DL-BG-2010-949阚山#2炉水冷壁爆管现场分析报告

DLBG20100491JF09141SCZXJD100031FDL阚山发电有限公司2锅炉水冷壁爆管现场分析报告江苏方天电力技术有限公司地址中国南京江宁区苏源大道58号邮编211102出版日期2010年12月22日姓名肖杰页码2OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009编写审核审批姓名肖杰页码3OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009摘要本报告系江苏方天电力技术有限公司根据技术监督合同，对阚山发电有限公司1锅炉水冷壁爆管进行的现场分析。阚山发电有限公司1锅炉系哈尔滨锅炉厂设计制造的HG1792/2615YM1型超超临界直流锅炉。2010年11月26日，2炉水冷壁发生爆管。分析指出2炉水冷壁爆管是由于中间集箱下第一道焊缝现场焊接工艺控制存在缺陷，焊缝热影响区存在淬硬的马氏体组织引起引力集中；焊缝靠近刚性梁，炉墙发生变形时焊缝产生较大的应力集中；炉膛内存在局部结焦，结焦边沿区热负荷增加较大；炉膛原爆燃的损伤以及启停过程中蒸汽压力和水冷壁壁温变化较快都对焊缝裂纹的产生和发展存在较大的影响。此次现场分析服务得到了厂领导的关心和有关部门的大力支持，使现场分析服务得以顺利进行，在此深表谢意。姓名肖杰页码4OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009电源技术部图1、2炉水冷壁爆管爆口图1概述江苏阚山发电有限公司2600MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造的，三菱重工业株式会社（MITSUIBISHIHEAVYINDUSTRIESCOLTD）提供技术支持的超超临界变压运行直流锅炉，采用型布置、单炉膛、低NOX主燃烧器分级燃烧技术和MACT型低NOX分级送风燃烧系统、反向切园燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统。燃用神府东胜煤、晋北煤。锅炉以最大连续负荷BMCR工况为设计参数，最大连续蒸发量1792T/H，过热器蒸汽出口温度为605，再热器蒸汽出口温度为603，给水温度291。锅炉炉膛由垂直管膜式水冷壁构成，炉膛上、下部均采用内螺纹垂直管，材料15CRMOG，规格286MM64，上下部水冷壁之间设有中间混合集箱；中间混合集箱的引入引出管交接分二层（不同高度）布置，水冷壁管依次交替在二个高度交接；在水冷壁中间集箱引入管下部弯头区以下约1米以内布置。为使水冷壁管内冷却工质流量与炉膛热负荷匹配，在水冷壁下集箱出口采用直径较大的管材焊接节流孔调节不同区域水冷壁内冷却水流量。阚山电厂二台锅炉今年起开始长时间运行，2010年11月26日，2锅炉因水冷壁爆管被迫停机，电厂邀请江苏方天电力技术有限公司派专家到现场处理水冷壁爆管事故。2现场检查情况江苏方天电力技术有限公司于2010年11月2627日派徐洪、肖杰至电厂现场就爆管状况、停炉参数、炉膛结焦状态以及燃烧器喷嘴角度等情况进行现场调查分析。1）爆管状况2010年11月26日2锅炉炉膛发生爆管，19时左右准备停机，23时机组解列。爆管发生在左侧墙从炉前向后数第82根水冷壁管（1角），标高48550MM（安装焊缝处），在左侧墙燃烧器的内侧（靠角部侧）。爆管如图1所示。吹损第83根水冷壁安装焊缝被严重吹损，第81根水冷壁管安装焊缝也存在较轻微的吹损。84、85、86、87根水冷壁管外表面颜色爆口吹损姓名肖杰页码5OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009电源技术部图2、2炉水冷壁爆管吹损管2炉停炉温度波动曲线0501001502002503003504004502000210022002300000100200300400500600时间壁温024681012141618主汽压力MPA饱和温度水冷壁温汽压图3、2炉停炉过程中水冷壁壁温变化曲线异常，其中第87根据肉眼观察焊缝处可能存在裂纹。从割下的水冷壁管材料分析试验结果看，水冷壁样管外径在289292MM，涨粗在允许范围内；割下的水冷壁管存在轻微弯曲；在焊缝完整的3根非爆管水冷壁焊缝进行着色检查发现2根管焊缝外侧存在浅表性裂纹，其中一根存在二处裂纹，且内壁熔合区存在深约16MM的裂纹；水冷壁母材组织没有超温过热现象；开裂和存在裂纹的焊缝热影响区出现淬硬的马氏体组织。（见DLBG2010807）在水冷壁中间集箱下第一个安装焊缝处以下10CM内有锅炉刚性梁，这是现场水冷壁样管割口紧靠焊缝下方的主要原因。2）停炉参数从锅炉停炉时操作看，机组11月26日2300左右机组解列，2400左右引风机及其静叶关闭，锅炉主汽压力与水冷壁壁温变化曲线如图3所示。其中主汽压变化率最大区段为被爆口吹损姓名肖杰页码6OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009电源技术部图4、2炉左侧墙水冷壁结焦状况017MPA/MIN，（14MPA8MPA）；水冷壁降温速率最大区段184/MIN，短时间壁温最大变化速率为766/MIN。根据哈尔滨锅炉厂的锅炉运行说明书给出的水冷壁壁温升温速率控制值，1小时统计值不大于220/H，10分钟内平均值不大于105/MIN。根据同类型锅炉电厂运行规程要求，停炉后控制水冷壁降温幅度不大于2/MIN；在主汽压168MPA的范围内可以在30MIN将主汽压从16MPA降低到8MPA。该说明书允许锅炉采用强制通风冷却的方式来进行锅炉事故抢修。根据哈锅的锅炉运行说明书，电厂运行是在制造厂允许的范围，控制参数未超过制造厂给定的限制值。3）水冷壁结焦从停炉后在炉膛内观察，2炉四侧水冷壁都存在明显的结焦，各墙结焦的部位不同，据2炉10月21日左右停炉后观察，前墙结焦主要集中在下部燃烧器区，后墙结焦主要集中在燃烧器上部及至SOFA风喷口中间的区域，右侧墙集中在燃烧器区，左侧墙集中在燃烧器区，在燃烧器上部至SOFA喷嘴间也存在较明显的结焦。停炉后残留在水冷壁上的焦渣一般是松散的。此次停炉后进炉检查由于灰较大，对其它炉墙的结焦状况难以观察，但发生爆管的左侧墙燃烧器上部区域和燃烧器至SOFA区存在很明显的结焦，残留的焦渣虽然较松散，但面积较大、厚度较厚（见图4）。炉墙结焦基本在该墙面燃烧器垂直线前迎风面，在喷嘴垂直线后基本不存在结焦现象。4）燃烧器喷嘴角度从停炉时观察2炉1、2及3角燃烧器喷嘴垂直方向都存在向下倾斜的现象，4角因为视角关系难以观察；从观察清晰的1角看，每层燃烧器向下倾斜的角度有差异；从水平方向喷嘴与水冷套的间隙分析，喷嘴与水冷套的间隙有的靠炉前大，有的靠炉后大，但间隙差别并不大，喷嘴水平方向是否存在偏斜应该在大小修中经详细测量才能确定。3原因分析姓名肖杰页码7OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009电源技术部从水冷壁管爆口位置、炉膛检查和爆口材料试验结果分析，水冷壁爆管属于焊缝缺陷和应力集中引起的焊缝拉裂。1）焊缝缺陷从3根水冷壁样管进行着色试验发现2根样管的焊缝外壁存在浅表性裂纹，其中1根存在2条外壁裂纹，焊缝内壁存在16MM深的裂纹。从开裂的和存在裂纹的水冷壁管分析，其焊缝的热影响区存在淬硬的马氏体组织，由于马氏体组织硬度较铁素体高，在管壁发生变形时容易影响应力集中。从材料试验结果看，焊缝热影响区存在淬硬的马氏体组织情况比较普遍。由于现场焊接难以完全满足焊接工艺条件，焊缝的热影响区存在淬硬马氏体组织也较常见。从远离焊缝组织没有发现明显的组织变化，内外壁氧化皮厚度正常，水冷壁管没有明显涨粗看，可以排除水冷壁管超温过热引起泄漏的原因。2）结构影响从水冷壁结构看，水冷壁中间集箱下第一道焊缝紧靠刚性梁上部，由于刚性梁的支撑作用当炉墙出现膨胀不均和其它外力作用引起的变形时，受刚性梁固定部分炉墙基本不产生变形，在刚性梁附近的水冷壁应变较大，产生较大的变形应力。这会进一步增加焊缝的应力集中程度。3）水冷壁管原存在伤害由于2炉曾经发生过爆燃，爆燃过程中炉墙发生较大的变形，水冷壁中间集箱下第一道焊缝存在较大的应力集中，爆燃过程中使焊缝产生了损伤。从3根样管中有2根存再裂纹，说明焊缝存在裂纹不是个别现象，应该与发生过炉膛爆燃有关。从割下的水冷壁管样存在轻微的变形情况看，说明爆燃的影响确实存在。爆燃使焊缝受到损伤，在以后的运行中锅炉启停、热负荷变化和热负荷不均引起的膨胀差别都会导致焊缝处附加较大应力，导致裂纹产生或原有裂纹快速扩展。4）锅炉启停影响锅炉在启停过程中炉膛热负荷变化较快，热负荷差别较大，水冷壁管之间的膨胀方向与膨胀量都存在较大的差别，导致水冷壁存在较大的附加应力。特别是启停速率过快，导致水冷壁壁温差变化快，会引起水冷壁管间的膨胀量出现较大差别，前后墙与二侧墙间水冷壁还会存在膨胀方向的不一致，这都会导致水冷壁存在较大的附加应力，对水冷壁焊缝造成损伤，损伤积累会引起焊缝产生裂纹或造成已有的裂纹快速发展。从此次停炉过程操作看，虽然参数变化速率都在制造厂要求的控制范围，但变化率都接近控制上限；且在较长时间未停引风机，实际上存在强制冷却的作用。由于国内引进超超临界锅炉的时间短，资料未完全消化吸收，存在盲目套用国外的做法，没有考虑国内材料和制造、安装工艺的差别，运行操作说明不能完全保证锅炉运行的安姓名肖杰页码8OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009电源技术部全。从锅炉设备的运行经验看，按制造厂的运行操作要求引起的事故并不少见，说明完全按制造厂的要求控制不完全适应设备的实际状况。从2炉水冷壁管的现状看，过快的水冷壁壁温变化速率会引起较大的膨胀差别，引起焊缝的损伤。过快的汽压变化速率还会导致水冷壁物性如饱和温度、粘性系数、导热系数以及比容等较快的变化，容易产生冷却工质的多值性，引起水冷壁较大的壁温偏差。从锅炉汽水分离器看，其外径外径为836，内径为600MM，壁厚为118MM，过快的温度变化也会引起分离器较大的温度分布梯度和较大的内外温差。在锅炉运行时间较长时降温降压速率过长还引起高温受热面内壁氧化皮大面积剥落。从确保锅炉设备安全的角度看，应该控制锅炉停炉过程中降温降压速率，同时应避免出现停炉强制通风冷却的现象。5）锅炉结焦2炉发生爆管的左侧墙存在较严重的结焦现象，结焦以燃烧器为界，在燃烧器的炉后（迎烟方向）墙面上存在较严重结焦，在燃烧器炉前（背烟方向）墙面上基本没有结焦现象。发生爆管的区域在从炉前数82根（21屏，节流孔直径75MM），从炉前方向靠近燃烧器（燃烧器区域水冷壁管屏为2330屏）。燃烧器靠炉后区域存在较严重的结焦，炉墙水冷壁局部吸热过低，局部烟气温度升高，未结焦区域的水冷壁吸热量增加，特别是靠近燃烧器的炉前水冷壁管吸热量更高。而该处水冷壁原设计热负荷较低，节流孔径小，冷却工质流量小，热负荷偏大后壁温升高较大，水冷壁局部膨胀量增加，与相邻管的膨胀差较大，附加较大的应力；还容易引起炉墙发生鼓突变形，在刚性梁处的焊缝产生较大程度的应力集中。从炉膛结焦看，2炉水冷壁结焦与燃煤结焦性较强有关，同时还与燃烧器喷嘴角度偏离设计工况，以及喷嘴角度存在偏差有关。4处理措施针对阚山电厂2炉水冷壁爆管状况，建议采取以下措施。（1）对焊缝爆破与吹损的水冷壁管进行更换。（2）对肉眼观察外壁异常的水冷壁管进行更换。（3）对垂直角度偏差较大的燃烧器喷嘴进行粗调，使燃烧器基本处于水平方向，防止出现角度偏差过大的状况。在割管与焊接过程中，提醒电厂注意施工工艺，防止施工过程中出现杂物漏入水冷壁管的事件，如割管过程中防止熔渣掉入。5结论及建议阚山电厂2炉水冷壁爆管是由于中间集箱下第一道焊缝现场焊接工艺控制存在缺陷，焊缝热影响区存在淬硬的马氏体组织引起引力集中；焊缝靠近刚性梁，炉墙发姓名肖杰页码9OF7锅炉爆管现场分析报告电话02583636913项目阚山电厂1锅炉水冷壁爆管现场分析技术服务文件编号DLBG2009电源技术部生变形时焊缝产生较大的应力集中；炉膛内存在局部结焦，结焦边沿区热负荷增加较大；炉膛原爆燃的损伤以及启停过程中蒸汽压力和水冷壁壁温变化较快都对焊缝裂纹的产生和发展存在较大的影响。为保证水冷壁的运行安全建议采取以下措施。（1）建议在明年的机组大小修中对中间集箱下第一道焊缝进行全面检查。（2）对焊缝的外裂纹采用着色检查，对焊缝的内裂纹建议在外裂纹的基础上进行拍片检查。（3）发现存在外裂纹的建议进行打磨处理，深度较深的进行重新焊接处理。（4）对内裂纹建议进行重焊处理。（5）提醒电厂在锅炉启停过程