标号416指示)得到减轻。并行地，相应地合适的膨胀回路路线(406、402和401)进一步确保作用于DMW上的应力最小。负载偏离焊缝会延长焊缝的寿命，从而减少对HRSG执行的维护量以及这种维护所需的停机时间。
现在再次参照图2，之前位于排气流的路径中的二级管道系统408上的焊缝现在移动到管道系统的位于通廊500中的部分。这些由参考标号416描绘。焊缝从热交换器空间600的高温区移动到通廊500的温度较低的区域会延长二级管(即，管束)上的焊缝的焊缝寿命。这个构造的价值还在于，DMW驻留在比图1A的位置202更小的直径的管上。这显著地减小壁厚，已知壁厚是会加剧DMW挑战的问题。此外，该构造大大促进了DMW的卓越的可接近性和可维修性，因为DMW现在驻留在通廊中。此外，如果完全需要的话，更换只是更换单个轴零件，同时所有上游(管束)和下游(集管等)装备都完全原封不动。重要的是注意到，每次失效都可控制任何DMW失效检测，这与图1A的位置208和210相反，其中保证有大规模更换，如果无法离散地监测和检测失效的话。
图3中描绘了底板506的另一个实施例。在这个实施例中，底板506包括多个空心的长方形或正方形块区段506A和506B(例如，相反的C形通道)，带条605穿过它们，带条605承载管束的重量，如上面详细说明的那样。二级管408也穿过这个底板506，如图3中显示的那样。带条605穿过空心块区段且被多个螺纹紧固件上紧。图4是图3的区段620的放大图。
如可在图4中看到的那样，各个带条605穿过空心块506且由多个紧固件紧固，紧固件设置在空心块506A的相对的表面上。第一紧固件(例如，螺母)610旋到带条605上，并且设置在外部上表面上，外部上表面限制空心块506A，同时第二紧固件612也旋到带条上，但设置在空心块506的内表面上。外部上表面设置成与内表面相对。在另一个实施例中，第三紧固件614在空心块506A相对的内表面(来自前面描述的内表面)上旋到带条605上，而第四紧固件616则在限制空心块的外部下表面上旋到带条上。这个布置容许螺纹紧固件使带条保持就位，无任何松动。例如，如果一对螺母610和612由于HRSG中的力都沿一个方向旋转，则螺母中的一个将松开，而另一个螺母因而将变紧，从而使带条固持就位。
过渡用语“包括”，包含过渡用语“由…组成”和“基本由…组成”。
用语“和/或”包括“和”以及“或”两者。例如，“A和/或B”应解释为A、B，或者A和B。
但是，本发明可体现为许多不同的形式，并且不应解释为局限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是透彻和完整的，而且将完全对本领域技术人员传送本发明的范围。相同参考标号在图中指示相同元件。
将理解的是，当元件被称为“在另一个元件上”时，它可直接在另一个元件上，或者在它们之间可存在居间元件。相反，当元件被称为“直接在另一个元件上”时，不存在居间元件。如本文所用，用语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
将理解的是，虽然用语第一、第二、第三等在本文可用来描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但这些元件、构件、区域、层和/或区段不应被这些用语限制。这些用语仅仅用来区分一个元件、构件、区域、层或区段与另一个元件、构件、区域、层或区段。因而，下面论述的第一元件、构件、区域、层或区段可称为第二元件、构件、区域、层或区段，而不偏离本发明的教导。
本文使用的用语仅仅是为了描述特定实施例，而不是意于限制。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”意于也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当在此说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”详细说明存在所陈述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。
此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对用语在本文可用来描述图中示出的一个元件与另一个元件的关系。将理解的是，相对用语意于包含除了图中描绘的定向之外的装置的不同定向。例如，如果将一幅图中的装置倒过来，被描述成在其它元件“下”侧上的元件然后将定向在其它元件的“上”侧上。示例性用语“下”因此可包含 “下”和“上”定向两者，这取决于图的特定定向。类似地，如果将一幅图中的装置倒过来，则被描述成在其它元件的“下方”或“下面”的元件然后将定向在其它元件的“上方”。示例性用语“下方”或“下面”因此包含上方和下方定向两者。
除非另有限定，本文使用的所有用语(包括科学和技术用语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员普通理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如词典中限定的那些的用语应当解释为具有与它们在相关领域和本公开的语境中的含义一致的含义，并且不会在理想地或过于正式的意义上解释这些用语，除非本文明确地这样限定。
本文参照横截面图来描述示例性实施例，横截面图是理想化实施例的示意图。因而，预料到示意图的形状会有差异，例如，因为制造技术和/或公差。因而，本文描述的实施例不应解释为局限于本文示出的特定形状的区域，而是包括由于例如制造引起的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域可典型地具有粗糙和/或非线性特征。此外，示出的尖角可为圆的。因而，图中示出的区域是示意性的，并且它们的形状不意于示出区域的确切形状，并且不意于限制本权利要求的范围。
虽然已经参照一些实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下做出各种改变，而且等效物可代替本发明的元件。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或内容适应本公开的教导。因此，意于的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，本发明而是将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种热回收蒸汽发生器系统，包括：
通廊，其包括底板、顶部和侧壁；其中，所述底板设置成与所述顶部相对；
热交换器空间，排气流被馈送通过其中；其中，所述通廊设置在热交换器空间的顶上；以及其中，所述通廊包括与管束处于流体连通的至少一个集管；其中，所述管束的一部分设置在所述热交换器空间中；以及
用于所述管束的支承系统；其中，所述支承系统包括带条，所述带条可逆地附连到所述底板上，以及附连到所述通廊的顶部上，或者附连到所述通廊中的结构部件上；以及其中，所述管束的各个管接触套环，所述套环支托在所述底板上。
2.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，所述套环焊接到所述管束的管上。
3.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，所述至少一个集管或所述管束的至少一个管包括焊缝，在此处，管道系统的一个区段焊接到管道系统的另一个区段上。
4.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，所述至少一个管束的重量传递到所述通廊的顶部或所述通廊中的结构部件。
5.根据权利要求3所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，位于所述管束中的管上的焊缝设置在所述管的位于所述通廊中的部分中。
6.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，所述带条的相对的端部是带条螺纹的。
7.根据权利要求6所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，所述带条是螺纹杆，以及其中，螺纹紧固件接触所述螺纹杆，以将负载传递到所述通廊的顶部或所述通廊的其它结构部件。
8.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，所述底板包括多个空心块区段，以及其中，至少一个带条设置成通过各个空心块区段。
9.根据权利要求8所述的热回收蒸汽发生器系统，其特征在于，多个相对地设置的螺母将所述至少一个带条固定到所述空心块上。
10.一种用于减小对热回收蒸汽发生器中存在的异焊缝起作用的净负载的方法，包括：
将排气流排到热回收蒸汽发生器中；其中，所述热回收蒸汽发生器包括：
通廊，其包括底板、顶部和侧壁；其中，所述底板设置成与所述顶部相对；
热交换器空间，排气流被馈送通过其中；其中，所述通廊设置在热交换器空间的顶上；以及其中，所述通廊包括与管束处于流体连通的至少一个集管；其中，所述管束的一部分设置在所述热交换器空间中；以及
用于所述管束的支承系统；其中，所述支承系统包括带条，所述带条可逆地附连到所述底板上，以及附连到所述通廊的顶部上，或者附连到所述通廊中的结构部件中；以及其中，所述管束的各个管接触套环，所述套环支托在所述底板上。
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