KR101241278B1 - Tube support for harp module of the heat recovery steam generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전소에서 고온의 배기가스에 잔류하는 열량을 회수하여 난방열을 생산하는데 사용되는 발전용 배열회수보일러(HRSG)에 있어서, 배열회수보일러에 설치된 하프모듈(Harp Module)의 튜브들을 안정감 있게 지지하여 배기가스의 난류로 인한 튜브의 떨림과 응력을 해소하는데 유효한 배열회수보일러의 하프모듈용 튜브 지지구에 관한 것이다.
The present invention, in the heat recovery boiler (HRSG) for power generation to recover the heat remaining in the high-temperature exhaust gas in the power plant to support the tubes of the half module (Harp Module) installed in the heat recovery boiler with stability. Therefore, the present invention relates to a tube support for a half module of a heat recovery boiler, which is effective for relieving the vibration and stress of a tube caused by turbulence of exhaust gas.
배열회수보일러(HRSG; Heat Recovery Steam Generator)는 화력발전소의 증기터빈이나 가스터빈에서 전력을 생산한 후에 배출되는 500~700℃의 배기열 또는 폐열 에너지를 회수하는 장치로서, 가스터빈에서 배출된 고온의 배기가스가 배열회수보일러를 통과할 때 열교환에 의해서 증기가 발생한다. 이 증기로 증기터빈을 구동하여 전력을 생산한다.Heat recovery steam generator (HRSG) is a device that recovers the exhaust heat or waste heat energy of 500 ~ 700 ℃ which is discharged after generating electricity from steam turbine or gas turbine of thermal power plant. When the exhaust gas passes through the heat recovery boiler, steam is generated by heat exchange. The steam drives the steam turbine to produce power.
열교환은 배열회수보일러의 하프모듈에서 이뤄진다. 하프모듈은 복수의 튜브를 배기가스가 흐르는 방향을 따라 복수 열로 정렬시킨 것이다. 튜브는 열교환에 유리한 방열핀이 부착된 핀튜브일 수 있다. The heat exchange takes place in the half module of the heat recovery boiler. The half module arranges the plurality of tubes in a plurality of rows along the direction in which the exhaust gas flows. The tube may be a fin tube with heat dissipation fins advantageous for heat exchange.
열교환이 이뤄지는 동안 튜브는 배기가스의 난류에 의해 흔들린다. 그래서 하프모듈은 튜브의 흔들림을 방지하기 위한 튜브 지지구가 설치된다.During the heat exchange, the tube is shaken by the turbulence of the exhaust gases. Therefore, the half module is provided with a tube support for preventing the shaking of the tube.
배열회수보일러의 하프모듈용으로서 보편적인 구조의 튜브 지지구는 강판제 평밴드였다. 평밴드는 열응력이 낮아 튜브에 대한 지지력이 약하기 때문에 경시적으로 자중에 의해 튜브가 처지는 단점이 있다. The tube support of the general structure for the half module of the heat recovery boiler was a flat band made of steel. Since the flat band has a low thermal stress and a weak bearing force on the tube, the flat band has a disadvantage of sagging due to its own weight over time.
이 점을 고려한 것이 특허 제650253호에 개시된 하프모듈용 튜브 지지구다. 이 튜브 지지구는 튜브의 외면에 빗방향으로 외접되는 ㅅ형 팽창성 주름이 일정한 피치로 형성된 띠강판제로서, 튜브의 원주를 절반씩 점유하는 한 쌍의 튜브 지지구에 의한 4점 지지방식으로 지지하게 되는데, 튜브를 지지하는 면적이 극히 일부에 불과하여 배기가스의 난류에 대한 튜브의 지지력이 작기 때문에 불안정하고, 튜브의 떨림으로 인한 스트레스의 누적으로 튜브가 손상되기도 하고 결국은 수명단축으로 이어진다. Considering this point, the tube support for a half module disclosed in Patent No. 650253. The tube support is a strip steel sheet formed with a constant pitch of S-shaped expandable corrugations circumscribed in the comb direction on the outer surface of the tube, and is supported by a four-point support method by a pair of tube supports that occupy the circumference of the tube by half. In other words, the area supporting the tube is only a small portion, and the support force of the tube against the turbulence of the exhaust gas is small, which is unstable. The accumulation of stress caused by the shaking of the tube may damage the tube and ultimately shorten the life.
게다가 대형화 설계 및 제작 추세인 배열회수보일러 분야에서 하프모듈은 2~3개의 노즐을 가진 복수의 튜브를 무리짓도록 근접 배치하여 지지하는 튜브 지지구의 규격 등을 고려하면 튜브 지지구의 설계 난이도가 크다. Furthermore, in the field of array recovery boiler, which is the trend of large-scale design and fabrication, the half module has a high design difficulty of the tube support, considering the specifications of the tube support for closely arranging and supporting a plurality of tubes having 2 to 3 nozzles.
근래, 배열회수보일러의 설계가 대형화되면서 하프모듈에 설치되는 노즐도 증가하고 규모도 커지는 추세다. 특히 벤슨(benson)형 배열회수보일러에 적용되는 하프모듈을 설치하기 위해서는 튜브 지지구의 응력을 감소하거나 해소할 수 있는 별도의 확실한 대책이 필요하다.
Recently, as the design of the array recovery boiler becomes larger, the nozzles installed in the half module increase and the size increases. In particular, in order to install a half module applied to a benson type recovery boiler, it is necessary to take a separate sure measure to reduce or eliminate the stress of the tube support.
본 발명의 목적은 대형 배열회수보일러의 하프모듈이 큰 자중과 배기가스의 난류에도 충분히 대응할 수 있는 배열회수보일러의 하프모듈용 튜브 지지구를 제공하려는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a tube support for a half module of a heat recovery boiler in which a half module of a large heat recovery boiler can sufficiently cope with large self-weight and turbulence of exhaust gas.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 튜브의 피지지부에 씌워 붙이는 밴드와, 상기 밴드의 상단부에 끼워 붙여서 보강하는 판링과, 상기 밴드의 외면에 대칭되도록 내면을 맞대어 붙이고 하단은 기판의 상면에 부착된 리브 대용의 수직판과, 상기 밴드의 하단부 외면과 상기 수직판의 하단에 맞대어 붙여 빔 형태의 지지구를 이루게 하는 기판으로 이뤄진 배열회수보일러의 하프모듈용 튜브 지지구를 제안한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a band that covers the support of the tube, a plate ring to be inserted into the upper end of the band to reinforce, and the inner surface to face the symmetrical to the outer surface of the band and the bottom is attached to the upper surface of the substrate It proposes a tube support for the half module of the array recovery boiler consisting of a vertical plate for the ribs, and a substrate that forms a beam-like support against the outer surface of the lower end of the band and the lower end of the vertical plate.
상기 기판은 양측 기판 사이에 상기 판링과 동형의 판링이 일체상으로 형성된 것을 포함한다.
The substrate includes one plate ring and the same type plate ring formed integrally between both substrates.
본 발명은 대형 배열회수보일러에 부합하도록 제작된 고중량체인 대형 하프모듈을 직립하도록 지지하는 후강판제 튜브 지지구는 튜브가 대형일지라도 그 자중에 충분히 대처할 수 있어 튜브, 나아가 하프모듈 전체의 변형방지에 효과적이고, 하프모듈의 장기적 안전운전에도 아주 유리하다.
According to the present invention, a thick steel tube supporter for supporting a large half module, which is a heavy-weight body manufactured to meet a large array recovery boiler, can cope with its own weight even if the tube is large, thereby preventing deformation of the tube and the entire half module. It is also advantageous for the long term safe operation of the half module.
도 1은 본 발명 하프모듈의 설치상태도
도 2는 도 1의 정면도
도 3은 일실시예에 의한 튜브 지지구의 분해도
도 4는 동 조립도
도 5는 튜브 지지구에 의한 튜브의 설치예시도
도 6은 다른 실시예에 의한 튜브 지지구용 변형 기판의 예시도1 is a state diagram of the installation of the present invention half module
FIG. 2 is a front view of FIG. 1
3 is an exploded view of the tube support according to one embodiment
4 is a copper assembly diagram
Figure 5 is an installation example of the tube by the tube support
Figure 6 is an illustration of a variant substrate for a tube support according to another embodiment
도 1과 도 2에서와 같이, 대형 배열회수보일러용 하프모듈(1)은 동형의 여러 튜브(2)가 배열회수보일러에서 배출되는 가스가 흐르는 방향을 따라 일렬로 또는 복수열로 정렬하도록 직립시켜 도입측 튜브(2a)에서 뒤쪽의 하프모듈(1a)의 최종 튜브(2b)를 차례로 경유하면서 수분과 기체가 분리되며, 이 과정에서 각 튜브(2) 내에서 응집된 물은 따로 배출하고 기체만 최종 튜브(2b)를 거쳐 대기 중으로 방출하게 된다.As shown in Figures 1 and 2, the
상기 모든 튜브(2)의 상부는 지상에 설치된 강구조물(3) 위에 특수 제작된 튜브 지지구(4)에 의해 지지되어 있다.The upper part of all the
도 3에서, 튜브 지지구(4)는 기판(41)과 수직판(42), 밴드(43), 판링(44)으로 구성된다. 기판(41)은 분리기를 설치하기 위하여 H형강 등의 강재를 사용하여 설치한 강구조물의 가로빔 위에 안장하고 보울트 또는 보울트-너트로 체결하여 지지구 전체의 자세를 안정시키는 것으로, 좌우 대칭형이며, 각 내면(41a)은 밴드(43)의 외경에 상응하는 호상면이고 외측단에 가까운 판면에는 튜브 설치용 강구조물의 가로빔에 얹어서 보울트 또는 보울트-너트로 체결하는 체결공(41b)이 천공되어 있다. 체결공(41b)은 강구조물의 가로빔 상에서 기판(41)이 제위치를 정확히 유지하지 않음으로써 빚어질 수 있는 튜브의 하중이 편중되는 현상을 방지하는 데 적합한 장공이다. 장공의 장축은 가로빔의 길이방향에 준한다.In FIG. 3, the
수직판(42)은 각 밴드(43)의 외면에 대칭되도록 부착하여 강도를 높여 변형을 방지하는 동시에 밴드(43)에 대한 기판(41)과 판링(44)의 결합을 통하여 튜브 지지구(4) 전체의 강성을 높이는 리브로서, 각 수직판(42)의 내면은 밴드(43)의 외면에 종방향으로 부착되고, 상단은 판링(44)의 저면에 그리고 하단은 기판(41)의 상면에 부착된다. 상기 부착수단은 용접이나 또 다른 접착수단을 이용할 수 있다. The
수직판(42)의 높이는 기판(41)의 상면과 판링(44)에 하단과 상단이 약간 노출되도록 끼워진 밴드(43)에서 기판(41)의 상면과 판링(44)의 저면 사이의 길이로 책정함으로써 밴드(43)에 대한 기판(41)과 판링(44)의 결합 고정상태가 공고해지도록 한다. The height of the
밴드(43)은 도 3과 같이 관체를 분할하여 2개의 반원관을 마주보게 결합하여 사용하며, 밴드의 내경을 튜브의 외경보다 작게 형성하여 튜브 외면에 마주 씌웠을 때 틈새(W)가 벌어지도록 구성한다. 또한 밴드(43)의 어느 한쪽만 수직상으로 절결하여 탄력적으로 신축되게 구성하는 것도 가능하다.
상기의 밴드(43)를 튜브(2)에 씌워 부착하면 감싸주는 힘이 좋고, 튜브(2)의 피지지부의 강도를 높여 응력에 대응할 수 있는 능력을 키우는 것이다. 또한 상기 밴드는 내경이 튜브의 외경과 동등하고 두꺼운 강제 단관을 사용할 수 있다.When the
판링(44)은 튜브(2)의 피지지부에 씌워진 밴드(43)의 상단에 씌워서 그 상단부의 변형에 대한 응력을 키우고 튜브(2)에 둘러진 밴드(43)의 자세도 안정시키는 것이다. The
각 기판(41)의 내면(41a)을 밴드(43)의 외주면 하단부에 대고 용접한다. 구체적으로는 밴드(43)의 하단이 약간 노출되도록 기판(41)를 대어 붙인다. 각 기판(41)의 상면에 수직판(42)의 하단을 대고 수직판(42)의 내면을 밴드(43)의 외면에 맞닿게 한 상태에서 기판(41)과 밴드(43)에 용접해 일체화한다. The
이어서 밴드(43)의 상단으로 판링(44)을 내리 씌워서 수직판(42)의 상단에 내려 앉힌다. 이렇게 하면 판링(44) 위로 밴드(43)의 상단이 약간 노출된다. 이 상태에서 용접하면 도 4와 같은 양상의 튜브 지지구(4)가 완성된다. 이상은 튜브 지지구(4)의 조립예를 든 것으로, 기판(41)의 상면과 수직판(42)의 하단을 먼저 용접하고 밴드(43)의 외면에 수직판(42)의 내면을 용접하는 순으로 진행할 수도 있다.Subsequently, the
도 5에서, 튜브 지지구(4)는 밴드(43)를 튜브(2)의 상부 구조물 하단으로 올려끼워 자리를 잡고 밴드(43)의 상단과 하단을 튜브(2)의 외면에 용접하여 부착한다. 튜브 지지구(4)가 장착된 튜브(2)는 강구조물(3)의 가로빔(31) 사이로 내려서 가로빔(31) 위에 튜브 지지구(4)의 기판(41)을 안장한 후 볼트 등의 체결수단으로 지지구를 가로빔(31)에 고정한다.In FIG. 5, the
강구조물(3)의 가로빔(31) 상에서 튜브(2)의 하중이 일측으로 편중된 경우에는 체결수단을 느슨하게 풀고 튜브(2)의 위치를 바로잡은 다음에 다시 조여서 하중의 편중으로 인한 튜브(2)의 자세 불안정을 해소한다.If the load of the
도 6은 프레스가공 또는 레이저가공을 통하여 상기 판링(44)과 동형의 판링 (45)의 좌우에 대칭형 기판(41)이 일체상으로 형성된 변형예를 나타낸 것이다.FIG. 6 shows a modification in which the
다시 말해서 상부 판링(44)처럼 링형상으로 생긴 판링 양쪽에 기판(41)을 일체로 가진 판링(45)을 형성한 것이며, 튜브 지지구 조립 시 밴드공(45a)에는 상기한 밴드(43)의 하단을 끼우고, 이렇게 조립된 튜브 지지구는 튜브(2)의 피지지부에 대한 응력해소에 더욱 효과적이다. In other words, the
어떤 형태의 튜브 지지구(4)이든 대형 배열회수보일러에 맞게 하프모듈을 대형으로 설계하더라도 하중 증가로 인한 부담과 가동부하에도 너끈히 견딜 수 있다. Any type of
참고로, 본 발명에 의한 튜브 지지구의 효과를 반증하기 위한 각 부재의 제원별 해석을 예시한다.For reference, the specification-specific analysis of each member for disproving the effect of the tube supporter by this invention is illustrated.
[해석조건][Interpretation Condition]
튜브: 10" ×SCH.120. SA335-P91[HRH]Tube: 10 "× SCH.120. SA335-P91 [HRH]
판링: 20t/SA335-P22Plate Ring: 20t / SA335-P22
밴드: 20t/SA335-P22Band: 20t / SA335-P22
기판: 20t/SA335-P22Board: 20t / SA335-P22
수직판: 20t/SA335-P22Vertical plate: 20t / SA335-P22
정하중: 16,000kg (=HRH 하프 중량:32,000kg. 2점 지지로 해석)Static load: 16,000 kg (= HRH half weight: 32,000 kg. Interpreted as two-point support)
실제 HRH는 3점 지지임. Actual HRH is three point support.
튜브의 하중에 의해 지지구에 발생되는 응력은 49.5MPa로서, 허용응력(항복응력의 60%)보다 낮으므로 양호하다. 570℃에서의 SA387-22 항복강도는 150MPa →49.5MPa < 90MPa (150MPa ×0.6)The stress generated in the support by the load of the tube is 49.5 MPa, which is preferable because it is lower than the allowable stress (60% of the yield stress). SA387-22 yield strength at 570 ℃ is 150MPa → 49.5MPa <90MPa (150MPa × 0.6)
튜브의 하중에 의해 모재에 발생하는 응력은 29.7MPa로, 허용응력 보다 낮아서 양호하다. 575℃에서의 SA335-P91의 항복강도는 87MPa → 29.7MPa < 87MPa.The stress generated in the base material by the load of the tube is 29.7 MPa, which is lower than the allowable stress. The yield strength of SA335-P91 at 575 ° C. ranges from 87 MPa to 29.7 MPa <87 MPa.
[비정상적인 상태, 즉 하중 분포가 불균일할 때의 분석][Analysis of Abnormal State, ie, Uneven Load Distribution]
튜브의 하중에 의해 튜브 지지구에 발생하는 응력은 70MPa로서 허용응력(항복응력의 60%)보다 낮으므로 양호하다. 570℃에서의 SA387-22 항복강도는 150MPa →70MPa < 90MPa (150MPa ×0.6)The stress generated on the tube support by the load of the tube is 70 MPa, which is good because it is lower than the allowable stress (60% of the yield stress). SA387-22 yield strength at 570 ℃ is 150MPa → 70MPa <90MPa (150MPa × 0.6)
튜브의 하중에 의해 모재에 발생하는 응력은 40.1MPa로, 허용응력 보다 낮아 양호하다. 575℃에서의 SA335-P91의 항복응력은 87MPa → 40MPa < 87MPa.The stress generated in the base material by the load of the tube is 40.1 MPa, which is lower than the allowable stress. The yield stress of SA335-P91 at 575 ° C. ranges from 87 MPa to 40 MPa <87 MPa.
[해석조건][Interpretation Condition]
튜브: 24" × 61t SA335-P22Tube: 24 "× 61t SA335-P22
판링: 20t/SA335-P22Plate Ring: 20t / SA335-P22
밴드: 20t/SA335-P22Band: 20t / SA335-P22
기판: 30t/SA335-P22Board: 30t / SA335-P22
수직판: 20t/SA335-P22Vertical plate: 20t / SA335-P22
정하중: 30,000kg (= 분리기 중량 약 20,000kg)Static load: 30,000 kg (= separator weight approx. 20,000 kg)
튜브의 하중에 의해 지지구에 발생되는 최대응력은 61.57MPa로서, 허용응력(항복응력의 60%)보다 낮으므로 양호하다. 475℃에서 SA387-22의 항복강도는 225MPa → 61.57MPa < 135MPa (225MPa ×0.6).The maximum stress generated on the support by the load of the tube is 61.57 MPa, which is good because it is lower than the allowable stress (60% of the yield stress). The yield strength of SA387-22 at 475 ° C. ranges from 225 MPa to 61.57 MPa <135 MPa (225 MPa × 0.6).
튜브의 하중에 의해 모재에 발생하는 응력은 93.3MPa로, 허용응력 보다 낮아서 양호하다. 475℃에서 SA335-P22의 항복응력은 100MPa → 93.3MPa < 100MPa.
The stress generated in the base material by the load of the tube is 93.3 MPa, which is lower than the allowable stress. The yield stress of SA335-P22 at 475 ° C. ranges from 100 MPa to 93.3 MPa <100 MPa.
1: 하프모듈
2: 튜브
3: 강구조물
4: 튜브 지지구
41: 기판
41a: 내면
41b: 체결공
42: (리브 대용의) 수직판
43: 밴드
44,45: 판링 1: half module
2: tube
3: steel structure
4: tube support
41: substrate
41a: inside
41b: Fastener
42: vertical plate (in place of rib)
43: band
44,45: Fanring
Claims (4)
튜브의 피지지부에 끼워 붙이는 관체형상의 밴드와;
상기 밴드의 상단부에 끼워 붙여서 보강하는 판링과;
상기 밴드의 외면에 대칭되도록 내면을 맞대어 붙이고 하단은 기판의 상면에 부착된 리브 대용의 수직판과;
상기 밴드의 하단부 외면과 상기 수직판의 하단에 맞대어 붙여 빔형 지지구를 이루게 하는 기판; 을 포함하여 이뤄진 것을 특징으로 하는 배열회수보일러의 하프모듈용 튜브 지지구.As a support for the half module tube installed in the heat recovery boiler,
A tubular band fitted to the supported portion of the tube;
A plate ring fitted to the upper end of the band and reinforced;
Vertical plates for replacing ribs attached to the inner surface of the band so as to be symmetrical to the outer surface of the band and attached to the upper surface of the substrate;
A substrate facing the outer surface of the lower end of the band to the lower end of the vertical plate to form a beam support; Tube support for the half module of the array recovery boiler comprising the.
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