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(guó)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(lái)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(shuō)明鍋爐爆管的根本問(wèn)題還未被解決。因此，了解過(guò)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(guò)熱器爆管的發(fā)生是當(dāng)前的首要問(wèn)題。
1過(guò)熱器爆管的直接原因
造成過(guò)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(lái)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(guò)熱器的傳熱系數(shù)缺乏經(jīng)驗(yàn)，致使過(guò)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(guó)大容量鍋爐的早期產(chǎn)品，除計(jì)算方法上存在問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guó)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(guò)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(zhǎng)、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(guò)熱器超溫就是如此。
(4)過(guò)熱器或再熱器的前后級(jí)之間沒(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(méi)有充分考慮熱偏差
如淮北電廠5號(hào)爐過(guò)熱器在后屏設(shè)計(jì)中沒(méi)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(guò)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(lái)看，由于制造廠工藝問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)安裝及電廠檢修質(zhì)量等原因而造成的過(guò)熱器和再熱器受熱面超溫爆管與泄漏事故也頗為常見(jiàn)，其主要問(wèn)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(guò)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(zhǎng)期運(yùn)行后又發(fā)生泄漏。
2.聯(lián)箱中間隔板焊接問(wèn)題
聯(lián)箱中間隔板在裝隔板時(shí)沒(méi)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(wèn)題
據(jù)調(diào)查，由于消聲器角焊縫未焊透等質(zhì)量問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)題
鍋爐的受熱面絕大多數(shù)是受壓元件，尤其是過(guò)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(wèn)題
GB9222-88水管鍋爐受壓無(wú)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(zhǎng)期運(yùn)行中，銹蝕量較大，但因管徑小，無(wú)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(guò)熱而爆管。在過(guò)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Ｈ玳L(zhǎng)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(wèn)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(wèn)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(guò)程中，應(yīng)該用合金鋼的高溫過(guò)熱器出口聯(lián)箱管座錯(cuò)用碳鋼，使碳鋼管座長(zhǎng)期過(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)題，從而導(dǎo)致爆管。這類問(wèn)題在機(jī)組試運(yùn)行期間更為多見(jiàn)。
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(lái)的問(wèn)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(lái)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(wú)法用調(diào)整左右側(cè)噴水量來(lái)平衡兩側(cè)的汽溫。
