DG670140锅炉水冷壁爆管事故中汽包壁温差大的原因分析及对策.docx

DG670140锅炉水冷壁爆管事故中汽包壁温差大的原因分析及对策靖远电厂发电部李文学 摘要通过对靖远电厂2号、3号炉两起水冷壁爆管事故的全面研究，分析了水冷壁爆营造成汽包上下壁温差大的原Ig、危害，提出了在处理此类事故中防止汽包壁温差超限的措施。关键词汽包-水冷壁爆营壁温温差应力 月U看汽包是锅炉设备的“心脏”，它连接着锅炉加热、蒸发和过热三个过程，是锅炉设备中加工制造难度 很大的重要部件。在运行中如发生损坏或产生缺陷难以处理，一般发电厂都不具备汽包重大缺陷的维修 能力。一旦损坏后果不堪设想，给国家、社会、企业带来巨大的损失。在事故处理中由于客观条件的限 制，汽包的安全运行受到威胁，其中最易发生的是汽包金属温度差过大，产生很大的热应力，汽包产生裂 纹或汽包接管座裂纹。水冷壁爆管更是容易产生很大的汽包金属温差，威啡汽包的安全运行。本文根据 靖远电厂两起水冷壁爆管的事故经过分析汽包上、下壁温差大的原因，提出水冷壁爆管事故处理中如 何保证汽包壁温差在规定范围内的方法和措施。1事故经过11 2号炉承鸯盛爆蕾经过1994年3月27日事故前锅炉蒸发量429th。机组负荷】35MW，汽包压力128MPa，主再汽温度536536C，汽包上壁温度328，下壁温度约318c。14：40炉膛负压忽然变正，汽包水位急剧下降，给 水流量增大60th，炉内有刺汽声，判断为水冷壁爆管。立即投油助燃，降负荷至90MW，15：10紧急停炉 全炉密闭保养，保持汽包最高可见水位。16：00由于除氧器水位低，给水温度低，停止上水，汽包水位快 速下降，短时间即看不到水位。18100汽包平均上、下壁温230126。C，温差104。18：20号2炉全炉快 速放水，停炉后炉内检查，水平烟道后墙水冷壁拉稀管第10根冷水壁管在标高44m处，被高温再热器 的裂缝刺出的蒸汽吹薄，造成爆管发展该管断裂。12 3号炉水冷譬爆警经过1996年2月28日事故前锅炉蒸发量468th，电负荷150MW，汽包压力138MPa主再汽温度541540，汽包上壁温度约为335，汽包下壁湿度约为325。5：45炉膛负压忽然变正+1000Pa，汽 包水位急剧下降，给水流量增大60th，立即投油减负荷。g：55分锅炉紧急停炉，全炉密闭汽包保持最 高可见水位。6：20困除氧器缺水，给水温度低，停止上水，汽包水位陕速下降，短时间即看不到水位，汽 包压力。陕速下降，汽包壁温差增大，7：40汽包壁温差超过llO 9C。为了减慢汽包下壁温的下降速度，锅炉 快速放水，8：00汽包壁温差达115，为了尽快减小汽包上下壁温差，开对空捧汽投入水玲壁底部加热 和汽包加热。加热蒸汽参数压力：09MPa，温度约280C，目的是在汽包上壁形成蒸汽对流强化汽包上 壁的冷却，减缓汽包下壁温度的下降速度。13：30汽包壁温差降到48C，解列底部加热。后经炉内检查， 后竖井乙删包墙水冷标高41m处被前包墙过热器管一沙眼滑出的蒸汽欢薄，致使水冷壁爆管，炉内毕 面管子在减薄处撕开，长1 20mm。2二次水冷壁爆管汽包壁温统计及变化趋势212号炉1994年3月27日水冷壁爆管汽包壁温统计表(单位C)时间14：2018：0019：oo20：oo21：oo22：oo23：oo汽包上壁328232227214205203192l平均温度汽包下壁318l 25123】22 122平均温度 1平均温差lO10710291838I 70时间24：401：002：003004：005：006 00忾包上壁1891861 79i77175170 168平均温度-汽包下壁119118116儿5114113 111，平均温度平均温差706863B26l57 57223号炉1 996年2月28日水冷壁爆管停炉后汽包曼沮统计(单位C)时间5：458：oo9：oo10：901l：oo12OO13：oo汽包上壁325269243224203189180平均温度汽包下壁235l 54142138133l 30 129平均温度平均温差lO11510l8679595ll时间14：0015：0016j 0017：OO18：0019：0020：00I汽包上壁173】72163159157154153平均温度汽包下壁】25125119儿7117lll 113平均温度平均温差484744424040 4023停炉后汽包壁温分析从上表在可以看出两次爆管，爆管部位程度相同，但由于停炉后处理不同，温度变化有相同之处也 有不同之处，为了更准确地描述汽包壁温度的变化过程，根据表1、表2、绘出2号炉、3号炉水冷壁爆管 停炉汽包壁包表面温度和温差的变化曲线(图1L 对图1的几条曲线分析可以得出以下结论： (1)爆管程度相似，事故前负荷越高，则紧急停炉后，如不采取特殊措施，汽包壁温差也就越大-(2)汽包壁温差的形成主要是在停炉后的2h之内+由于汽包l壁降温慢，下壁降温快，约在2h形成最大壁差，汽包上、下壁温差超过100 C。(3)采取投入锅炉底部加热的方法有两方面影响：一是加快汽包上壁温度下降，二是减缓汽包下壁 温度下降，最终汽包壁温差很快恢复正常。2号炉没有投底部加热，停炉后15h壁温度仍高达57，3号 炉采取了投入底部加热的措施，停炉后7h汽包壁温差即到50c之内，同时可以看出3号炉温差虽然很 大但投入底部加热后温差很快缩小，说明投入底部加热可减小汽包上、下壁温差。(4)根据曲线可“肴 lTlt图l2号、3号炉水拎壁爆管汽包上下壁平均温度段温差曲线3汽包壁温差大的原因分析U：常运行当中，汽包内的水、汽处于饱和状态，其温度是相同的，所以正常运行中汽包上壁和下壁温 度是相近的。由于给水温度比较低，致使汽包下壁温度略低于汽包上壁温度，因此影响汽包上、下壁温差 的因素主要有：压力变化过快致使饱和温度变化快汽、水对汽包壁的换热强度不同，造成汽包产生上下 壁温差；给水温度的变化也会导致汽包上下壁温差的增大。水冷壁爆管时，造成汽包壁温差增大主要有 “下原因：31锅炉压力下降过快是造成汽包壁温差大的主要原因锅炉爆管后披迫停炉，爆口处大量工质喷出，致使锅炉压力快速下降，汽包内忾、水饱和温度也快速 下降。汽包内有水位时，汽包下壁和水接触换热速度快，汽包下壁冷却速度快，而汽包上壁和蒸汽接触， 机组停运后基本上没有蒸发量，汽包内的蒸汽是不流动的，汽包上壁和蒸汽之间的传热很弱，冷却速度 慢。虽然汽包上下之间存在温差，汽包壁金属由上向下传热，但汽包直径较大，汽包壁本身的传熟相对工 质对汽包的冷却是很小的，汽包上、下壁的冷却程度不同就产生了较大的汽包壁温差。当汽包内无水位时，汽包壁周边都是和蒸汽接触，工质对汽包的换热是均匀的，但汽包下部接有集中、分散下降管和水冷壁上升管，这些管得到了炉水的充分冷却，汽包下壁得到多根下降管和上升管的 较强冷却而汽包上壁的冷却条件没有得到加强，促使汽包上下壁温差继续增大。 32给水温度低是造成汽包壁温差大的又一原因绢炉爆管后，机组被迫停运给冰得不到加热，给水温度最低时约100c，低温给水进入汽包室，使汽包内水的温度达不到饱和点。炉水温度下降快，同时低温给水进入锅炉，炉水温度要受到影响，炉水温 度降低，致使汽包下壁冷却加快，汽包壁温差增大。4汽包上、下壁温差大的危害以上表1、表2及图l中所列的汽包壁温分别为汽包上、下壁外壁表面温度，温差即这个温度之差， 而汽包金属最大的温差为汽包上壁外表面温度和汽包下壁表面温度之差，汽包产生的温差有上下壁温 差和金属壁内外温差，汽包上下壁(即环向)的温差分布大致如图2所示。汽包上壁温度大于下部温度， 汽包上部的膨胀大干汽包下部的膨胀，汽包趋向于拱背状的变形但是与汽包连接的很多管于是不可能 让它自由变形的，这样就必然产生热应力。上部金属受轴向压应力，下部金属受轴向拉应力，如图3。而 汽包内壁温度小于外壁温度，汽包外壁受到压应力，汽包内壁受到拉应力。如图4。i压匣力T I一匪直力_趣内外-t虚力圈2并一度分图3忾包上下温差应力图汽包由于温差产生的应力的大小可用于下式作粗略的估计 d产=4E2t式中：a产由于温差t产生的轴向应力I q材料线膨胀系数(mmcm)；E一一弹性模量MPa；t汽包上、下部平均温度差由公式可知上、下温差愈大则热应力铲也愈大，电力部规定670th锅炉汽包壁温差不得大于50。C，而水玲壁爆管后汽包温差远远超过此值，严重地危胁着锅炉的安全运行，影响锅炉设备的寿命 汽包上、下壁温差和内外壁温差过大，汽包金属产生很大的热应力，加上汽包承压的机械应力，当金属承受的热应力和机械应力之和超出极限时，可导致汽包产生裂纹。汽包上、下壁温度差过大，汽包严重拱背变形而与相连的各种管道是不充许其自由变形的，在接管 座和管道上产生很大的变形应力，可能使接管座产生裂纹或拉坏与之相连的管道，严重损坏设备。5锅炉水冷壁爆管事故处理中防止汽包壁温差超限的措施水冷壁爆管事故是不可避免的锅炉事故，一旦发生给事故处理带来很大困难。如不能采取一些特殊措施，则会产生很大的汽包壁温差，严重时可导致汽包囊纹，扩大事故。如何正确处理水冷壁爆管事故，122有“下三条措施。51水冷壁爆管能维持燃烧和汽包水位的处理方法 水冷壁爆管爆口较小或爆口处喷出的水、汽没有直接喷到火焰中心，根据事故现象快速判断原因能维持燃烧和水位时，不能紧急停炉。锅炉快速投油助燃强化燃烧，加大给水流量，维持汽包正常水位，汽轮机垒开调速汽门，锅炉快速降压，汽温下降速度随着汽轮机胀差而定。锅炉快速降压后，一方面减小 了爆口的威胁，同时饱和温度得到快速下降。机组没有停运，大量的饱和蒸汽对汽包上壁进行对流换热， 汽包上壁得到较好的冷却，汽包压力下降速度可根据汽包壁温差和汽包金属温降速度而定，要求温差不 大于SOC，金属温降速度l_5Crain，可控制饱和温度下降速度1215Crain为宜。根据饱和压力 和温度的对应曲线决定降压速度。初期降压速度可适当快一些后期逐渐放慢降压速度，如汽机胀差不 允许继续运行时汽轮机停机。用旁路系统或锅炉对空排继续降压，当汽包壁温到200c左右，且上、下壁 温差不大干50C时，锅炉熄灭，保持汽包高水位或使汽包充满水，可保证汽包壁温在规定范围内。 52水冷壁爆管不能维持燃娩或水位的处理方法水冷壁严重爆管，不能维持正常水位或大量的水汽喷向炉膛，燃烧无法维持，被追紧急停炉。根据本 文中所列举的两起典型爆管事故，按照常规方法处理，是无法保证汽包壁温差在规定范国内，总结经验， 提出特殊处理方法：(1)开启旁路系统或锅炉过热器对空排汽，使汽包内有饱和蒸汽流动，汽包上壁形成对流，强化汽包上壁冷却。(2)给水温度大于150时可给汽包上水，维持汽包最高水位或完全充满汽包，给水温度低于1 80 C时停止向锅炉给水。 (3)提高厂用蒸汽联箱压力到最高(压力P1MPa)温度约为380C)，当汽包压力降至08MPa时，锅炉快速放水，同时投入锅炉底部加热，由于炉内水冷壁管内仍为饱和水，投入底部加热后，仍有大量的 蒸汽流经汽包，对汽包上壁强化冷却，由于厂用蒸汽温度较高可“减缓汽包上壁的下降速度，有利于减 小汽包壁温差，这一点从3号炉水冷壁爆管的处理中和图1的对比中得到证明。(4)汽包壁温小于200rc，温差大于5oC时可解列底部加热。 53加强运行监视仪表分析和技术监督及时发现泄漏水冷壁爆管事故虽然不可避免，但可以预防，特别是要根治隐患，及时发现泄漏，防止水冷壁的严重 爆营。水冷壁严重爆管的原因主要有超温、冲刷和磨损，超温主要是水循环破坏或减弱所致，要加强运行 管理，保护锅炉水循环正常。另外检修人员要调整好吹灰器的行程和汽门，防止蒸汽直接冲在水冷壁管 上。利用大小修机会，全面检查水冷壁的超温减薄情况，发现隐患及时治理，做到防患于未然。加强运行监视和仪表分析，及时