超超临界锅炉试运期间爆管原因分析及对策.pdf

第 3 0卷 第 2期 2 0 0 8年 2月 华 它我 术 Hu a d i a n Te c hn o l o g y V0 1 3 0 NO 2 F e b 2 0 08 超超临界锅炉试运期 间爆管原 因分析及对策 An a l y s i s o f a n d c o u n t e r me a s u r e s a g a i n s t t u b e e x p l o s i o n s o f u l t r a s u p e r c r i t i c a l b o i l e r d u r i n g c o mmi s s i o n i n g 邵 天佑 S HAO Ti a n y o u ( 华能玉环电厂 ， 浙江 玉环3 1 7 6 0 4 ) ( Hu a n e n g Y u h u a n P o w e r P l a n t ， Y u h u a n 3 1 7 6 0 4 ， C h i n a ) 摘要： 由于华能玉环电厂首台百万千瓦超超临界机组锅 炉部件 内部清洁度不佳等原因， 在受热面管子内部 易造成堵塞， 在杌组试运期间会引起受热面短时超温而爆管。通过对 1 机组调试阶段几次受热面爆管原因分 析， 采取 了在管子内部加装节流孔圈( 板) 的措施， 以达到平衡汽水特性、 工质流速之 目的； 采取了联箱、 管子内 部清洁度检查的措施， 明显减少了因节流孔圈( 板) 堵塞造成的锅炉爆管的现象， 提高了机组安全可靠性。 关键词： 超超 临界锅炉； 节流孔圈； 爆管分析； 清洁度 中图分类号： T K 2 2 3 3 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 8 ) 0 2 0 0 5 00 4 Ab s t r ac t ： The b o i l e r pa r t s i n t e r i o r i n t h e fis t 1 00 0 MW ul t r as u pe r c r i t i c a l un i t s a r e no t c l e a n e n o ug h a n d f o r o t he r r e a s o ns ，wh i c h i t i s ea s y t o b l o c k t he t u be s，a nd t h e t ub e s a r e e x p l o d e d d ur i n g c o mmi s s i o ni n gAf t e r a na l y z e d t he c a u s e s o f No 1 u ni t s e v e r a l t ub e s e x p l o d e d，t he me t h o d t ha t i n s t a l l i ng t he o r i fic e r i ng i n t h e p i p e i n t e r i o r S O a s t o g e t t h e b a l a n c e o f w a t e r a n d s u b s t a n c e s p e e d w a s i mp l e me n t e d F u h e r n l o r e，b y a d o p t i n g c h e c k i n g t h e c l e a n n e s s o f h e a de r a n d p i pe i n t e r i o r，whi c h d e c r e a s e d t he t u be e x p l o s i o n p he n o me n o n，a nd e nh a nc e d t he u ni t s e c u r i t y Ke y wo r d s ： u l t r a s u p e r c r i t i e a l b o i l e r ；o r i fi c e r i n g ；t u b e e x p l o s i o n a n a l y s i s ；c l e a n n e s s 0 引言 华能玉环 电厂 1 机组锅炉在调试阶段只运行 了 几十小时 ， 水 冷壁及过 热器就先后 4次 发生爆管 。 在排除了管材质量、 超参数运行等因素外， 爆管原因 初步认定为受热面管内节流孔圈有机械加工残 留物 ( 铁刨花、 眼镜片、 草帽边) 、 铁水滴凝固块、 电磨头等 异物堵塞 ， 造成受热面短时超温爆管 。采取 了有效 措施 ， 对联箱内部及节流孔圈进行全面检查 ， 取得 了 明显效果。 置 、 固态排渣 、 全钢构架悬 吊n型结构 。锅炉最大连 续蒸发量 2 9 5 0 t h ， 额定蒸 汽压力 2 7 4 6 MP a 、 温度 6 0 5 c 【 = ， 再热蒸汽出口温度 6 0 3 c 【 = 。为了满足超超临 界 参 数 运 行 工 况 的 需 要 ， 该 工 程 采 用 了 P 9 2、 P T 1 2 2 、 s u p e r 3 0 4 H及 H R 3 C钢等新材料。 华能玉环电厂工程 1 ， 2机组分别于 2 0 0 6年 1 1 月 2 8日和 1 2月 3 0日投产发 电， 3 ， 4机组 分别于 2 0 0 7年 1 1 月 1 1日和 1 1月 2 4日投产发 电。目前 ， 机 组运行情况良好 ， 其中， 2机组已连续安全运行 2 7 0 d 。 1 华能玉环 电厂 工程概 况 2 主要受热面结构特 点 华能玉环 电厂 4 X 1 0 0 0 M W 机组新建工程 ， 为 国内首 台按照“ 引进技术 、 国内制造” 原则建设的超 超临界燃煤机组 。锅炉为哈尔滨锅炉厂生产 的超超 临界变压垂直管圈直流炉， 采用平衡通风、 露天布 收稿 日期 ： 2 0 0 71 21 9 为了满足超超临界锅炉汽水特性 、 工质流速特 点 ， 根据不同位 置， 在水冷壁 、 过热 器及再 热器管屏 内装设了不 同规格 的节流孔圈 ( 板 ) ， 以达到平衡工 质温度和管子壁温偏差之 目的。装设节流孔 圈和孔 板解决 了水冷壁受热面存在的流动稳定性、 热偏差 和脉动等水动力问题， 限制了蒸汽系统在管内的流 维普资讯 第 2期 邵天佑 ： 超超临界锅炉试运期 间爆管原因分析及对策 5 1 量 ， 控制了热偏差 ， 避免 了管壁温度突升 。节流孔 圈 ( 板) 形式如图 1 、 图 2所示。 ， ： ， L ， 7 、 J 一 一 一 33 5 一 图 1 水冷壁节流子 L 板 f ， 3 4 ， 。 0 9 8 一 、 p 48 6 图 2过热器节流子 L 圈 2 1 水冷壁 锅炉水冷壁采用改进型的膜式壁 、 内螺纹垂直上 升形式 ， 在上、 下炉膛之间加装水冷壁中间混合集箱 ， 以减少水冷壁各墙宽的工质吸热与管子壁温的偏差。 同时， 在入 口联箱上部接管装焊不 同内径的 2 9 2个节 流孔板( 其见表 1 ) ， 以提高调节流量能力。炉膛水冷 壁 由2 l 4 4根 S A 2 1 3 T 1 2材质 、 2 8 6 mm 5 8 m m规 格四头螺纹管组成。 表 1 水冷壁节流子 L 板尺寸及数量 节流孔板 内径 mm数量 节流孔板 内径 mm数量 7 0 l 8 l 0 0 l 6 7 5 2 6 1 1 0 3 0 8 0 8 l 1 5 5 8 8 5 2 4 l 2 5 l 2 9 0 3 0 1 4 0 4 0 9 5 3 0 2 2 过 热器 锅炉过热器 系统采用四级布置 ， 以降低每级过 热器的焓值增量 。为 了减少 同屏热偏 差， 分别在二 级 、 三级 、 末级过热器管屏 中装设节 流孔 圈， 通过再 分配流量 ， 减少管屏间的热偏差及管子的壁温偏差 ， 降低 中间管排壁温。 2 2 1 分隔屏 ( 二级) 过热器 分隔屏 ( 二 级 ) 过热器 的管子 采用 S A 2 1 3 T 2 2 ， S A 2 1 3 T P 3 4 7 H等材料， 规格分别为 5 4 i n l n x 1 0 7 i n l n 、 5 4 m m 8 9 m m。分隔屏共有 1 2大屏 ， 每个大屏 又 由4个小屏组成 ， 每个 大屏各有 5 6根管子 ， 共有 管子 7 2 0根 ， 其 中6 7 2根上装设节流孔圈 】 ， 见表 2 。 表 2 分 隔屏节流 子 L 圈尺寸及数量 位置( n ) 孔径 mm数量 位置 ( n ) 孔径 mm数量 1 无 无 9 l 3 7 4 8 2 无 无 l 0 l 2 4 4 8 3 l 7 3 4 8 1 1 l 2 4 4 8 4 l 7 3 4 8 l 2 l 2 4 4 8 5 l 3 ， 7 4 8 l 3 l 2 4 4 8 6 l 3 7 4 8 l 4 l 2 4 4 8 7 l 3 7 4 8 l 5 l 2 4 4 8 8 l 3 7 48 l 6 l 7 3 4 8 注 ： 每组管屏从炉前 问炉后方 向数第几根 ( 标号为 n ) ，F l 司。 2 2 2 屏式( 三级 ) 过热器 屏式过热器共有 5 8屏 ， 每屏由 1 3根管组成 ， 共 7 5 4根管 ， 其 中 6 3 8根管 上装设节 流孔 圈， 见表 3 。 屏式过热器采用 S A 2 1 3 T 2 2 ， S A 2 1 3 T 9 1 ， S u p e r 3 0 4 H， HR 3 C等材料 ， 规格 分别为 5 0 8 mm1 0 3 mm， 5 0 8 mm x 8 6 mm 表 3 屏式过热器节流 子 L 圈尺寸及数量 位置( n ) 孔径 mm数量 位置 ( n ) 孔径 m m数量 1 无 兀 8 1 1 1 5 8 2 无 尢 9 1 1 1 5 8 3 l 5 6 5 8 l 0 l 0 5 5 8 4 l 3 0 5 8 1 1 l 0 5 5 8 5 l 3 0 5 8 l 2 l 0 5 5 8 6 l 1 4 5 8 l 3 l 8 2 5 8 7 11 4 58 2 2 3 末级过热器 末级过热器共有 9 4屏 ， 每屏由 1 6根管组成 ， 共 计管子 1 5 0 4 根， 其中1 2 2 2根装设节流孔圈， 见表4 。 管子用 S A 2 1 3 T 9 1 ， S u p e r 3 0 4 H， H R 3 C材料。规格分别 为 5 7 1 m m x 1 3 3 m m、 0 4 8 6 m m x 8 3 m m。 维普资讯 5 2 华电技术 第 3 0卷 表 4 末级过热器节流 孑 L 圈尺寸及数量 化置 ( n ) L ram数 位置 ( n ) 孔 ram数量 1 无 无 9 1 O 5 9 4 2 无 兀 1 0 9 8 9 4 3 无 尤 l 1 9 8 9 4 4 l 1 4 9 4 l 2 9 8 9 4 5 l 1 4 9 4 1 3 9 8 9 4 6 1 O 5 9 4 1 4 9 8 9 4 7 l 0 5 9 4 l 5 9 8 9 4 8 1 O 5 9 4 1 6 1 O 5 9 4 2 3 再 热器 为了进一步提高循环热效率， 锅炉再热器采用 两级布置。其中末级再热器蛇形 管共 1 1 8屏 ， 每屏 由9根管组成 ， 共计 1 0 6 2根 ， 其 中 7 0 8根管上装设 节流孔圈， 具体情 况见表 5 。末级再 热器管屏采用 S A 2 1 3 1 2 2 ， S A 2 1 3 T 9 1 ， S u p e r 3 0 4 H， HR 3 C等材料 ， 规 格分别为 0 6 0 3 mm 3 5 m m、 0 6 0 3 m m 4 0 m m、 5 7 1 mm 6 4mm 表 5 末级再 热器节流孑 L 圈尺寸及数量 位置 ( n ) 孔 m m数量 位 置( ， ) 孔径 ra m数 量 1 尤 兀 6 2 7 4 l 1 8 2 3 2 1 l 1 8 7 2 7 4 l l 8 3 3 2 1 l 1 8 8 2 7 4 l 1 8 4 无 无 9 2 7 4 l 1 8 5 无 无 3 爆管原因分析 玉环电厂 1 机组于 2 0 0 6年 1 0月 1 3日首次并 网发电， 在随后进行的机组调试过程中 ， 先后 4次发 生锅炉爆管 ， 给电厂造成了一定 的经济损失。爆 管 主要分布在水冷壁及过热器系统。通过对爆 口进行 常规的金相检验和材质分析后 ， 在 排除了管材质量 及超参数运行等因素外 ， 初 步分析后认 为是管子短 时超温过热爆管。经进一步确认 ， 爆管部位多处于 节流孔圈下部弯管处 ， 且在部分爆管所在 节流孔圈 前发现 了堵塞异物。其他管屏 中也发现有管子的出 列变形 、 颜色变黑等现象 ， 对管子进行 了射线透照检 查， 均发现在节流孑 L 圈处存留不同性质的异物， 其中 较多 的为机械加工“ 铁刨花”、 铁水滴凝 固物等。通 过对堵塞物进行光谱 及形状分析 ， 认定 为制造厂机 械加工时遗留所致 。 在爆管处理过程中， 采取了射线透照节流孔圈 检测方法， 既可发现是否存在堵塞物， 也可确认孔径 是否符合设计要求。检查重点包括已发生超温现象 的爆口管、 变形管、 变色管的节流孔圈及易被蒸汽带 入堵塞物的联箱两端 、 低部接管所在位 置的节流孔 圈 ， 见表 6 。 表 6 爆管处理期间节流孑 L 圈检查情况 从 以上各表可以看 出， 水冷壁 节流孔圈 内径最 小处仅为 7 0 mm。末 级过热器 节流孔 圈内径 最小 处仅为 9 8 mm。管子内稍有杂 物就会聚集在 节流 孔圈前 ， 当堵塞面积达到一定程度时 ， 因工质通流面 积明显减少， 造成管 子短 时间内超温进而引起 管子 变形 、 变色 、 直至爆管。 经过对取 出的堵塞物进行分析 ， 认为堵塞 的原 因主要为金属钻屑“ 铁刨花” 、 水滴型金属凝 固块 留 存以及节流孔圈未通透 、 尺寸不符。产生原 因有 以 下 3个方 面 。 ( 1 )在机机械加工 中， 联箱筒身钻孔或 管子坡 口及内倒角过程 中， 金属钻屑清理不彻底而遗留于 联箱 、 管子 内部或 与母材相连处 ； 同时， 检查验收 、 通 球试验不规范 ， 致使清洁度不 良产品流入现场。 ( 2 )联箱出厂前水压试验结束后 ， 各接 管的临 时封堵 口多采用火焰割除， 致使铁水倒 流并粘 附在 接管内侧及联箱内壁 。 ( 3 )部 分节流孔 圈加工 未钻通 透或者 安装错 位 ， 造成通流面积达不到设计要求 。 维普资讯 第 2期 邵天佑 ： 超超临界锅 炉试运期间爆管原 因分析及对策 5 3 很多节流孔圈处 ， 虽经儿次检查与清理 ， 但仍反 复出现堵塞物。究其原 因， 主要是制造厂机械加工 过程中部分 “ 铁刨花” 术完全脱落 ， 尚与联箱钻孔 、 管子内坡 口等处相连 ； 部分管子及联箱 内铁水滴凝 同物粘附在 内擘表面 ； 随着机组 的频繁启动 ， 管子 、 联箱冷热交替及蒸汽吹刷 ， 致使 “ 铁刨花” 及粘 附物 无规律脱落 ， 随蒸汽流入管中造成节流孔圈处堵塞 ， 引起超温爆管 。 4 提高锅炉部件内部清洁度的几种对策 为了减少因节流孔 圈堵塞造成锅炉爆管 ， 应该 从锅炉联箱、 受热面制造 、 安装及试运前几个阶段分 别采取不同的对策 ， 提高锅炉部件 的内部清洁度 。 4 1 制造阶段的清洁度控制 联箱筒身钻孔完成后 ， 应采用内倒角磨具对钻 孔端内壁进行打磨 ， 以清除钻孔 毛刺存 留， 消灭“ 眼 镜片” 、 “ 草帽边” 及“ 铁刨花” ； 联箱水压试验后割除 临时封堵 口时应采用砂轮 片切割 ， 不充许使用火焰 切割法 ， 以避免铁水飞溅流入接 管及联箱 内部并粘 附 ； 对焊缝缺陷返修焊 口， 特别是根部缺陷焊 口的挖 补应采用机械打磨 的方法 ， 避免用火焰切割或者电 弧气泡造成铁水飞溅流入联箱内部并粘 附； 联箱出 厂前， 应进行压缩空气吹扫及 内窥镜全面检查 ， 合格 后及时封堵接管管 。 水冷壁 、 过热器 、 再热器管节流孔圈加工完成后， 应采用同径专用工具进行通透检查 ， 避免发生钻孔不 均、 通透等现象。节流孔 圈 与管屏焊接时( 特别是 水冷壁管) 应认真核对冈纸与节流孔圈尺寸， 避免错 误安装； 受热面机械打坡 口或对内螺纹水冷壁管内倒 角时， 应有避免铁屑进入管子1 人 J 及粘连母材的技术措 施 ， 并在焊接前进行气体吹扫及通球检查。 4 2 安装阶段清洁度控制 设备到达现场安装前 ， 对联箱及大 口径管道应 进行检查 ， 能够进入 的要进入检查 ， 对内部杂物进行 清理 ， 特别要除去粘附在联箱 、 管壁 内侧的铁水滴凝 固物； 对无法进入的联箱需使用 内窥镜或者数码相 机拍照等方法进行检查 ， 特别要注意检查手孔端部 四周死角位置 和联箱接 管开孔 内倒角的“ 铁刨花” 、 铁水滴凝固物以及联箱内开孔处周围是否有“ 眼镜 片” 、 “ 草帽边” 等残留； 联箱上所有短管应按规定球 径进行通球或者相同直径钢丝绳通透检验 ， 然后再 用压缩空气吹扫。 受热面管在安装前必须进行通球试验， 试验用 球采用钢球， 按照汁算球径进行严格选取， 避免错用 不同直径的钢球 ， 严禁私 自用小球代 替大球 。有内 螺纹的水冷壁管子通球时应仔细检查管 口内部是否 有加工铁屑等杂物 ； 对于过热器 、 再热器带节流孔圈 的管排应对所有管子节流孔圈用特制圆钢( 按节流 孔圈规格 ) 进行节流孔 圈孔径复查。通球时采用大 小球两次通球， 大球的直径按照管子的直径要求， 小 球采用节流孔圈的直径分别进行通球。管排在安装 过程 中， 朝上的管口进行机械坡 口加工时， 应将下段 管封 口或用螺丝封堵 ， 坡 口加工完成取 出后再对 口 安装 ， 避免加工铁屑落入。 4 3 锅炉酸洗 、 吹管后清洁度控制 锅炉酸洗要采用大流量冲洗方法 ， 尽可能采用 变压吹管及增加吹管次数。机组整套启动前需对锅 炉进行全面检查， 包括对集箱内部进行内窥镜检查， 发现杂