立式余热锅炉设计规范选用的探讨

探讨园地 立式余热锅炉设计规范选用的探讨 3 7 文章编号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 - 0 0 3 7 - 0 3 立式余热锅炉设计规范选用的探讨 黄 更山 ( 昆山爱华机 电工程设计院有限公司， 江苏 苏州 2 1 5 3 1 2 ) Di s c us s i o n o n t h e S e l e c t i o n o f Co d e f o r De s i g ni n g o f Ve r t i c a l He a t Re c o v e r y Bo i l e r HUANG Ge n g s h a n ( E t t e p l a n V a t a p l e T e c h n o l o g y C e n t r e L t d ，S u z h o u 2 1 5 3 1 2 ， J i a n g s u ， C h i n a ) 摘要： 通过实际案例， 阐述立式余热锅炉相关知识 ， 并就其设计规范选用的一些问题进 行 了探讨 。 关键词 ： 立式余 热锅 炉 ； 烟道式余热锅炉 ； 管壳式余热锅炉 ； 设计规范 中图分类号 ： T - 6 5 2 1 ； T K 2 2 9 9 2 9 文献标识码 ： B 0前 言 随着 国民经济 的迅速发展 ， 一方面对能源的需 求 日益增长， 另一方面冶金 、 电力 、 造纸、 化工等高能 耗生产行业排放 的尾( 废 ) 气剧增 ， 使生态环境遭到 破坏， 严重影响到人们的健康和生存环境。随着节 能减排力度不断加强 ， 余热资源 的回收利用越来越 受到有关方 面的重视 。因为这些余 热资源被有 效利用后， 不仅可以大大降低尾( 废) 气排放温度， 而且还能节约大量 的能源而有效降低生产成本 ， 进 而更加符合环保和经济的要求 J 。 余热锅炉是一种广泛应用于石油 、 化工 、 冶金 、 建材 、 轻工 、 机械 等 行 业 的余 热 回收 利用 承 压设 备 l 3 j 。按结构型式可 分为烟道式 、 管壳 式 、 烟道 与 管壳组合式 ， 按类 型可分为立式和卧式。其 中烟道 式余热锅炉的结构类似于水管式或锅壳式锅炉 ， 其设计制造按锅 炉的有关规程 、 标准进行 ， 受 T S G G 0 0 0 1 -2 0 1 2 ( 锅炉安全技术监察 规程( 以下 简称 锅规 ) 监管 ； 管壳式余热锅炉结构上与压力容 器类似 ， 划属 于压 力容器范 畴 J ， 其设 计计算 一般 均按压力容器规范进行 ， 受 T S G R 0 0 0 4 -2 0 0 9 ( 固定 式压力容器安全 技术监察 规程( 以下简称 固容 规) 监管 。 对于卧式余热锅炉 已有相关设计规范和不少论 文进行介绍， 但是 目前还没有相应立式余热锅炉的 设计标准及规范。图 1所示是一 台国外设计的用于 收稿 日期 ： 2 0 1 5 -02 - 0 9 作者 简 介： 黄 更 山 ( 1 9 8 2一) ， 男， 本科， 学士 ， 中级机 械工 程 师， 从事压力容器设 计审核相关工作 。 余热回收系统的立式余热锅炉初步设计图： 管程以 微正压从底端通入高温( 5 0 0) 的烟气 ， 流经壳程 后 ， 由顶端流 出； 而壳程设计压力为 2 5 MP a ， 设计 温度为 2 1 0 ， 介质为水 蒸 汽。以下通 过这一案 例 ， 来探讨分析立式余热锅炉的建造规范选用问题 。 1 适用规程及设计 规范探讨 从图 1所示结构 可知 ， 该设备是一 台带挠性 薄 管板 的立式余热锅炉， 再结合 烟道式余热锅炉和管 壳式余热锅炉 的界定可知 ， 该设备既属于烟道式余 热锅炉( 受 锅规 监管) ， 又属于管壳式余热锅炉 ( 受 固容规 监管 ) ， 同时可受 锅规 和 固容规 两个规程的监管， 采取任何一种监管规程也是正确 的。但是国质检特 函 2 0 0 7 4 0 2号 关于进一步完 善锅炉压力容器、 压力管道安全监察工作的通知 中作 了明确规定 ： “ 对 于非直接受火 的、 以利用余 热 产生热能( 蒸汽 、 热水等 ) 的余 ( 废 ) 热锅炉 ， 制造单 位 ( 或设计单位) 可根据具体产品特点 ， 依据压力容 器或锅炉的相关 安全技术规范 和标准进行设计 ： 管 壳式余热锅炉按相关压力容器安全技术规范和标准 的要求进行设计和制造 ， 难 以按压力容器进行设计 的管壳式余热锅炉可参考相关锅炉安全技术规范和 标准的要求进行设计 ； 烟道式余热锅炉按相关锅炉 安全技术规 范和标准 的要求进行设计 和制造” J ， 依该函要求 ， 按锅炉相关安全技术规范 和标准来建 造更具确定性。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 5年第 3期 ( 总第 1 5 1 期 ) 图 l 立 式 余 热 锅 炉 结 构 简 图 另外 ， 即使将管壳式余热锅炉 当作压力容器来 2 1 结构设计方面 设计， 依 固容规 来监管 ， 目前仅有S H T 3 1 5 8 一 ( 1 ) 锅炉本体： 由 锅规 和相关锅炉设计规范 2 0 0 9 ( 石油化工管壳式余热锅炉 这一设计标准， 然 的要求， 最低 安全水位应 当高 于最高火 界 1 0 0 而该标准的适用范围又明确仅适用于卧置挠性薄管 mmL 6 如 。火界是针对安全上 的要求而确定的 ， 其含 板管壳式余热锅炉 ； 而 G B 1 5 1 -1 9 9 9 ( 管壳式换 义是受热面露出锅筒水位之外而无水冷却时， 其壁 热器 根本又没有涉及到关于挠性薄管板结构的设 温超过该受热面钢材最高允许使用温度的部位称为 计 ； 加之在 G B 1 5 0 3 _2 0 l 1 压力容器 第 3部分 ： 设 火界 ， 其最高部位为最高火界。因此 ， 确定火界的范 计 中仅提到受拉撑板厚的计算， 而其所列示意图 围不但与烟气温度有关， 而且也与钢材耐高温性能 又仅介绍了一般的拉撑结构 ， 未涉及类似薄管板拉 有关。最低安全水位的位置 ， 不但关系到锅炉安 全 撑这类重要关键 的结构 ； 再 者在 J B T 4 7 3 2 -1 9 9 5 运行 ， 而且也影响蒸汽品质以及锅炉能否在设计参 ( 2 0 0 5年确认) 钢制压力容器一分析设计标准 中 数下运行。因此， 最高火界的位置要定得恰 当 、合 也未罗列出上述结构图中所采用 的薄管板与壳体全 理 ，才能保证锅炉安全、 经济运行 。故需对上述 熔透 T型角接接头结构。 锅炉本体结构进行修改 ，如图 2所示结构 ， 采取上端 况且 ， 该设备 由于管程烟气温度较高 ， 经洽询多 管板下沉结构 ，以保证最低安全水位高于最高火界 家热交换器建造单位， 也表示未建造过上述所示类 1 0 0 m m 。 似结构 的高温烟气余热锅炉。 ( 2 ) 管板 ： 可参考 S H T 3 1 5 8 _2 0 0 9 石油化工 所以， 综合所述， 笔者认为按相关锅炉安全技术 管壳式余热锅炉 采取挠性薄管板结构 ，其主要特 规范和标准的要求进行设计和制造更具安全性及合 点有 ： 理性。 它除了承受 内压之外 ，还能补偿 和平衡换 热 2 转化为国标设计的建议 管同壳体之间的温差应力； 在确定按锅炉进行设计后 ， 笔者认为该设备须 做 以下几方面的改善或修改。 管板本 身的温度差极小 ， 减少了管板在工作 中的内应力 ， 并在一定程度上提高了热效率 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 探讨园地 立式余热锅炉设计规范选用的探讨 3 9 减轻 了余热锅炉 的重量 ， 改善了管板 同壳体 的焊缝焊接型式及受力 ( 由原角接焊缝修改为对接 焊缝 ) 且同时满足 G B T 2 8 0 5 6 -2 0 1 1 烟道式余 热 锅炉通用技术条件 及 G B T 1 6 5 0 8 -2 0 1 3 锅壳锅 炉 对锅炉主要受压元件 的主焊缝应 当采用全焊透 的对接头的要求。 ( 3 ) 其它结构 ： 参考 S H T 3 1 5 8及 G B T 1 6 5 0 8 ， 如管箱筒体与壳程筒体 中间采用环形锻件对接全焊 透连接 ( 详见 S H T 3 1 5 8 -2 0 0 9图9 b ) 所示结构 ) 、 开孔补强宜选用厚壁管或整体锻件 补强、 高温侧 管 板及管头采用热防护结构 、 管板增设拉撑等 加 。 改善后 的最终结构如图 2所示 。 图 2 改善后 的立式余热锅 炉结 构简图 2 2 设计计算方面 管板 、 换热管 、 换热管与管板连接焊缝 、 管箱壳 与锅炉壳程 筒体 相 连 的环 形件 应 同时满 足 S H T 3 1 5 8及 G B T 1 6 5 0 8的规定并进行计算 ， 其 中管板 、 换热管 、 换热管与管板连接焊缝在不 同温度下材料 的许用应力应乘以基本许用应力修正系数。其它按 G B T 2 8 0 5 6、 G B T 1 6 5 0 8及 G B 1 5 0的相关要求进 行设计计算 ， m J 。 由于余 热锅炉管理的问题 ， 历史上界限一直不 是很明确 ， 而且经洽询多家特检院， 对如上所述这类 余热锅炉监管的意见、 要求也不统一， 有要求按锅炉 设计的， 有要求按压力容器来设计的 ， 还有提议采取 必须同时满足锅炉和压力容器相关规范要求来设计 的， 出于上述情况 ， 笔者认为 ， 可采用锅炉设计 ， 但补 充做应力分析。 2 3 选材 、 制造、 检验及验收等方面 选材 、 制造 、 检验及验收等方面应符合锅炉规程 及锅炉专业标准和 S H T 3 1 5 8的规定 ， 如管板与筒 体连接焊缝应按 N B T 4 7 0 1 3 ( 原 J B T 4 7 3 0 ) 的有关 要求 进 行 超 声 检 测 、 管 板 应 进 行 超 声 检 测 复 验 等 。 3结论 无论是锅炉还是压力容器均属于特种设备 ， 对 其监管都是非常严格 ， 对于上述案例所述设备 ， 作为 设计人员 ， 必须加以分析判断， 在满足监管机构要求 的前提下 ， 以谨慎的态 度选用更合适 的设计规 范来 确保其符合安全性和合理性的要求。醴 参考文献 1 杨彩萍一种立式余热锅炉的设计 J 工业锅炉， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 4 2 4 4 2 朱才林 ， 樊节斌管壳式余热锅炉适用标准的探讨 J 中国特种设备安全， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 2 ) ： 3 0 3 2 3 劳人锅局【 1 9 8 3 】 8 l 号文 关于废热锅炉安全监察和管 理 问题 的通 知 4 G B T 2 9 0 0 4 8 _2 o 0 8 电工名词术语 锅炉 S 5 G B T 2 8 0 5 6 -2 0 1 1 烟道式余 热锅炉通用技术 条件 S 6 T S G G 0 0 0 1 -2 0 1 2 锅炉安全技术监察规程 S 7 T S