一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法技术

本发明专利技术公开了一种光热电站不锈钢薄壁热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，包括如下具体过程：1)通过开裂样品的实验室失效分析、温差及应力计算和综合分析得出光热电站不锈钢热熔盐管道的热疲劳开裂性质和原因；2)对热熔盐管道的支架进行改造，包括两个导向框架、两个H型结构钢梁及四个护板，同侧布置两个留有10mm

【技术实现步骤摘要】
一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法


[0001]本专利技术属于新能源热力管道安全防护
，具体涉及一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法。

技术介绍

[0002]随着太阳能光热发电技术的发展，近年熔盐塔式光热电站逐渐成为新兴的发电方式，其热熔盐管道为采用TP347H不锈钢的薄壁管道，管道内工质为热熔盐，工质压力在0.04bar-40.73bar之间，电站根据天气情况每天至少启停1次，即热熔盐管道壁温每天变化一周次以上，在每天内管道工质温度中午最高，晚上最低，管道壁温升降速率较快。
[0003]由于不锈钢材料的线膨胀系数较铁素体钢偏大，使得热熔盐管道在运行中频繁发生因限位支架与管道间的轴向胀差在角焊缝根部引起的热疲劳开裂失效，这些热熔盐管道上的限位支架均使用一块曲面方形护板四条边均与管道外壁焊接。
[0004]目前对不锈钢热熔盐管道的治理，仅仅是发现开裂泄漏的管段进行更换，不是一个有效的解决方案，未能从管道开裂性质和开裂原因上提出有效的解决方案，且需要消耗大量的人力和物力，存在巨大的安全隐患，不利于光热电站的长期安全运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供了一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，用于消除管道薄弱部位的开裂失效，避免了光热电站在运行中发生熔盐泄漏，提高了光热电站的安全性。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现：
[0007]一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，包括如下步骤：
[0008]1)通过对开裂样品的实验室失效分析，试验得出管道母材及与支架间角焊缝的材质状态、开裂位置、裂纹走向、开裂机理及与限位支架的位置关系，计算得出管道与支架护板间轴向胀差与温差及热胀应力的定量关系，综合分析得出光热电站不锈钢热熔盐管道的热疲劳开裂性质和原因；
[0009]2)对热熔盐管道的支架进行改造，包括：两个导向框架、两个H型结构钢梁及四个护板；
[0010]其中，热熔盐管道的每一侧均包括一个导向框架、一个H型结构钢梁及两个护板，对称布置于热熔盐管道的两侧；同侧的两个护板间留有轴向间隙，其余6条边与热熔盐管道焊接；导向框架一端与对应的两个护板焊接，H型结构钢梁卡在导向框架一端凹槽内，导向框架的端部与H型结构钢梁之间留有径向间隙。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，管道开裂位置为管道与支架护板间横向角焊缝的根部。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，管道的开裂性质为热疲劳开裂。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，根据Δl＝ΔT
·
λ公式，计算出管道与支架护板间的轴
向胀差Δl，式中，ΔT—管道与支架护板间的壁温差，℃；λ—管道及支架护板的线膨胀系数，1/℃。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，根据σ
ΔT
＝(Δl/l)E公式，计算出管道与支架护板间的热胀应力σ
ΔT
，式中，ΔT—管道与支架护板间的轴向胀差，℃；l—护板的轴向长度，mm，E—弹性模量，MPa。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，两个导向框架和四个护板均采用与管道相同的不锈钢材质。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，同侧布置的两个护板之间的轴向间隙在10mm-20mm之间。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，两个护板之间的轴向间隙的边不与管道焊接。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，同侧布置的导向框架与H型结构钢梁间留有的径向间隙在5mm-10mm之间。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，导向框架与H型结构钢梁间留有的径向间隙之间不焊接。
[0020]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0021]本专利技术通过开裂样品的实验室失效分析、温差及热胀应力计算和综合分析，掌握了光热电站不锈钢热熔盐管道的开裂位置、性质、原因、护板间轴向胀差与温差及热胀应力的定量关系，为解决不锈钢热熔盐管道热疲劳开裂提供了参考数据。
[0022]本专利技术对限位支架进行结构改造，通过同一侧两个支架护板间的适量轴向间隙以吸收护板与管道间的轴向胀差，通过导向框架与H型结构钢梁间的适量径向间隙以吸收管道的径向胀粗，用于降低不锈钢热熔盐管道的轴向胀差，消除管道薄弱部位的开裂失效，避免了光热电站在运行中发生熔盐泄漏，提高了光热电站的安全性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中改造后的光热电站不锈钢热熔盐管道开裂部位的限位支架结构示意图；
[0024]图2为本专利技术提供的技术方案的流程示意图。
[0025]附图标记说明：1为热熔盐管道、2为导向框架、3为护板、4为H型结构钢梁。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：
[0027]如图2所示，本专利技术提供的一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，具体包括如下步骤：
[0028]1)通过对开裂样品的实验室失效分析，试验得出管道母材及与支架间角焊缝的材质状态、开裂位置、裂纹走向、开裂机理及与限位支架的位置关系，从实时生产数据库中获得热熔盐管道参数，包括材质、规格、管线图、工质压力、工质温度变化曲线、工质流量、负荷等，根据材料力学计算得出管道与支架护板间轴向胀差与温差及热胀应力的定量关系，综合分析得出光热电站不锈钢热熔盐管道的热疲劳开裂性质和原因。
[0029]根据Δl＝ΔT
·
λ公式，计算得出管道与支架护板间的轴向胀差Δl，式中，ΔT—
管道与支架护板间的壁温差，℃；λ—管道及支架护板的线膨胀系数，1/℃。
[0030]根据σ
ΔT
＝(Δl/l)E公式，计算得出管道与支架护板间的热胀应力σ
ΔT
，式中，ΔT—管道与支架护板间的轴向胀差，℃；l—护板的轴向长度，mm，E—弹性模量，MPa。
[0031]2)对热熔盐管道的支架进行改造，包括：两个导向框架2、两个H型结构钢梁4及四个护板3；
[0032]其中，同侧的两个护板3间留有轴向间隙，其余6条边与热熔盐管道1焊接；导向框架2一端与对应的两个护板3焊接，H型结构钢梁4卡在导向框架2一端凹槽内，导向框架2的端部与H型结构钢梁4之间留有径向间隙。
[0033]如图1所示，同侧布置的两个护板3之间的轴向间隙在10mm-20mm之间；同时，两个护板3之间的轴向间隙的边不与管道焊接。
[0034]所述两个护板之间的轴向间隙可以吸收管道与护板间的温差引起的轴向胀差，大幅降低了管道与护板间角焊缝部位的交变的热应力；
[0035]如图1所示，同侧布置的导向框架与H型结构钢梁4间留有的径向间隙在5mm-10mm之间，同时，导向框架与H型结构钢梁4间留有的径向间隙之间不焊接。
[0036]所述导向框架与H型结构钢梁4间的径向间隙可以吸收管道的径向胀粗，避免管道没有径向膨胀空间。
[0037]以上所述仅是本专利技术的优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过对开裂样品的实验室失效分析，试验得出管道母材及与支架间角焊缝的材质状态、开裂位置、裂纹走向、开裂机理及与限位支架的位置关系，计算得出管道与支架护板间轴向胀差与温差及热胀应力的定量关系，综合分析得出光热电站不锈钢热熔盐管道的热疲劳开裂性质和原因；2)对热熔盐管道的支架进行改造，包括：两个导向框架(2)、两个H型结构钢梁(4)及四个护板(3)；其中，热熔盐管道(1)的每一侧均包括一个导向框架(2)、一个H型结构钢梁(4)及两个护板(3)，对称布置于热熔盐管道(1)的两侧；同侧的两个护板(3)间留有轴向间隙，其余6条边与热熔盐管道(1)焊接；导向框架(2)一端与对应的两个护板(3)焊接，H型结构钢梁(4)卡在导向框架(2)一端凹槽内，导向框架(2)的端部与H型结构钢梁(4)之间留有径向间隙。2.根据权利要求1所述的一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，其特征在于，管道开裂位置为管道与支架护板间横向角焊缝的根部。3.根据权利要求1所述的一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，其特征在于，管道的开裂性质为热疲劳开裂。4.根据权利要求1所述的一种光热电站不锈钢热熔盐管道抗热疲劳开裂的方法，其特征在于，根据Δl＝ΔT
·
λ公式，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：史志刚，崔雄华，康豫军，张宝柱，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：