一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构及改造方法与流程

【技术领域】

本发明属于电站锅炉承压部件爆漏防治技术领域，具体涉及一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构及改造方法。

背景技术：

较早设计制造的和一部分现在设计制造的炉内高温受热面垂直布置的水管锅炉，其炉内受热面穿顶棚部位的无套管高冠金属密封结构为：同管屏的受热面管与穿过的同一密封顶板相焊接，密封顶板与立板相焊接，从而实现受热面管穿顶棚部位的密封，高冠密封结构同时还有承担炉内受热面重量、固定炉内受热面的作用。受热面穿顶棚部位的无套管高冠密封结构形式如附图1-附图3示意。涉及的无套管高冠密封结构的顶板包括平板、弧型板、尖型板等形式，3种顶板形式如附图1-附图3示意所示；顶板与立板的连接形式包括顶板夹于两立板之间和顶板搭接与两立板之上，两种顶板与立板的连接形式如附图4所示。

由于温度较高的受热面管子和温度较低的高冠密封顶板和立板之间的温差，会在管子与顶板的连接处产生一定的局部热应力；并且炉内受热面管屏的热变形也会在该部位造成一定的结构热应力。而管子与顶板之间的焊接一般为单面焊，为非全焊透结构。因此受热面管穿顶棚部位在叠加的热应力作用在不理想的焊接结构上，很容易随启停循环不断累计疲劳损伤或腐蚀疲劳损伤而出现开裂泄漏。这种穿顶棚管与高冠密封顶板直接焊接的锅炉，发生管子穿顶棚密封部位开裂泄漏的比例很高，根据经验值该比例在20％以上。

针对这些发生该部位频繁开裂的锅炉，通常的应对方法是对穿顶棚结构进行改造更换。改造的方法为在穿顶棚位置给每根管加套管，套管与高管密封顶板焊接，管子与套管在稍高的位置焊接。该方法很好地解决了管子穿顶棚部位局部热应力大的问题。实施后，大多有很好的效果。但对于管间距很小的管屏，由于空间限制无法加装套管，该方法并不使用。另外，由于该方法管子与套管的焊接仍为非焊透结构，当炉内受热面管屏的热变形较大而在该部位造成结构热应力也很大时，管子与套管的焊缝处仍有开裂泄漏的可能，并已有实际案例。

近些年新制造的水管锅炉，受热面管穿顶棚密封大多设计为加套管的结构或柔性密封结构。这些较新的锅炉一般没有穿顶棚密封部位开裂的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构及改造方法；该结构由于在顶板上切割缝隙，消除了原穿顶棚结构拘束和热应力较大的隐患，从结构上解决了该部位易开裂的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构，包括顶板，顶板固定设置在两块平行的密封立板上，所述密封立板固定设置在顶棚上；沿密封立板的长度方向，两块密封立板之间阵列有一排m个穿顶棚管，穿顶棚管贯穿顶棚和顶板；所述密封立板上固定设置有顶板，顶板沿其长度方向开设有m个孔洞，一个穿顶棚管穿过一个孔洞；

所述顶板上，在相邻的穿顶棚管之间开设有缝隙；

两块密封立板的两端分别与一个侧板固定连接，侧板固定设置在顶棚上；密封立板和侧板上固定设置有密封盒结构，所述密封盒结构四个侧壁的下部分别固定设置在密封立板的外壁和侧板的外壁上；密封盒结构内填充有密封材料，每一个穿顶棚管在密封盒结构内的部分被密封材料包裹。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述缝隙的宽度为1～3mm，缝隙的长度小于等于两个密封立板内壁之间的距离。

优选的，所述缝隙平分相邻穿顶棚管的间距。

优选的，所述密封材料包括柔性保温材料和耐火浇注料，柔性保温材料在密封盒结构内的下部，耐火浇注料在柔性保温材料上面。

优选的，顶板上，在两个端部的穿顶棚管的外侧开设有缝隙。

优选的，所述顶板包括平顶板、尖形顶板和弧形顶板；平顶板的下表面和两个密封立板的上表面固定连接；尖形顶板由两个长条板组成，两个长条板的上端固定连接，下端分别固定设置在两个密封立板上；弧形顶板为弧面板，弧形顶板倒扣在两个密封立板上，弧形顶板的两个底部侧边分别固定设置在两个密封立板上。

优选的，所述平顶板的两端分别设置有垂直于平顶板的固定板，所述固定板插入在密封立板和穿顶棚管之间；所述尖形顶板的两个长条板的下端能够固定插入在密封立板和穿顶棚管之间；所述弧形顶板的两个底部侧边能够固定插入在密封立板和穿顶棚管之间。

一种上述的防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构于在役锅炉的改造方法，包括以下步骤：

(1)在所有穿顶棚管之间的顶板上进行割缝处理，同时分别在端部的两个穿顶棚管外侧的顶板上进行割缝处理，在顶板上共形成m+1个缝隙；

(2)在密封立板和侧板上固定设置密封盒结构，在密封盒结构内填充密封材料，使得在密封盒结构内的穿顶棚管被密封材料包裹。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构，该结构在顶板结构上开设缝隙，缝隙设置在相邻的穿顶棚管之间，使得穿顶棚管和顶板的连接处产生的局部热应力通过穿顶棚管两侧的缝隙得到释放，同时可缓解炉内受热面管屏的热变形在该部位造成的结构热应力；为保证密封效果，在该结构上设置密封盒结构，密封盒结构内填充有密封材料，使得该管穿顶棚结构在释放应力的同时能够保证密封效果。该结构适用于任何穿顶棚结构，无论是管间距大的管屏结构还是管间距小的结构，只需调整缝隙的数量和大小，即可保证应力的释放。

进一步的，限定了缝隙的宽度和长度，缝隙太大会影响密封效果，缝隙太小无法充分的将应力释放。

进一步的，缝隙位于相邻两个孔洞圆心连线的中心处，保证两侧的穿顶棚管和顶板连接处的热应力能够通过缝隙均匀释放。

进一步的，密封材料包括柔性保温材料和耐火浇注料；柔性保温材料在下，耐火浇注料在上，所述柔性保温材料能够为硅酸铝或岩棉等材质，其材料特点为柔软、填充性好且耐高温，填充在密封盒结构的内部，而上部为耐火浇注料，由于耐火浇注料的组成和形成过程为由液态转变为固态，因此不但密封效果好、耐高温，且具有一定的刚度和重量。

进一步的，顶板在两个端部的穿顶棚管外侧也开设有缝隙，保证边部的热应力的释放。

进一步的，顶板能够为平顶板、尖形顶板或弧形顶板，无论是哪种结构，缝隙结构都适用。

本发明还公开了一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构应用于在役锅炉的改造方法，因为该结构适用于现有的锅炉管穿顶棚密封结构，因此只需在现有的结构上进行改造即可，该改造方法简单，成本低，易于实现。

【附图说明】

图1为现有技术中受热面穿顶棚部位的弧形顶板密封结构示意图；

其中，(a)图为主视图；(b)图为a-a方向的截面图；

图2为现有技术中受热面穿顶棚部位的尖形顶板密封结构示意图；

其中，(a)图为主视图；(b)图为a-a方向的截面图；

图3为现有技术中受热面穿顶棚部位的平顶板密封结构示意图；

其中，(a)图为主视图；(b)图为a-a方向的截面图；

图4为现有技术中两种顶板与立板的连接形式图；

其中，(a)图为顶板搭接于立板纸上；(b)图为顶板夹于立板之间；

图5为本发明的顶板割缝改造结构的示意图；

图6为图5中a-a部分的剖面细节图；

图7为改造后的平顶板密封结构图；

图8为改造后的弧形顶板密封结构图；

其中：1-穿顶棚管；2-密封立板；3-贴板；4-柔性保温材料；5-耐火浇注料；6-顶棚；7-顶板；8-缝隙，9-密封盒结构；7-1-平顶板；7-2-尖形顶板；7-3-弧形顶板；7-4-孔洞。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，本发明公开了一种防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构及改造方法，该结构基于原有的无套管高冠密封结构形式。该结构包括穿顶棚管1、密封立板2、密封贴板3、柔性保温材料4、上层耐火浇注料5、顶棚6和顶板7、缝隙8和密封盒结构9。

参见图1、图2、图3和图5，所述顶棚6上固定设置有若干组平行的受热面管穿顶棚高冠密封结构，高冠密封结构由穿顶棚管1、顶棚6、密封立板2、密封侧板和密封顶板7组成。两块平行的密封立板2的两端分别通过一个侧板固定连接，因此密封立板2和侧板形成长方盒结构，每一个长方盒结构内沿其长度方向排列布置有一排穿顶棚管1，一排穿顶棚管1包括m个穿顶棚管1，相邻穿顶棚管1之间的距离相等，穿顶棚管1穿过顶棚6；每一个穿顶棚管1和两侧的密封立板2之间设置有间隙，密封立板2的上固定设置有顶板7；所述顶板7包括平顶板7-1、尖形顶板7-2和弧形顶板7-3三种形式；参见图3，对于平顶板7-1，平顶板7-1为板状结构，垂直于密封立板2，平顶板7-1的下表面和密封立板2的上端面固定连接，或者平顶板7-1在其和密封立板2接触的两个端部分别固定设置一个固定板，固定板垂直于平顶板7-1，两侧的固定板插入在密封立板2和穿顶棚管1之间，每一个固定板和与其接触的密封立板2固定连接；参见图2，对于尖形顶板7-2，尖形顶板7-2由两个呈一定角度的长条板组成，两个长条板的上端固定连接，下端分别固定设置在两个密封立板2上，使得尖形顶板7-2的截面呈三角状；参见图1，对于弧形顶板7-3，弧形顶板7-3为截面为弧形的长条状结构，弧形顶板7-3倒扣在密封立板2上，参见图4，弧形顶板7-3的两个底端分别固定设置在两个密封立板2上，或者是弧形顶板7-3的两个底端分别插入至密封立板2和穿顶棚管1之间，当弧形顶板7-3的底端插入至密封立板2和穿顶棚管1之间时，弧形顶板7-3的外侧壁和密封立板2固定连接；上述插入的结构，同样适用于尖形顶板7-2，当尖形顶板7-2中两个长条板的下端插入在外侧壁和密封立板2之间时，尖形顶板7-2的下端和密封立板2固定连接；参见图5，平顶板7-1、尖形顶板7-2和弧形顶板7-3的上部均沿其长度方向阵列开设有m个孔洞7-4，所有孔洞7-4的圆心在顶板7的长度方向的中心线上，所述孔洞7-4和穿顶棚管1匹配，一个穿顶棚管1穿过一个孔洞7-4，每一个孔洞7-4的内侧边和与其匹配的穿顶棚管1的外侧壁固定连接；上述m为≥1的自然数。

参见图5和图6，顶板7上，在相邻的穿顶棚管1之间、以及第1根穿顶棚管1和最后一根穿顶棚管1的外侧开设有缝隙8，因此缝隙8的开设数量为m+1个，所述缝隙8的长度方向垂直于顶板7的长度方向；缝隙8将顶板7分割成为一个个边部连接，但是中间有缝隙8的顶板，缝隙8的宽度为1～3mm，每一个缝隙8的长度小于等于两个密封立板2内侧之间的距离，保证顶板7的边部有足够的连接力，同时能够隔离开相邻的穿顶棚管1，使得穿顶棚管1与顶板7连接处产生的热应力能够通过缝隙8进行释放，进而减少或消除顶棚结构对穿顶棚管1的拘束和热应力，解决开裂问题。

参见图7和图8，在每一个长方盒结构中，密封立板2外侧壁和两个侧板的外侧壁上固定设置贴板3，贴板3首尾相接组成密封盒结构9，所述贴板3的下端固定设置在密封立板2或侧板的外侧壁上，上端超出顶板7的最高处；为保证密封效果，密封盒结构9的下部填充有柔性保温材料4，柔性保温材料4上填充有耐火浇注料5；无论是柔性保温材料4，还是耐火浇注料5，均用于填充密封盒结构9，即将顶板7的上部密封，所述柔性保温材料4能够为硅酸铝或岩棉等材质，其材料特点为柔然、填充性好且耐高温，填充在密封盒结构9的内部，而上部为耐火浇注料5，由于其组成和形成过程为由液态转变为固态，因此不但密封效果好、耐高温，且具有一定的刚度和重量；该密封结构适用于三种顶板结构。

上述结构应用于在役锅炉的改造方法包括以下步骤：

(1)采用火焰切割或机械切割方法，在顶板7上的所有穿顶棚管1之间、以及第1根穿顶棚管1和最后一根穿顶棚管1的外侧进行割缝处理，形成缝隙8，所述缝隙8的宽度约1～3mm，缝隙8的长度小于等于两个密封立板2内侧壁之间的距离，割缝的结构如附图5所示；

(2)在密封立板2,和侧板外侧壁上固定贴焊贴板3，所述贴板3的上端高于顶板7的上端，四个贴板3首尾相连，组成密封盒结构9，在密封盒结构9内的下部铺塞柔性保温材料4，在密封盒结构9内的上部铺浇耐火密封浇注料5，改造后的密封结构如附图7和图8所示。

至此，防治锅炉管穿顶棚密封处开裂的结构改造完成。

通过该结构的应用，可以彻底解决因高冠密封结构不同部位较大的温差和炉内受热面管屏较大的热变形导致的受热面管子穿顶棚密封部位开裂泄漏问题。该结构已在2台锅炉上进行了工程实施，圆满解决了该炉型高温过热器穿顶棚密封部位的频繁开裂问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。