連云港博大機(jī)械設(shè)備制造有限公司制造除氧器，電話13775446005
0 前言
隨著我國電力工業(yè)建設(shè)的迅猛發(fā)展，各種類型的大容量火力發(fā)電機(jī)組不斷涌現(xiàn),鍋爐除氧器結(jié)構(gòu)及運(yùn)行更加趨于復(fù)雜,不可避免地導(dǎo)致并聯(lián)各管內(nèi)的流量與吸熱量發(fā)生差異。當(dāng)工作在惡劣條件下的承壓受熱部件的工作條件與設(shè)計(jì)工況偏離時(shí),就容易造成鍋爐爆管。
事實(shí)上，當(dāng)爆管發(fā)生時(shí)常采用所謂快速維修的方法，如噴涂或襯墊焊接來修復(fù)，一段時(shí)間后又再爆管。爆管在同一根管子、同一種材料或鍋爐的同一區(qū)域的相同斷面上反復(fù)發(fā)生，這一現(xiàn)象說明鍋爐爆管的根本問題還未被解決。因此，了解過熱器爆管事故的直接原因和根本原因，搞清管子失效的機(jī)理，并提出預(yù)防措施，減少過熱器爆管的發(fā)生是當(dāng)前的首要問題。
1過熱器爆管的直接原因
造成過熱器、再熱器爆管的直接原因有很多，主要可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行分析。
1.1設(shè)計(jì)因素
1.熱力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符
熱力計(jì)算不準(zhǔn)的焦點(diǎn)在于爐膛的傳熱計(jì)算，即如何從理論計(jì)算上較合理的確定爐膛出口煙溫和屏式過熱器的傳熱系數(shù)缺乏經(jīng)驗(yàn)，致使過熱器受熱面的面積布置不夠恰當(dāng)，造成一、二次汽溫偏離設(shè)計(jì)值或受熱面超溫。
2.設(shè)計(jì)時(shí)選用系數(shù)不合理
如華能上安電廠由B&W公司設(shè)計(jì)、制造的“W”型鍋爐，選用了不合理的受熱面系數(shù)，使?fàn)t膛出口煙溫實(shí)測(cè)值比設(shè)計(jì)值高80～100℃；又如富拉爾基發(fā)電總廠2號(hào)爐(HG-670/140-6型)選用的鍋爐高寬比不合理，使?fàn)t膛出口實(shí)測(cè)煙溫高于設(shè)計(jì)值160℃。
3.爐膛選型不當(dāng)
我國大容量鍋爐的早期產(chǎn)品，除計(jì)算方法上存在問題外，缺乏根據(jù)燃料特性選擇爐膛尺寸的可靠依據(jù)，使設(shè)計(jì)出的爐膛不能適應(yīng)煤種多變的運(yùn)行條件。
爐膛結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致過熱器超溫爆管。爐膛高度偏高，引起汽溫偏低。相反，爐膛高度偏低則引起超溫。
4.過熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置不合理
調(diào)研結(jié)果表明，對(duì)于大容量電站鍋爐，過熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置不合理，是導(dǎo)致一、二次汽溫偏離設(shè)計(jì)值或受熱面超溫爆管的主要原因之一。
過熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置的不合理性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)過熱器管組的進(jìn)出口集箱的引入、引出方式布置不當(dāng)，使蒸汽在集箱中流動(dòng)時(shí)靜壓變化過大而造成較大的流量偏差。
(2)對(duì)于蒸汽由徑向引入進(jìn)口集箱的并聯(lián)管組，因進(jìn)口集箱與引入管的三通處形成局部渦流，使得該渦流區(qū)附近管組的流量較小，從而引起較大的流量偏差。引進(jìn)美國CE公司技術(shù)設(shè)計(jì)的配300MW和600MW機(jī)組的控制循環(huán)鍋爐屏再與末再之間不設(shè)中間混合集箱，屏再的各種偏差被帶到末級(jí)去，導(dǎo)致末級(jí)再熱器產(chǎn)生過大的熱偏差。如寶鋼自備電廠、華能福州和大連電廠配350MW機(jī)組鍋爐，石橫電廠配300MW機(jī)組鍋爐以及平坪電廠配600MW機(jī)組鍋爐再熱器超溫均與此有關(guān)。
(3)因同屏(片)并聯(lián)各管的結(jié)構(gòu)(如管長、內(nèi)徑、彎頭數(shù))差異，引起各管的阻力系數(shù)相差較大，造成較大的同屏(片)流量偏差、結(jié)構(gòu)偏差和熱偏差，如陡河電廠日立850t/h鍋爐高溫過熱器超溫就是如此。
(4)過熱器或再熱器的前后級(jí)之間沒有布置中間混合聯(lián)箱而直接連接，或者未進(jìn)行左右交叉，這樣使得前后級(jí)的熱偏差相互疊加。
在實(shí)際運(yùn)行過程中，除氧器、消音器、濾水器上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置的不合理性往往是幾種方式同時(shí)存在，這樣加劇了受熱面超溫爆管的發(fā)生。
5.壁溫計(jì)算方法不完善，導(dǎo)致材質(zhì)選用不當(dāng)
從原理上講，在對(duì)過熱器和再熱器受熱面作壁溫校核時(shí)，應(yīng)保證偏差管在最危險(xiǎn)點(diǎn)的壁溫也不超過所用材質(zhì)的許用溫度。而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于對(duì)各種偏差的綜合影響往往未能充分計(jì)及，導(dǎo)致校核點(diǎn)計(jì)算壁溫比實(shí)際運(yùn)行低，或者校核點(diǎn)的選擇不合理，這樣選用的材質(zhì)就可能難以滿足實(shí)際運(yùn)行的要求，或高等級(jí)鋼材未能充分利用。
6.計(jì)算中沒有充分考慮熱偏差
如淮北電廠5號(hào)爐過熱器在后屏設(shè)計(jì)中沒有將前屏造成的偏差考慮進(jìn)去，影響了管材的正確使用，引起過熱器爆管。
1.2制造工藝、安裝及檢修質(zhì)量
從實(shí)際運(yùn)行狀況來看，由于制造廠工藝問題、現(xiàn)場(chǎng)安裝及電廠檢修質(zhì)量等原因而造成的過熱器和再熱器受熱面超溫爆管與泄漏事故也頗為常見，其主要問題包括以下幾個(gè)方面。
1.焊接質(zhì)量差
如大同電廠6號(hào)爐，在進(jìn)行鍋爐除氧器過熱器爆管后的換管補(bǔ)焊時(shí)，管子對(duì)口處發(fā)生錯(cuò)位，使管子焊接后存在較大的殘余應(yīng)力，管壁強(qiáng)度降低，長期運(yùn)行后又發(fā)生泄漏。
2.聯(lián)箱中間隔板焊接問題
聯(lián)箱中間隔板在裝隔板時(shí)沒有按設(shè)計(jì)要求加以滿焊，引起聯(lián)箱中蒸汽短路，導(dǎo)致部分管子冷卻不良而爆管。
3.聯(lián)箱管座角焊縫問題
據(jù)調(diào)查，由于消聲器角焊縫未焊透等質(zhì)量問題引起的泄漏或爆管事故也相當(dāng)普遍。如神頭電廠5號(hào)爐(捷克650t/h亞臨界直流鍋爐)包墻過熱器出口聯(lián)箱至混合聯(lián)箱之間導(dǎo)汽管曾在水壓試驗(yàn)突然斷裂飛脫，主要原因是導(dǎo)汽管與聯(lián)箱連接的管角焊縫存在焊接冷裂紋。
4.異種鋼管的焊接間題
在過熱器和再熱器受熱面中，常采用奧氏體鋼材的零件作為管卡和夾板，也有用奧氏體管作為受熱面以提高安全裕度。奧氏體鋼與珠光體鋼焊接時(shí)，由于膨脹系數(shù)相差懸殊，已發(fā)生過數(shù)次受熱面管子撕裂事故。
此外，一種鋼管焊接時(shí)往往有接頭兩邊壁厚不等的問題，不同壁厚主蒸汽管的焊接接頭損壞事故也多次發(fā)生。一些廠家認(rèn)為，在這種情況下應(yīng)考慮采用短節(jié)，以保證焊接接頭兩側(cè)及其熱影響區(qū)范圍內(nèi)壁厚不變。
5.普通焊口質(zhì)量問題
鍋爐的受熱面絕大多數(shù)是受壓元件，尤其是過熱器和再熱器系統(tǒng)，其管內(nèi)工質(zhì)的溫度和壓力均很高，工作狀況較差，此時(shí)對(duì)于焊口質(zhì)量的要求就尤為嚴(yán)格。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于制造廠焊口、安裝焊口和電廠檢修焊口質(zhì)量不合格(如焊口毛刺、砂眼等)而引起的爆管、泄漏事故相當(dāng)普遍，其后果也相當(dāng)嚴(yán)重。
6.管子彎頭橢圓度和管壁減薄問題
GB9222-88水管鍋爐受壓無件強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彎頭的橢圓度，同時(shí)考慮了彎管減薄所需的附加厚度。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)彎管半徑R>4D的彎頭，彎管橢圓度不大于8%。但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往大于此值，******達(dá)21%，有相當(dāng)一部分彎頭的橢圓度在9%～12%之間。
另外，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，有不少管子彎頭的減薄量達(dá)23%～28%，小于直管的最小需要壁厚。因此，希望對(duì)彎管工藝加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以降低橢圓度和彎管減薄量，或者增加彎頭的壁厚。
7.異物堵塞管路
鍋爐在長期運(yùn)行中，銹蝕量較大，但因管徑小，無法徹底清除，管內(nèi)銹蝕物沉積在管子底部水平段或彎頭處，造成過熱而爆管。在過熱器的爆管事故中，由干管內(nèi)存在制造、安裝或檢修遺留物引起的事故也占相當(dāng)?shù)谋壤?。如長春熱電二廠1號(hào)爐因管路堵塞造成短時(shí)超溫爆管。
8.管材質(zhì)量問題
鋼材質(zhì)量差。管子本身存在分層、夾渣等缺陷，運(yùn)行時(shí)受溫度和應(yīng)力影響缺陷擴(kuò)大而爆管。由于管材本身的質(zhì)量不合格造成的爆破事故不像前述幾個(gè)問題那么普遍，但在運(yùn)行中也確實(shí)存在。
9.錯(cuò)用鋼材
如靖遠(yuǎn)電廠4號(hào)爐的制造、維修過程中，應(yīng)該用合金鋼的高溫過熱器出口聯(lián)箱管座錯(cuò)用碳鋼，使碳鋼管座長期過熱爆破。為此，在制造廠制造加工和電廠檢修時(shí)應(yīng)注意嚴(yán)格檢查管材的質(zhì)量，加以避免。
10.安裝質(zhì)量問題
如揚(yáng)州發(fā)電廠DG-670/140-8型固態(tài)排渣煤粉爐的包墻過熱器未按照?qǐng)D紙要求施工，使管子排列、固定和膨脹間隙出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致爆管。這類問題在機(jī)組試運(yùn)行期間更為多見。
1.3調(diào)溫裝置設(shè)計(jì)不合理或不能正常工作
為確保鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，除設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)力求準(zhǔn)確外，汽溫調(diào)節(jié)也是很重要的一環(huán)。大容量電站鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)方式較多，在實(shí)際運(yùn)行中，由于調(diào)溫裝置原因帶來的問題也較多，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，配200MW機(jī)組的鍋爐80%以上的再熱蒸汽調(diào)溫裝置不能正常使用。
1.減溫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理
某些鍋爐在噴水減溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往用一只噴水調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)一級(jí)噴水的總量，然后將噴水分別左右兩個(gè)回路。這時(shí)，當(dāng)左右側(cè)的燃燒工況或汽溫有較大偏差時(shí)，就無法用調(diào)整左右側(cè)噴水量來平衡兩側(cè)的汽溫。
