超臨界鍋爐爆管原因分析及處理

超臨界鍋爐爆管原因分析及處理

1鍋爐“四管”漏泄事故統(tǒng)計(jì)分析國(guó)家能源康平發(fā)電有限公司2臺(tái)600噸鍋爐是由英國(guó)自行研制和制造的一套中型二次熱梨花及變形能耗裝置。內(nèi)部環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)由固定夾芯裝置組成，形狀排渣，單爐支撐通風(fēng)，型配置，雙車(chē)道、全鋼框架懸臂結(jié)構(gòu)和封閉式配置的極端直接鍋爐，hg-1900/25.4ym3。鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷(B-MCR)工況為設(shè)計(jì)參數(shù),最大連續(xù)蒸發(fā)量1900t/h,過(guò)熱器蒸汽出口溫度為571℃,再熱器蒸汽出口溫度為569℃。該型號(hào)鍋爐采用引進(jìn)國(guó)外設(shè)計(jì)技術(shù),在設(shè)計(jì)和制造方面留下了一些先天缺陷;同時(shí)由于初期火電公司對(duì)安裝高參數(shù)火電機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)不足,很多新材料和設(shè)備的安裝工藝沒(méi)有很好地吸收消化,對(duì)系統(tǒng)處理的新工藝、新要求沒(méi)有認(rèn)真研究,施工中不可避免的出現(xiàn)偏離設(shè)計(jì)的安裝,給后來(lái)的運(yùn)行帶來(lái)了很多缺陷和隱患,機(jī)組投產(chǎn)后,鍋爐“四管”漏泄事故頻發(fā)。表1、表2為該公司2臺(tái)鍋爐投產(chǎn)后“四管”漏泄部位統(tǒng)計(jì)表:可見(jiàn)同型號(hào)的2臺(tái)鍋爐,1號(hào)鍋爐漏泄事故較多,其中過(guò)熱器漏泄占比最大,其次是水冷壁管漏泄,說(shuō)明1號(hào)鍋爐在安裝過(guò)程中存在諸多問(wèn)題。本文主要對(duì)該廠(chǎng)鍋爐“四管”漏泄典型案例及漏泄原因進(jìn)行分析,并探討解決對(duì)策。2鍋爐“四管”泄漏特性及爆管產(chǎn)品2.1冷壁系統(tǒng)的泄漏2.1.1工字鋼與頂格密封片磨損嚴(yán)重該廠(chǎng)某次因水冷壁漏泄導(dǎo)致1號(hào)機(jī)組停止運(yùn)行,鍋爐檢修人員進(jìn)入內(nèi)部,檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐右墻垂直水冷壁第1根管在頂棚標(biāo)高處有一漏泄點(diǎn)(漏點(diǎn)指向爐內(nèi)),由于長(zhǎng)時(shí)間沖刷,漏泄點(diǎn)成扇面狀,長(zhǎng)20mm,寬15mm,檢修人員對(duì)頂棚包覆框架進(jìn)行切割,并對(duì)漏泄管附近的鰭片進(jìn)行切割后,檢查發(fā)現(xiàn),垂直水冷壁在右側(cè)墻(從前向后數(shù))第1根、第2根,存在漏泄點(diǎn)。見(jiàn)圖1。檢修人員將漏泄點(diǎn)附近的管子鰭片、頂棚管包覆框架支撐工字鋼及護(hù)板等割除,仔細(xì)進(jìn)行觀(guān)察,發(fā)現(xiàn)右側(cè)垂直水冷壁(外側(cè))有磨損情況,垂直水冷壁右墻第1根管磨損15mm2,磨損深度1mm,第2根管磨損0.8mm2,最大磨損深度0.7mm,如圖1所示。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)頂棚管包覆框架底面工字鋼(右側(cè)第1根)與水冷壁管距離只有20mm左右,且工字鋼頭部出現(xiàn)十分明顯的磨損痕跡,磨損面光滑,呈現(xiàn)弧形,且高度和水冷壁管磨損處標(biāo)高一致。漏泄原因分析:當(dāng)鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中,由于受熱面管材的受熱膨脹,水冷壁管要向兩側(cè)進(jìn)行膨脹,而工字鋼由于與水冷壁管距離近,在鍋爐啟動(dòng)后,達(dá)不到水冷壁所要膨脹的最低距離,導(dǎo)致水冷壁管與工字鋼發(fā)生摩擦,由于工字鋼阻礙了水冷壁的膨脹,且第1、第2根水冷壁管里側(cè)與頂棚管密封鰭片焊接(即漏泄點(diǎn)與鰭片焊接處),使此處的應(yīng)力最大,當(dāng)鍋爐多次進(jìn)行啟、停后,致使該處管子發(fā)生疲勞,產(chǎn)生疲勞裂紋,從而發(fā)生漏泄。水冷壁管在與頂棚密封片焊接處處于應(yīng)力最大處,導(dǎo)致此處最先漏泄。對(duì)策研究:水冷壁管發(fā)生漏泄后,通過(guò)查找圖紙,發(fā)現(xiàn)在鍋爐安裝過(guò)程中,施工方?jīng)]有按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行施工(圖2),圖紙要求下部頂棚包覆框架的工字鋼與水冷壁梳型密封片之間需要焊接,施工中正是此項(xiàng)漏焊,導(dǎo)致了鍋爐發(fā)生一次非停事故。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,檢修人員按施工圖紙要求將頂棚包覆框架下部的工字鋼與水冷壁梳型密封片之間焊接,在之后的運(yùn)行過(guò)程中,再?zèng)]有發(fā)生上述事故。2.1.2鍋爐出口集箱+壁壁干物質(zhì)含量該廠(chǎng)某次1號(hào)機(jī)組因爐前墻水冷壁出口集箱小管根部焊趾部位產(chǎn)生裂紋,發(fā)生漏泄導(dǎo)致停爐。在隨后的每次鍋爐停爐檢修過(guò)程中,檢修都對(duì)鍋爐出口集箱及爐后拉稀管入口集箱小管根部焊縫進(jìn)行檢查,又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多起焊縫焊趾部位裂紋漏泄。通過(guò)仔細(xì)觀(guān)察,發(fā)現(xiàn)裂紋90%以上產(chǎn)生在焊縫側(cè)面(正對(duì)集箱為正面)。漏泄原因分析:水冷壁出口集箱長(zhǎng)度為22187mm,水冷壁出口集箱太長(zhǎng),在受熱膨脹過(guò)程中存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。水冷壁集箱中心與頂棚受熱面管之間的高度為1050mm,且頂棚上部水冷壁管與管之間有鰭片焊接,在鍋爐熱膨脹過(guò)程中,進(jìn)一步阻礙了應(yīng)力的釋放。此部位的裂紋產(chǎn)生在每次鍋爐啟、停過(guò)程中,鍋爐熱負(fù)荷的變化較大,也是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力產(chǎn)生低周疲勞失效的一個(gè)原因,見(jiàn)圖3。對(duì)策研究:a.將鍋爐出口集箱部位水冷壁鰭片從中間進(jìn)行切割,切割長(zhǎng)度為200mm,防止在集箱熱膨脹過(guò)程中阻礙膨脹。b.對(duì)所有的集箱小管角焊縫進(jìn)行打磨、著色檢查,發(fā)現(xiàn)存在裂紋的進(jìn)行挖補(bǔ)、焊接處理。c.每次停爐后,都要進(jìn)入內(nèi)部逐根進(jìn)行檢查。d.在鍋爐啟、停過(guò)程中,控制負(fù)荷增、減速度,防止負(fù)荷急劇變化。2.2過(guò)度加熱設(shè)備的泄漏2.2.1機(jī)組運(yùn)行檢查結(jié)果該廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組在鍋爐投產(chǎn)以后,屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器多次發(fā)生爆管漏泄事件,原因一直無(wú)法查清,2013年4月在1號(hào)機(jī)組B修啟動(dòng)后,鍋爐末級(jí)過(guò)熱器再次發(fā)生爆管事件,在檢查過(guò)程中,擴(kuò)大了過(guò)熱器的檢查范圍,對(duì)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器入口匯集集箱也進(jìn)行了檢查,檢查中發(fā)現(xiàn),屏式過(guò)熱器入口匯集集箱封頭處有多塊河卵石,末級(jí)過(guò)熱器入口集箱內(nèi)也發(fā)現(xiàn)小顆粒物。通過(guò)將河卵石取出,機(jī)組再次啟動(dòng)后,1號(hào)爐沒(méi)有發(fā)生過(guò)熱器爆管事件(見(jiàn)圖4)。原因分析:1號(hào)鍋爐屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器在機(jī)組投產(chǎn)后,多次發(fā)生爆管事故的主要原因是在鍋爐基建期間,由于施工隊(duì)伍清潔施工水平較差,監(jiān)理方監(jiān)管不到位,致使集箱中存有大量異物,在機(jī)組啟動(dòng)后,這些異物沿蒸汽連接管進(jìn)入小集箱,堵塞集箱入口,造成被堵塞管子內(nèi)介質(zhì)流通不暢,管子冷卻不足,超溫爆管。2.2.2被吹灰器吹漏該廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)在水平低溫過(guò)熱器R26吹灰器附近有異音,通過(guò)就地辨聽(tīng),判斷此處過(guò)熱器管發(fā)生漏泄,鍋爐停止運(yùn)行冷卻后,檢修人員進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)漏泄管子處于第R26吹灰器附近,中部水平低溫過(guò)熱器,從爐右向爐左數(shù)第7排、下部第一層管,距離彎頭350mm處,被吹灰器吹漏。原因分析:事故發(fā)生后,檢修人員初步判斷是因?yàn)楣芘鸥浇牡赗26吹灰器長(zhǎng)期吹掃造成的,經(jīng)詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn),第R26吹灰器后限位固定螺栓的螺母松動(dòng),撥桿向右橫移,卡在吹灰器橫梁上,導(dǎo)致吹灰器沒(méi)有退到位,差1m左右,處在開(kāi)閥狀態(tài),運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)17.5h(吹灰器長(zhǎng)吹工作壓力1.75MPa,工作溫度560℃,在吹灰工作結(jié)束后,壓力降至1.2MPa),由于脫硫用蒸汽和蒸汽吹灰用汽取同一汽源,且沒(méi)有隔離措施,在鍋爐吹灰工作結(jié)束后,管道內(nèi)蒸汽壓力一直在1.2MPa,也就是說(shuō),第R26吹灰器一直對(duì)下部、中部水平低溫過(guò)熱器進(jìn)行吹掃,最終導(dǎo)致管子吹損、漏泄。對(duì)策研究:通過(guò)此次事件,該廠(chǎng)制定了嚴(yán)格的鍋爐吹灰檢查程序,在吹灰過(guò)程中及吹灰結(jié)束,運(yùn)行人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)吹灰器進(jìn)行詳細(xì)檢查,看是否退到位。利用機(jī)組大修的時(shí)機(jī),將脫硫用汽源與蒸汽吹灰用起源管道改造分離,保證各自獨(dú)立投用,互不干涉。2.2.3異種鋼焊縫的壓縮試驗(yàn)檢測(cè)該廠(chǎng)某次1號(hào)爐屏式過(guò)熱器靠頂棚部位異種鋼焊口在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)裂紋漏泄導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。管子漏泄處為T(mén)91/TP347H異種鋼焊縫T91側(cè)熔合線(xiàn)處,裂紋為環(huán)繞管子對(duì)接焊縫的環(huán)向裂紋,長(zhǎng)度約為焊縫總長(zhǎng)的3/4,最大開(kāi)口寬度1.2mm,裂紋附近管子無(wú)明顯塑性變形。針對(duì)此次事件,利用2號(hào)爐停爐,對(duì)高溫再熱器靠頂棚部位異種鋼焊口檢查中也發(fā)現(xiàn)有裂紋漏泄現(xiàn)象。如圖5所示。原因分析:a.T91/TP347H異種鋼焊縫的早期失效,是蠕變強(qiáng)度差別和高的應(yīng)力所引起的低強(qiáng)材料界面蠕變損傷加速造成的。異種材料加熱冷卻過(guò)程中,由于線(xiàn)膨脹系數(shù)不同引起的熱應(yīng)力以及焊接殘余應(yīng)力是影響焊縫應(yīng)力狀態(tài)的主要因素。b.鍋爐運(yùn)行中,異種鋼焊縫還會(huì)受到由于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的約束引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、管子振動(dòng)和擺動(dòng)等引起的彎曲應(yīng)力等,也會(huì)加速異種鋼焊縫的蠕變失效。同時(shí)由于異種鋼焊縫設(shè)置于靠近頂棚的爐膛內(nèi)部,管子的擺動(dòng)等產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和高溫?zé)煔獾挠绊懸彩且鹪缙谑У闹匾蛩亍?duì)策研究:a.進(jìn)一步對(duì)焊縫進(jìn)行分析試驗(yàn),將屏式過(guò)熱器出現(xiàn)裂紋漏泄的焊縫和附近更換下來(lái)的未發(fā)現(xiàn)裂紋的異種鋼焊縫的管子各取一段,對(duì)出現(xiàn)裂紋的原因進(jìn)行分析,同時(shí)對(duì)未發(fā)現(xiàn)裂紋的焊縫進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估。b.對(duì)現(xiàn)有的同類(lèi)異種鋼焊縫加強(qiáng)監(jiān)督檢驗(yàn),利用檢修機(jī)會(huì),對(duì)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器和高溫再熱器的T91/TP347H異種鋼焊縫進(jìn)行宏觀(guān)檢查、滲透探傷,及早對(duì)出現(xiàn)裂紋的焊縫進(jìn)行處理,避免運(yùn)行中漏泄停機(jī)。c.采用減小異種鋼失效傾向的焊接工藝規(guī)范,在進(jìn)行異種鋼焊接時(shí),選擇膨脹系數(shù)和低強(qiáng)母材相近的材料作為填充金屬,適當(dāng)?shù)剡x擇較大的坡口角和加大焊縫寬度,能有效的減小焊縫在升溫降溫時(shí)的峰值應(yīng)力。對(duì)于T91/TP347H鋼異種鋼焊縫,采用鎳基填充材料、焊后進(jìn)行相應(yīng)的高溫回火可以減小焊縫的早期失效傾向。d.進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造,利用鍋爐B級(jí)檢修的有利時(shí)機(jī),將T91/TP347H異種鋼焊縫移至頂棚上部,以延長(zhǎng)異種鋼焊縫的壽命。改造后,到目前為止沒(méi)有發(fā)生過(guò)異種鋼焊縫失效裂紋漏泄事件。e.嚴(yán)格控制過(guò)熱蒸汽溫度和壓力的升降速率,啟停和變負(fù)荷時(shí)注意過(guò)熱蒸汽溫度、壓力的升降速率,嚴(yán)格按啟停曲線(xiàn)進(jìn)行運(yùn)行操作。3加強(qiáng)煤粉鍋爐“四管”的前后前控制措施鍋爐“四管”漏泄一直是困擾火力發(fā)電廠(chǎng)的一個(gè)技術(shù)難題,在鍋爐非停事件中,鍋爐“四管”漏泄占非停事件的60%以上,防止鍋爐“四管”泄漏,要在鍋爐的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、檢修、改造等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施全過(guò)程的技術(shù)監(jiān)督和技術(shù)管