超临界锅炉爆管原因分析及处理

超临界锅炉爆管原因分析及处理

1锅炉“四管”漏泄事故统计分析国家能源康平发电有限公司2台600吨锅炉是由英国自行研制和制造的一套中型二次热梨花及变形能耗装置。内部环泵启动系统由固定夹芯装置组成，形状排渣，单炉支撑通风，型配置，双车道、全钢框架悬臂结构和封闭式配置的极端直接锅炉，hg-1900/25.4ym3。锅炉最大连续负荷(B-MCR)工况为设计参数,最大连续蒸发量1900t/h,过热器蒸汽出口温度为571℃,再热器蒸汽出口温度为569℃。该型号锅炉采用引进国外设计技术,在设计和制造方面留下了一些先天缺陷;同时由于初期火电公司对安装高参数火电机组的经验不足,很多新材料和设备的安装工艺没有很好地吸收消化,对系统处理的新工艺、新要求没有认真研究,施工中不可避免的出现偏离设计的安装,给后来的运行带来了很多缺陷和隐患,机组投产后,锅炉“四管”漏泄事故频发。表1、表2为该公司2台锅炉投产后“四管”漏泄部位统计表:可见同型号的2台锅炉,1号锅炉漏泄事故较多,其中过热器漏泄占比最大,其次是水冷壁管漏泄,说明1号锅炉在安装过程中存在诸多问题。本文主要对该厂锅炉“四管”漏泄典型案例及漏泄原因进行分析,并探讨解决对策。2锅炉“四管”泄漏特性及爆管产品2.1冷壁系统的泄漏2.1.1工字钢与顶格密封片磨损严重该厂某次因水冷壁漏泄导致1号机组停止运行,锅炉检修人员进入内部,检查发现锅炉右墙垂直水冷壁第1根管在顶棚标高处有一漏泄点(漏点指向炉内),由于长时间冲刷,漏泄点成扇面状,长20mm,宽15mm,检修人员对顶棚包覆框架进行切割,并对漏泄管附近的鳍片进行切割后,检查发现,垂直水冷壁在右侧墙(从前向后数)第1根、第2根,存在漏泄点。见图1。检修人员将漏泄点附近的管子鳍片、顶棚管包覆框架支撑工字钢及护板等割除,仔细进行观察,发现右侧垂直水冷壁(外侧)有磨损情况,垂直水冷壁右墙第1根管磨损15mm2,磨损深度1mm,第2根管磨损0.8mm2,最大磨损深度0.7mm,如图1所示。经过仔细检查,发现顶棚管包覆框架底面工字钢(右侧第1根)与水冷壁管距离只有20mm左右,且工字钢头部出现十分明显的磨损痕迹,磨损面光滑,呈现弧形,且高度和水冷壁管磨损处标高一致。漏泄原因分析:当锅炉在运行过程中,由于受热面管材的受热膨胀,水冷壁管要向两侧进行膨胀,而工字钢由于与水冷壁管距离近,在锅炉启动后,达不到水冷壁所要膨胀的最低距离,导致水冷壁管与工字钢发生摩擦,由于工字钢阻碍了水冷壁的膨胀,且第1、第2根水冷壁管里侧与顶棚管密封鳍片焊接(即漏泄点与鳍片焊接处),使此处的应力最大,当锅炉多次进行启、停后,致使该处管子发生疲劳,产生疲劳裂纹,从而发生漏泄。水冷壁管在与顶棚密封片焊接处处于应力最大处,导致此处最先漏泄。对策研究:水冷壁管发生漏泄后,通过查找图纸,发现在锅炉安装过程中,施工方没有按照图纸要求进行施工(图2),图纸要求下部顶棚包覆框架的工字钢与水冷壁梳型密封片之间需要焊接,施工中正是此项漏焊,导致了锅炉发生一次非停事故。发现问题后,检修人员按施工图纸要求将顶棚包覆框架下部的工字钢与水冷壁梳型密封片之间焊接,在之后的运行过程中,再没有发生上述事故。2.1.2锅炉出口集箱+壁壁干物质含量该厂某次1号机组因炉前墙水冷壁出口集箱小管根部焊趾部位产生裂纹,发生漏泄导致停炉。在随后的每次锅炉停炉检修过程中,检修都对锅炉出口集箱及炉后拉稀管入口集箱小管根部焊缝进行检查,又陆续发现了多起焊缝焊趾部位裂纹漏泄。通过仔细观察,发现裂纹90%以上产生在焊缝侧面(正对集箱为正面)。漏泄原因分析:水冷壁出口集箱长度为22187mm,水冷壁出口集箱太长,在受热膨胀过程中存在应力集中现象。水冷壁集箱中心与顶棚受热面管之间的高度为1050mm,且顶棚上部水冷壁管与管之间有鳍片焊接,在锅炉热膨胀过程中,进一步阻碍了应力的释放。此部位的裂纹产生在每次锅炉启、停过程中,锅炉热负荷的变化较大,也是产生结构应力和热应力产生低周疲劳失效的一个原因,见图3。对策研究:a.将锅炉出口集箱部位水冷壁鳍片从中间进行切割,切割长度为200mm,防止在集箱热膨胀过程中阻碍膨胀。b.对所有的集箱小管角焊缝进行打磨、着色检查,发现存在裂纹的进行挖补、焊接处理。c.每次停炉后,都要进入内部逐根进行检查。d.在锅炉启、停过程中,控制负荷增、减速度,防止负荷急剧变化。2.2过度加热设备的泄漏2.2.1机组运行检查结果该厂1号机组在锅炉投产以后,屏式过热器、末级过热器多次发生爆管漏泄事件,原因一直无法查清,2013年4月在1号机组B修启动后,锅炉末级过热器再次发生爆管事件,在检查过程中,扩大了过热器的检查范围,对屏式过热器、末级过热器入口汇集集箱也进行了检查,检查中发现,屏式过热器入口汇集集箱封头处有多块河卵石,末级过热器入口集箱内也发现小颗粒物。通过将河卵石取出,机组再次启动后,1号炉没有发生过热器爆管事件(见图4)。原因分析:1号锅炉屏式过热器、末级过热器在机组投产后,多次发生爆管事故的主要原因是在锅炉基建期间,由于施工队伍清洁施工水平较差,监理方监管不到位,致使集箱中存有大量异物,在机组启动后,这些异物沿蒸汽连接管进入小集箱,堵塞集箱入口,造成被堵塞管子内介质流通不畅,管子冷却不足,超温爆管。2.2.2被吹灰器吹漏该厂1号机组在运行过程中,发现在水平低温过热器R26吹灰器附近有异音,通过就地辨听,判断此处过热器管发生漏泄,锅炉停止运行冷却后,检修人员进入内部进行检查,发现漏泄管子处于第R26吹灰器附近,中部水平低温过热器,从炉右向炉左数第7排、下部第一层管,距离弯头350mm处,被吹灰器吹漏。原因分析:事故发生后,检修人员初步判断是因为管排附近的第R26吹灰器长期吹扫造成的,经详细检查发现,第R26吹灰器后限位固定螺栓的螺母松动,拨杆向右横移,卡在吹灰器横梁上,导致吹灰器没有退到位,差1m左右,处在开阀状态,运行长达17.5h(吹灰器长吹工作压力1.75MPa,工作温度560℃,在吹灰工作结束后,压力降至1.2MPa),由于脱硫用蒸汽和蒸汽吹灰用汽取同一汽源,且没有隔离措施,在锅炉吹灰工作结束后,管道内蒸汽压力一直在1.2MPa,也就是说,第R26吹灰器一直对下部、中部水平低温过热器进行吹扫,最终导致管子吹损、漏泄。对策研究:通过此次事件,该厂制定了严格的锅炉吹灰检查程序,在吹灰过程中及吹灰结束,运行人员对现场每台吹灰器进行详细检查,看是否退到位。利用机组大修的时机,将脱硫用汽源与蒸汽吹灰用起源管道改造分离,保证各自独立投用,互不干涉。2.2.3异种钢焊缝的压缩试验检测该厂某次1号炉屏式过热器靠顶棚部位异种钢焊口在运行过程中出现裂纹漏泄导致机组停机。管子漏泄处为T91/TP347H异种钢焊缝T91侧熔合线处,裂纹为环绕管子对接焊缝的环向裂纹,长度约为焊缝总长的3/4,最大开口宽度1.2mm,裂纹附近管子无明显塑性变形。针对此次事件,利用2号炉停炉,对高温再热器靠顶棚部位异种钢焊口检查中也发现有裂纹漏泄现象。如图5所示。原因分析:a.T91/TP347H异种钢焊缝的早期失效,是蠕变强度差别和高的应力所引起的低强材料界面蠕变损伤加速造成的。异种材料加热冷却过程中,由于线膨胀系数不同引起的热应力以及焊接残余应力是影响焊缝应力状态的主要因素。b.锅炉运行中,异种钢焊缝还会受到由于结构系统的约束引起的结构应力、管子振动和摆动等引起的弯曲应力等,也会加速异种钢焊缝的蠕变失效。同时由于异种钢焊缝设置于靠近顶棚的炉膛内部,管子的摆动等产生的弯曲应力和高温烟气的影响也是引起早期失效的重要因素。对策研究:a.进一步对焊缝进行分析试验,将屏式过热器出现裂纹漏泄的焊缝和附近更换下来的未发现裂纹的异种钢焊缝的管子各取一段,对出现裂纹的原因进行分析,同时对未发现裂纹的焊缝进行试验评估。b.对现有的同类异种钢焊缝加强监督检验,利用检修机会,对屏式过热器、末级过热器和高温再热器的T91/TP347H异种钢焊缝进行宏观检查、渗透探伤,及早对出现裂纹的焊缝进行处理,避免运行中漏泄停机。c.采用减小异种钢失效倾向的焊接工艺规范,在进行异种钢焊接时,选择膨胀系数和低强母材相近的材料作为填充金属,适当地选择较大的坡口角和加大焊缝宽度,能有效的减小焊缝在升温降温时的峰值应力。对于T91/TP347H钢异种钢焊缝,采用镍基填充材料、焊后进行相应的高温回火可以减小焊缝的早期失效倾向。d.进行相应的技术改造,利用锅炉B级检修的有利时机,将T91/TP347H异种钢焊缝移至顶棚上部,以延长异种钢焊缝的寿命。改造后,到目前为止没有发生过异种钢焊缝失效裂纹漏泄事件。e.严格控制过热蒸汽温度和压力的升降速率,启停和变负荷时注意过热蒸汽温度、压力的升降速率,严格按启停曲线进行运行操作。3加强煤粉锅炉“四管”的前后前控制措施锅炉“四管”漏泄一直是困扰火力发电厂的一个技术难题,在锅炉非停事件中,锅炉“四管”漏泄占非停事件的60%以上,防止锅炉“四管”泄漏,要在锅炉的设计、制造、安装、运行、检修、改造等各个环节实施全过程的技术监督和技术管