超超臨界鍋爐基建中典型問題分析

超超臨界鍋爐基建中典型問題分析目前我國正在大力發(fā)展超超臨界機組，這是優(yōu)化我國電源結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施之一，但是國內(nèi)生產(chǎn)單位的制造工藝水平存在一定不足，安裝水平也參差不齊，對新材料、新工藝研究不深，以致在超超臨界機組制造和安裝過程中問題頻出。筆者對某電廠1臺超超臨界機組基建過程中出現(xiàn)的問題進行了收集整理，希望對以后超超臨界機組的制造、安裝工作提供參考，以利于提高超超臨界機組制造和安裝質(zhì)量。一、聯(lián)箱存在的典型問題1.1焊接質(zhì)量問題超超臨界機組過熱器聯(lián)箱運行環(huán)境十分惡劣，且運行過程中聯(lián)箱的拘束度較大，特別是管座焊縫的應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，運行過程中容易造成在管座焊接缺陷部位開裂，造成聯(lián)箱的吹損，因此管座焊接缺陷對聯(lián)箱的使用壽命有較大的影響。該廠過熱器聯(lián)箱的制造過程中，就出現(xiàn)了較多的焊接缺陷，如高溫過熱器出口集箱管座焊縫存在咬邊、未焊滿、包墻過熱器聯(lián)箱管座部位鰭片焊縫開裂等。問題的產(chǎn)生可能有2方面的原因。首先是制造單位水平欠缺，在焊接高等級材料方面缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員及焊接經(jīng)驗;其次是管理方面的問題，在進行聯(lián)箱管座焊接前沒有進行相關(guān)培訓(xùn)，對焊接質(zhì)量監(jiān)督檢驗不得力。1.2聯(lián)箱及管道內(nèi)清潔度問題超超臨界機組與超臨界、亞臨界等機組相比水冷壁內(nèi)徑減小，節(jié)流孔的數(shù)量增加，節(jié)流孔的尺寸減小。該廠新建超超臨界機組節(jié)流孔共計2003個，其中水冷壁規(guī)格為Φ28.6mm×6.4mm，過熱器節(jié)流孔尺寸最小為9.1mm，造成堵塞爆管的幾率增大。該機組試運行過程中出現(xiàn)4次因異物堵塞造成的爆管，分別為分隔屏、后屏、末級過熱器和水冷壁(見圖1－4)。主要堵塞部位為節(jié)流孔較小、熱負(fù)荷較大的聯(lián)箱中部區(qū)域的節(jié)流孔;水冷壁爆管是由于彎頭部位堵塞造成的短期超溫過熱。對堵塞物進行統(tǒng)計、分析發(fā)現(xiàn)，其主要的成分為焊渣、氧化物和細(xì)鐵屑，約占堵塞物總重量的90%以上。超超臨界鍋爐清潔度是保證鍋爐安全運行的關(guān)鍵。特別是在安裝階段，工作人員對管材存放、焊接過程中對管道、聯(lián)箱內(nèi)清潔等重視不夠，導(dǎo)致焊渣等異物進入管子和聯(lián)箱內(nèi)部。國內(nèi)多家電廠的超超臨界機組在試運行期間就曾發(fā)生異物堵塞爆管，如華能玉環(huán)電廠、華能福州電廠等。二、管道的典型質(zhì)量問題及分析2.1管道焊接質(zhì)量問題為滿足超超臨界機組工況條件要求，機組主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道大量應(yīng)用P92，P122等高等級鋼，而這些材料的焊縫組織形態(tài)以及性能又直接影響機組的安全運行。該機組主蒸汽、高溫再熱蒸汽管道采用進口P92鋼材，主蒸汽管道共計31個制造焊口。在完成主蒸汽管道對接焊縫的焊接和熱處理工作后進行的無損檢測中發(fā)現(xiàn)，所有焊口中均存在裂紋或未融合等超標(biāo)缺陷。與T91/P91鋼相比，P92鋼的抗腐蝕性和抗氧化性相同，高溫強度和蠕變性能更好。而與TP347相比，有價格低廉、膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率高及抗疲勞性能強等優(yōu)勢。但是，P92鋼屬于高合金鋼，具有一定的冷裂傾向，若焊縫熔池溫度過高，則易造成焊接接頭過熱區(qū)晶粒粗大，引起脆化或產(chǎn)生裂紋;同時焊縫熔池金屬流動性較差，焊縫容易產(chǎn)生未融合等缺陷。因此嚴(yán)格控制焊接工藝及加強監(jiān)督是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。2.2固體顆粒侵蝕問題超超臨界機組選用的直流鍋爐相對于汽包爐，給水品質(zhì)要求更高。且高溫容易導(dǎo)致主蒸汽和再熱蒸汽管道內(nèi)表面剝離的微型固體顆粒隨著蒸汽進入汽輪機內(nèi)。固體顆粒以蒸汽的流速通過汽輪機的流通部分時，造成噴嘴和動葉片損傷。特別是汽輪機高壓第一級噴嘴和動葉片、中壓第一級噴嘴和動葉片的固體顆粒侵蝕比較嚴(yán)重。固體顆粒侵蝕不僅影響超超臨界汽輪機的級效率，而且影響超超臨界汽輪機的可靠性?；ㄟ^程中發(fā)現(xiàn)，四大管道在存放中出現(xiàn)管道未密封、管道內(nèi)部存有泥沙、管道內(nèi)壁氧化嚴(yán)重等問題。雜質(zhì)在運行過程中也會剝離而形成固體顆粒，隨蒸汽流動進入汽機，造成噴嘴和動葉片過早損傷，因此在安裝前應(yīng)加強管道的存放和保護管理，安裝過程中加強管道的清潔度檢查。三、受熱面的典型質(zhì)量問題及分析3.1原材料質(zhì)量問題材質(zhì)直接關(guān)系到鍋爐的安全運行，該廠試運行時分隔屏部位發(fā)生爆管。分析爆管原因:過熱器采用TP347H奧氏體不銹鋼，金相檢查發(fā)現(xiàn)其組織晶界不干凈，而且屈服強度不合格;現(xiàn)場對備用TP347H管進行渦流檢測，檢測的9根鋼管中有3根存在整根超標(biāo)缺陷，有1根存在3處超標(biāo)顯示，而且備用管上沒有廠家標(biāo)示和出廠編號等，造成電廠管理困難。此類問題的主要原因是在鍋爐制造階段材料的登記、使用混亂。超超臨界鍋爐由于使用材料的復(fù)雜性，應(yīng)在制造階段對過熱器、再熱器等重要受熱面管進行登記管理，保證每根鋼管的來源明確，質(zhì)量證書齊全，以便發(fā)現(xiàn)問題能及時追溯鋼管的來源和使用位置，對存在材質(zhì)缺陷的鋼管進行監(jiān)督或統(tǒng)一更換。3.2鰭片焊接質(zhì)量問題鰭片焊接中產(chǎn)生的主要缺陷如氣孔、砂眼、咬邊、未熔合等，會直接減少焊縫受力的橫截面積，缺陷周圍較易成為應(yīng)力集中部位和裂紋源頭，在運行時熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力、啟停爐造成的疲勞應(yīng)力等應(yīng)力狀況下，容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致爆管。在該廠現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)，由于制造單位混雜，制造工藝欠缺，因此制造質(zhì)量難以保證，致使水冷壁鰭片焊縫外觀成形差，而且存在大面積的咬邊、氣孔等缺陷。3.3過熱器焊縫熱處理問題該廠超超臨界鍋爐過熱器節(jié)流孔設(shè)計在聯(lián)箱外部接管處，靠近頂棚管的位置，而節(jié)流孔所用的材質(zhì)為T91，T92等高等級材料，特別是高溫過熱器，由于管屏間距小，焊接和熱處理困難等原因容易造成焊縫不合格。對節(jié)流孔處對接焊縫硬度檢測發(fā)現(xiàn)，部分高溫過熱器T92管子母材硬度大于焊縫硬度約20HB。檢查熱處理記錄發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)要求T92焊縫熱處理溫度765±5℃，而實測焊縫熱處理恒溫溫度為770～790℃，且檢查其測溫裝置，發(fā)現(xiàn)測量溫度與實際溫度負(fù)偏差約為10℃。T92鋼典型Ac1溫度為800～815℃，而現(xiàn)場實測溫度在Ac1線之上，造成熱處理溫度過高，導(dǎo)致焊縫硬度不合格，運行中容易產(chǎn)生裂紋。3.4過熱器管子管屏變形出列問題過熱器管屏安裝過程中容易出現(xiàn)間、節(jié)距不均、管子出列等問題，運行過程中屏間容易形成煙氣走廊，致使管子磨損加劇;近年來，過熱器管排間距不均等問題已經(jīng)受到電廠方面的高度重視，但是在施工過程中管排變形等問題仍然時有發(fā)生。如在該廠現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)，過熱器管子在運輸過程中，管材中間部位未作變形保護;安裝單位在材料堆放過程中對管材的平整度也未重視，安裝過程中有強力對口等現(xiàn)象，造成高溫過熱器管排嚴(yán)重彎曲變形、出列和管排擠碰，這對以后鍋爐安全運行會產(chǎn)生不好的影響。四、機爐外管道質(zhì)量問題近年來，各電廠因機、爐外小徑管管座角焊縫存在未焊透、未熔合