鍋爐四管漏泄的原因分析及預(yù)防措施

鍋爐四管漏泄的原因分析及預(yù)防措施

1環(huán)汽包爐遼寧省電力公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鐵嶺發(fā)電公司）一期工程為4.300mw機(jī)組，該鍋爐是哈國(guó)庫(kù)技術(shù)院制造的連續(xù)自然循環(huán)蒸汽包爐，型號(hào)為hg-11211/18.2-ym4。二期工程設(shè)計(jì)為23000mw機(jī)組，加熱器為哈國(guó)庫(kù)技術(shù)院制造的直接參數(shù)的變壓運(yùn)行鍋爐，型號(hào)為hg-1795-26.15-ym1。#1~#6機(jī)組相繼于1993年2月、1993年11月、1994年12月、1996年8月、2008年7月、2008年12月并網(wǎng)發(fā)電,截至2012年2月,鍋爐受熱面共發(fā)生漏泄118次。2鍋爐“四管”漏泄防治措施各類(lèi)原因?qū)е碌穆┬勾螖?shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。由表1可以看出,過(guò)熱、原始缺陷、焊接質(zhì)量、吹灰器故障和磨損是導(dǎo)致“四管”漏泄的主要原因。2006年以前過(guò)熱超溫、原始缺陷和焊接缺陷是導(dǎo)致“四管”漏泄的最主要原因,缺陷發(fā)生部位集中在工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的再熱器和過(guò)熱器上。2006—2010年針對(duì)鍋爐“四管”防磨防爆工作,開(kāi)展了后屏再熱器改造、尾部受熱面防磨、燃燒器及吹灰器附近水冷壁防磨、煙氣走廊防磨等一系列工作,有效控制了“四管”漏泄,取得了明顯效果。2011年,鐵嶺發(fā)電公司#5,#6機(jī)組進(jìn)入長(zhǎng)周期運(yùn)行階段,新投產(chǎn)鍋爐受熱面存在的原始缺陷較多:水冷壁鰭片受熱應(yīng)力影響頻繁拉裂(1年內(nèi)9次受熱面漏泄有7次是水冷壁漏泄);異物堵塞過(guò)熱器節(jié)流孔圈,造成管子過(guò)熱而發(fā)生漏泄。2.1增設(shè)節(jié)流孔以調(diào)節(jié)水冷及隔屏的流孔缺陷由表1可以看出,管材過(guò)熱超溫造成的漏泄占總數(shù)的33.05%,是“四管”漏泄最主要的原因。過(guò)熱超溫主要發(fā)生在工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的過(guò)熱器和再熱器部件,分為長(zhǎng)期過(guò)熱和短期過(guò)熱。長(zhǎng)期過(guò)熱是在超溫幅度不太大的情況下長(zhǎng)期超溫運(yùn)行,使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降,蠕變速度加快,管子發(fā)生脹粗直至破裂。短期過(guò)熱是由于異物堵塞管道、鍋爐燃燒不穩(wěn)等原因,導(dǎo)致管道傳熱惡化,局部溫度急劇上升,超溫幅度較大并且超過(guò)金屬材料的極限允許溫度而引起管道超溫爆裂。一期鍋爐受熱面過(guò)熱超溫多是長(zhǎng)期過(guò)熱,二期鍋爐受熱面過(guò)熱超溫兩者兼而有之。為了使二期鍋爐換熱管中冷卻工質(zhì)流量和局部熱負(fù)荷匹配,消除由于燃燒和汽水系統(tǒng)布置導(dǎo)致的熱偏差,大量采用了節(jié)流孔來(lái)調(diào)節(jié)每根或每屏換熱管的流動(dòng)阻力,從而調(diào)節(jié)換熱管中冷卻工質(zhì)的流量,與局部熱負(fù)荷匹配,保證換熱管壁溫不超限。水冷壁、分隔屏、后屏和末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口都設(shè)計(jì)有節(jié)流孔,為了達(dá)到調(diào)節(jié)流動(dòng)阻力的目的,節(jié)流孔直徑都很小,后屏過(guò)熱器及末級(jí)過(guò)熱器節(jié)流孔直徑最小只有10.3mm。從節(jié)流孔圈的運(yùn)行效果分析,在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中,加裝節(jié)流孔的水冷壁、分隔屏、后屏與末級(jí)過(guò)熱器出口管爐外壁溫測(cè)點(diǎn)顯示,各受熱面出口壁溫分布比較均勻,確實(shí)達(dá)到了減少受熱面壁溫偏差,均勻受熱面出口蒸汽溫度的目的,對(duì)減少鍋爐受熱面的材料過(guò)熱損害和內(nèi)壁蒸汽氧化都有很大的好處。但由于節(jié)流孔結(jié)構(gòu)對(duì)鍋爐系統(tǒng)處理和雜物清理的要求非常高,國(guó)內(nèi)多家具有相同結(jié)構(gòu)的鍋爐都發(fā)生了節(jié)流孔堵塞造成受熱面過(guò)熱爆管的事故。鐵嶺發(fā)電公司發(fā)生過(guò)3次節(jié)流孔異物堵塞造成的過(guò)熱爆管事故。在發(fā)生爆管后有時(shí)能從節(jié)流孔處發(fā)現(xiàn)異物,有時(shí)在節(jié)流孔處未發(fā)現(xiàn)異物。在節(jié)流孔處清理出的雜物有焊瘤、鐵屑和制造加工過(guò)程中產(chǎn)生的“眼鏡片”。后屏過(guò)熱器及末級(jí)過(guò)熱器入口集箱均采用兩側(cè)進(jìn)汽、從中間引出換熱管屏的布置方式,從節(jié)流孔堵塞位置分析,集箱中的雜物被兩端蒸汽吹到集箱中間部位,在蒸汽吹動(dòng)等交變力的作用下,雜物在集箱內(nèi)沿箱壁上下滑動(dòng),如果滑到換熱管進(jìn)口邊沿就落入換熱管內(nèi),較細(xì)小的雜物被蒸汽帶走,稍大的雜物在節(jié)流孔處堆積或搭橋。由于換熱管本身阻力較小,堆積雜物形成的壓差不足以壓垮搭橋結(jié)構(gòu),細(xì)小的雜物不斷覆蓋在橋架上使節(jié)流孔基本堵死,冷卻工質(zhì)流量急劇降低,導(dǎo)致?lián)Q熱管過(guò)熱爆管。爆管后爆口處壓力顯著降低,在堵塞處形成很大的壓差,將雜物搭橋結(jié)構(gòu)壓垮沖走。2.2原始缺陷原始缺陷的產(chǎn)生主要是鍋爐使用管材在制造、加工時(shí)產(chǎn)生了缺陷,即氣泡、夾層、折疊、壁厚不均、退火不良和晶粒度大等誘發(fā)了原始缺陷。2.3鍋爐焊接質(zhì)量的影響鍋爐本體是經(jīng)焊接安裝在一起的,是承受高溫、高壓的設(shè)備,因此焊接質(zhì)量對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響,焊口漏泄和結(jié)構(gòu)應(yīng)力、坡口形式、焊接材料、焊接參數(shù)、熱處理工藝和焊工技術(shù)水平密切相關(guān)。常見(jiàn)的焊接缺陷包括咬邊、夾渣、未焊透、未熔合、氣孔和裂紋等。2.4磨損部位分析由于飛灰、灰粒在高速煙氣的帶動(dòng)下具有一定的動(dòng)能,當(dāng)煙氣流經(jīng)受熱面時(shí),灰粒與管壁發(fā)生撞擊、切削、沖擊或摩擦,使管壁磨損。受熱面易發(fā)生磨損的部位主要有頂棚過(guò)熱器彎頭,高低溫過(guò)熱器、省煤器兩側(cè)或靠近兩側(cè)處,處于水平煙道底部的彎頭,爐墻通道空隙及局部低阻區(qū),以及任何形成煙氣走廊地帶的彎頭及邊排管。煙氣磨損主要和煙氣流速、燃料消耗量、燃料的灰粒成分、灰量、飛灰濃度等有關(guān),煙氣流速的影響最大,磨損量與速度的三次方成正比,而燃料消耗量主要影響煙氣量和流速。2.5高壓蒸汽對(duì)局部受體面的定點(diǎn)吹掃嚴(yán)重機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中,為了防止或減輕爐膛、煙道結(jié)焦和積灰,在爐膛四周及尾部受熱面布置了吹灰器。其中,爐膛布置的是蒸汽吹灰器,并要求每天定期投入使用。當(dāng)吹灰器動(dòng)作發(fā)生卡澀進(jìn)退不自如時(shí),就會(huì)造成高壓蒸汽對(duì)局部受熱面的定點(diǎn)吹掃,管壁逐漸減薄并最終爆管。此外,還有火檢冷卻風(fēng)對(duì)受熱面的吹損,其原理與吹灰器定點(diǎn)吹損原理相同。這一情況在一期、二期爐膛吹灰器上都發(fā)生過(guò),主要由設(shè)備檢查、維護(hù)不到位造成。此外,#2,#3鍋爐水冷壁存在大面積吹薄現(xiàn)象,原因有二:一是燃燒煤質(zhì)發(fā)生變化,煤中灰分較高,受熱面積灰、結(jié)焦較多,吹灰器投入比較頻繁;二是吹灰蒸汽壓力設(shè)定偏大,加快了吹損速度。目前,鐵嶺發(fā)電公司已降低吹灰蒸汽壓力至1.8MPa。2.6剛性梁拉裂處理造成受熱面漏泄的各種其他因素中,占比例較大的是二期側(cè)水冷壁鰭片拉裂,裂紋延伸到水冷壁造成漏泄。產(chǎn)生鰭片拉裂的原因有二:一是水冷壁剛性梁內(nèi)翼緣溫度過(guò)高,剛性梁內(nèi)外翼緣溫差過(guò)大發(fā)生變形,而水冷壁與剛性梁同步發(fā)生彎曲變形,在焊接薄弱的補(bǔ)裝焊縫處發(fā)生裂紋,裂紋延伸至咬邊、未熔合等缺陷應(yīng)力集中處拉裂水冷壁引起漏泄;二是水冷壁壁溫偏差過(guò)大,當(dāng)相鄰管道溫差大于50℃時(shí),易造成應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致水冷壁變形而拉裂鰭片。3全球趨勢(shì)與預(yù)防措施3.1建立和完善熱壓工藝,積極應(yīng)對(duì)、正確定位、聚1993—2012年度漏泄次數(shù)變化曲線如圖1所示。由圖1可以看出:1993—2006年,鐵嶺發(fā)電公司受熱面漏泄次數(shù)整體呈波動(dòng)趨勢(shì),但總體是下降的;2006—2010年呈穩(wěn)步下降趨勢(shì);2011年漏泄次數(shù)又開(kāi)始上升。自1996年開(kāi)始,鐵嶺發(fā)電公司針對(duì)“四管”漏泄問(wèn)題對(duì)受熱面進(jìn)行改造,逐步提高材質(zhì)水平,取得了非常好的成效;逐步提高運(yùn)行水平,嚴(yán)格控制受熱面溫度,避免過(guò)熱超溫;制訂積極的受熱面檢查、考核和獎(jiǎng)勵(lì)制度,獎(jiǎng)罰分明,既加強(qiáng)了檢修人員的責(zé)任心,又調(diào)動(dòng)了其積極性,鍋爐“四管”漏泄明顯得到了控制,穩(wěn)定了機(jī)組的生產(chǎn)運(yùn)行。尤其是2006年以來(lái),更針對(duì)性地提高了鍋爐后屏再熱器的材質(zhì)水平,利用機(jī)組大小修機(jī)會(huì)對(duì)易磨損部位進(jìn)行防磨處理,特別是對(duì)末級(jí)過(guò)熱器、立式過(guò)熱器、省煤器沖刷產(chǎn)生磨損的部位加裝防磨料,對(duì)標(biāo)高35m省煤器重點(diǎn)防磨部位噴涂復(fù)合金屬陶瓷,在尾部煙氣走廊磨損嚴(yán)重部位加裝防磨瓦,在爐膛吹灰器附近水冷壁、燃燒器四角水冷壁、渣井上部水冷壁進(jìn)行電弧噴涂等舉措,使得“四管”漏泄由2006年的8次下降到2010年的3次,效果顯著。2011年,該公司二期新投產(chǎn)機(jī)組進(jìn)入長(zhǎng)周期運(yùn)行階段,設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量產(chǎn)生的缺陷逐漸暴露出來(lái),受熱面總體漏泄次數(shù)明顯上升,但一期4臺(tái)機(jī)組在2011年全年未發(fā)生漏泄,這與多年的綜合治理是分不開(kāi)的。分析圖1可知,一期機(jī)組投運(yùn)初期(1996—1997年)漏泄有爆發(fā)性上漲趨勢(shì),二期機(jī)組投運(yùn)初期(2011年)漏泄也有相同的爆發(fā)性上漲趨勢(shì)。所以,今后的工作重點(diǎn)要放在二期受熱面穩(wěn)定運(yùn)行、重點(diǎn)檢查、集中消缺上,通過(guò)集中治理,盡快使其進(jìn)入平穩(wěn)期。3.2加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整趨勢(shì)分析:1993—2012年,受熱面由于過(guò)熱引起漏泄的整體趨勢(shì)是逐步下降的,尤其自2007年以來(lái)得到了很好的控制。鐵嶺發(fā)電公司主要對(duì)后屏再熱器、末級(jí)再熱器和過(guò)熱器受熱面進(jìn)行了提高材質(zhì)的改造,提高了受熱面材料等級(jí),取得了良好的成效。另外,加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行管理,在運(yùn)行中加強(qiáng)燃燒擺動(dòng)調(diào)節(jié),防止?fàn)t內(nèi)火焰偏斜、水冷壁結(jié)渣、爐膛出口溫度偏高、過(guò)熱器和再熱器積灰,加強(qiáng)水、汽化學(xué)監(jiān)督,避免受熱面內(nèi)結(jié)垢,在結(jié)構(gòu)上避免吸熱和流量不均,在檢修中避免出現(xiàn)錯(cuò)用鋼材、焊接材料以及異物堵管情況。預(yù)防措施:運(yùn)行人員根據(jù)燃燒煤質(zhì)及時(shí)調(diào)整燃燒工況,特別是在5臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行情況下,盡可能采取調(diào)整燃燒器擺角等措施,控制爐膛燃燒中心,避免出現(xiàn)火焰偏斜和燃燒中心上移而導(dǎo)致超溫;嚴(yán)格按照升壓曲線進(jìn)行升壓;加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整,定期投用吹灰器,避免爐膛嚴(yán)重結(jié)焦掉落破壞爐底水封造成火焰上移而出現(xiàn)受熱面超溫;定期對(duì)一期汽包和二期受熱面節(jié)流孔進(jìn)行檢查,重點(diǎn)檢查一期汽包內(nèi)積垢情況以及汽包內(nèi)加藥管及連排管路、二期水冷壁及過(guò)熱器節(jié)流孔圈,以防堵塞;保證合格的除氧溫度,合理控制磷酸鹽的添加量,保證添加藥品的質(zhì)量合格,做好定期排污工作;在運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)壁溫監(jiān)測(cè),密切關(guān)注超溫情況,若發(fā)現(xiàn)壁溫超溫,要利用機(jī)組停爐機(jī)會(huì)檢查超溫部位受熱面管及節(jié)流孔有無(wú)異常;定期檢測(cè)受熱面內(nèi)壁氧化皮厚度和氧化皮脫落后堆積狀況,清理堵塞在換熱管內(nèi)的氧化皮。3.3鍋爐安裝時(shí)埋下隱患的不可預(yù)測(cè)性趨勢(shì)分析:1993—2005年,受熱面由于原始缺陷引起漏泄的整體趨勢(shì)是不確定的,原始缺陷的產(chǎn)生是由多種因素造成的,很多制造安裝時(shí)埋下的隱患具有不可預(yù)知性,隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的不斷增加會(huì)逐漸凸顯出來(lái)。機(jī)組自2006年投運(yùn)以來(lái),經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)周期運(yùn)行,原始缺陷呈減少趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)受熱面進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查和處理,能夠盡量避免或減少因?yàn)樵既毕荻斐傻穆┬?。預(yù)防措施:繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)受熱面原始缺陷的詳細(xì)檢查,對(duì)吊掛、穿墻管、鰭片等容易熱膨脹不均部位重點(diǎn)檢查,尤其針對(duì)二期新投運(yùn)機(jī)組,更應(yīng)利用停爐機(jī)會(huì)加強(qiáng)檢查和及時(shí)處理。3.4焊接工藝的改善趨勢(shì)分析:1993—2011年,受熱面由于焊接缺陷引起漏泄的整體趨勢(shì)是波形的,為防止由于焊接缺陷引起受熱面漏泄事故的發(fā)生,加強(qiáng)對(duì)焊工的培訓(xùn)力度,改善焊接工藝,讓每名焊工都詳細(xì)了解缺陷性質(zhì),以及發(fā)生的部位、方向、尺寸和材料;組建工作組進(jìn)行判斷分析,包括母材質(zhì)量、熱影響區(qū)、焊縫金屬、接頭形狀、焊接條件、有無(wú)消除應(yīng)力,加強(qiáng)各道工序的質(zhì)量檢驗(yàn)。預(yù)防措施:嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)和焊口檢驗(yàn)制度,加強(qiáng)焊工培訓(xùn),遵守受熱面管材和焊材光譜檢驗(yàn)制度,對(duì)受熱面容易氧化、脹粗、變形部位管排上的卡塊、流體間隔定位管等焊口加強(qiáng)檢查。3.5防磨料與防磨設(shè)備發(fā)展關(guān)注和建議趨勢(shì)分析:1993—2012年,受熱面由于磨損引起的漏泄共8次。為了防止在形成煙氣走廊地帶的彎頭及邊排管磨損,在各臺(tái)鍋爐加裝護(hù)瓦和刷涂防磨料,取得了明顯的效果。在機(jī)組大、小修和停爐臨檢時(shí),及時(shí)對(duì)煙氣走廊等易磨損部位進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)缺陷立刻處理,基本能夠解決磨損引起的漏泄問(wèn)題。近年來(lái)由于燃燒煤種發(fā)生變化,受熱面磨損速度較以前明顯加快,在防磨重點(diǎn)部位要嚴(yán)格監(jiān)視,爭(zhēng)取掌握現(xiàn)有條件下防磨料損耗和使用壽命的具體數(shù)據(jù),掌握現(xiàn)階段磨損情況的特點(diǎn),及時(shí)補(bǔ)換缺損的防磨料和防磨設(shè)備,對(duì)現(xiàn)在使用的防磨瓦和防磨料厚度能否滿足長(zhǎng)周期運(yùn)行進(jìn)行認(rèn)真分析。預(yù)防措施:煙氣走廊仍然為重點(diǎn)檢查部位,做到逢停必檢,特別對(duì)省煤器、低溫過(guò)熱器以及兩側(cè)不容易檢查的管排,應(yīng)加強(qiáng)防磨檢查,發(fā)現(xiàn)防磨料脫落、磨損或出排部位及時(shí)檢查并處理;在末級(jí)過(guò)熱器、立式過(guò)熱器、省煤器、尾部煙氣走廊兩側(cè)管排和包墻管易磨損的部位加裝防磨料;在省煤器和低溫過(guò)熱器等不容易刷涂防磨料或磨損速度快的彎頭部位加裝U形護(hù)瓦。3.6加強(qiáng)鍋爐吹灰器的維護(hù)趨勢(shì)分析:1993—2011年,受熱面由于吹灰器故障共引起漏泄11次,整體呈波動(dòng)形式。2007年以來(lái),采取了降低吹灰蒸汽壓力、水冷壁易吹損部位噴涂等措施,使吹灰器故障發(fā)生的爆管控制在每年1次以?xún)?nèi)。預(yù)防措施:加強(qiáng)對(duì)鍋爐吹灰器的維護(hù),消除潛在隱患,利用停爐大小修機(jī)會(huì)對(duì)爐膛吹灰器和水冷壁進(jìn)行徹底檢查;降低吹灰器蒸汽壓力到合理范圍,在保證吹灰效果的情況下,減少對(duì)水冷壁的傷害;運(yùn)行人員盡可能根據(jù)結(jié)焦情況減少每天吹灰器的投入次數(shù)。3.7剛性梁內(nèi)溫度調(diào)整趨勢(shì)分析:其他引起爆管的因素中,二期水冷壁拉裂占比最大,而且隨著二期機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行,設(shè)備原始設(shè)計(jì)、安裝存在的缺陷會(huì)進(jìn)一步暴露出來(lái),具有不確定性。預(yù)防措施:利用大小修及維護(hù)機(jī)會(huì),對(duì)受熱面原始缺陷進(jìn)行詳細(xì)檢查,特別是對(duì)水冷壁、穿墻管和鰭片等容易熱膨脹不均部位著重檢查;補(bǔ)裝鰭片焊縫存在的裂紋、未熔合和咬邊及其他易引起應(yīng)力集中的尖銳缺陷,均需打磨補(bǔ)焊,并采取圓滑過(guò)渡處理;按照設(shè)計(jì)值,保溫層外溫度應(yīng)為50~80℃。針對(duì)現(xiàn)有情況,檢查保溫材料(導(dǎo)熱系數(shù))及其施工質(zhì)量,如果未到達(dá)