鍋爐穿屏管與屏式過熱器存在機(jī)械磨損問題的研究

摘 要： 屏式過熱器是鍋爐過熱器系統(tǒng)的的一個重要組成部分，由于處于爐膛溫度較高的區(qū)域，在高溫?zé)煔鈹_動下，管排與管排、管與管之間會來回晃動，產(chǎn)生摩擦，從而導(dǎo)致爐管磨損泄漏。通過對穿屏管與受熱面管之間磨損機(jī)理的研究，找出原因，設(shè)計出一個恰當(dāng)?shù)姆滥パb置，將因為機(jī)械磨損導(dǎo)致屏式過熱器泄漏的的可能性降到最低，保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：磨損 熱處理 焊接 檢查 覆蓋 煙氣

Abstract： Screen superheater is an important part of heater system，as a result of being High temperature furnace area，In the high temperature flue gas disturbance will sway back and forth between the tube rows， pipes and tubes， friction， wear and tear resulting tube leak. By studying the mechanism of wear between the tube and the heating surface wear screen tube， to find out why， to design a proper wear devices， will lead to the possibility of Mechanical abrasion because platen superheater minimize leakage and ensure the safety of boiler stable operation.

Key words： wear； Heat treatment； Welding； Check； Cover； The flue gas

中圖分類號：TK223.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）08-0266-02

引言

歷來屏式過熱器是防磨防爆檢查的重點，而穿屏管與管排的接觸位置又是檢查重點中的重點，這是因為由于在屏式過熱器位于爐膛上方，煙氣溫度較高的區(qū)域，在高溫?zé)煔獾臄_動下。管屏間的晃動會產(chǎn)生機(jī)械摩擦，從而導(dǎo)致磨損，最終隨著管壁的減薄，產(chǎn)生爆管現(xiàn)象。

一、實施背景

內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（下稱托電）歷年由于鍋爐四管爆漏造成的非計劃性停運(yùn)事故占機(jī)組非停64%的比例，而由于機(jī)械磨損在此之中又占一半以上比例。此次利用托電公司8號爐小修的機(jī)會，實施對主要存在機(jī)械磨損的屏式過熱器進(jìn)行技術(shù)改造。

二、設(shè)備簡介

托電8號鍋爐型號：DG2070/17.5-Ⅱ4；亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的π型汽包爐，再熱汽溫采用煙氣擋板調(diào)節(jié)，空氣預(yù)熱器置于鍋爐主柱外。

屏式過熱器位于爐膛的上方，為全輻射式受熱面。沿爐膛寬度方向布置有16片，橫向節(jié)距S1=1265mm，縱向節(jié)距S2=43mm。為減少同片管屏間的熱偏差，沿爐膛深度方向每片管屏由前屏和后屏兩小屏組成；每小屏由29根Φ38×6管子組成，繞制成U形，進(jìn)口段采用12Cr1MoVG材料，出口段采用SA-213T91材料。全輻射的屏式過熱器直接吸收爐膛的輻射熱，這樣把輻射式過熱器與對流式過熱器組合在一起的固有特性，使其能夠在保證的溫度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)有一條比較平滑的特性曲線。

為改善管子固定并減少結(jié)渣，屏式過熱器管屏設(shè)有3層回繞管和8根夾持管；屏式過熱器夾持管規(guī)格為Φ38×6，進(jìn)口段采用12Cr1MoVG材料，出口段采用SA-213T91材料，共布置有8根。屏式過熱器底部為保證管屏的平整，防止管子的出列、錯位和焦渣的生成，布置成三井·巴布科克獨有的底部膜式壁結(jié)構(gòu)。

屏式過熱器采用了短分配集箱與母管相連的柔性連接方式：每一片屏式過熱器受熱面管屏與一根短分配集箱連接，短分配集箱再通過連接管與屏式過熱器的進(jìn)、出口母管集箱相接。

1.設(shè)備簡圖

2.泄漏部位

托電公司8號爐本次受熱面泄漏點位置是在后屏過熱器入口段穿屏管處，前數(shù)第1根管后側(cè)表面，具體位置見圖一。從前數(shù)第一根（圖中為1號）泄露的受熱面管之外，此處的穿屏管（圖中為3號）也因為機(jī)械磨損而管壁減薄超標(biāo)，另外，前數(shù)第2根管（圖中為2號）的前側(cè)表面因受到泄漏蒸汽的吹掃，導(dǎo)致管壁減薄超標(biāo)?，F(xiàn)場實際圖如下：

從現(xiàn)場照片來看，這屬于典型的由于機(jī)械磨損造成的鍋爐試管泄漏，鍋爐在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬魉僮罡呖蛇_(dá)9～10m/s，因此會對受熱面產(chǎn)生橫向的作用力，使管排中的管束產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生碰撞摩擦，長此以往，試管管壁在內(nèi)受高壓蒸汽壓力外受機(jī)械撞擊力的情況下，磨損減薄泄漏。

三、防磨裝置的設(shè)計思路

根據(jù)此類受熱面穿屏管的特點，可以在管上設(shè)計一種限位裝置既可以防止管與管之間的晃動，又可以防止其產(chǎn)生碰撞摩擦。下面對在這種焊接在管子上的限位裝置可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)行探討。

1.設(shè)計問題

鍋爐受熱面管在運(yùn)行中受熱后會產(chǎn)生變形、膨脹和位移。因此對定位連接卡塊有一定的連接要求，即不管如何定位，都不能加大定位連接件處的應(yīng)力集中，要始終保持其能自由膨脹通暢。

2.焊接問題

定位連接卡塊的加裝勢必會引起定位部位的應(yīng)力變化。因此，使用焊接方式安裝卡塊會對連接部位的焊縫質(zhì)量要求較高，不能因為焊接質(zhì)量不好，加劇定位卡塊與受熱面管焊接部位的熱應(yīng)力，從而提高失效的概率。

3.檢驗問題

由于穿屏管橫穿整個后屏過熱器，所以需要焊接的部位很多，安裝限位卡塊的部位不易檢驗，故一旦金屬檢驗不到位出現(xiàn)問題，就會造成泄漏事故。因此，凡是需要焊接卡塊的地方，必須經(jīng)金屬人員進(jìn)行人處理及檢驗合格。

4.限位塊形狀設(shè)計

5.限位卡塊的安裝

由于大唐托電8號爐后屏過熱器穿屏管材質(zhì)為T91，故選用的的卡塊材質(zhì)盡量使用相同材質(zhì)的材料，避免使用其他鋼材造成異種鋼焊接產(chǎn)生的焊接熱應(yīng)力使焊接接頭失效。

焊接T91鋼的主要問題除了要防止焊接裂紋外，還要注意控制好焊接區(qū)域的保護(hù)，防止熔池和近縫區(qū)金屬的氧化，并控制好焊接工藝條件，以便確保必要的焊縫韌度和防止過低的焊接接頭熱強(qiáng)系數(shù)。

6.效果檢查

2014年2月穿屏管改造完成以來，托電公司8號爐屏過改造部位還還沒有因為機(jī)械磨損引起的爆管事故。

四、結(jié)束語

托電公司歷年的機(jī)組非停事故，因四管爆管泄漏造成的停爐占很大一部分比例。其中，機(jī)械磨損在磨損原因分析中又占到較大的比例，所以鍋爐專業(yè)的防磨防爆檢查至關(guān)重要，發(fā)現(xiàn)問題，及時匯報，及時處理，有了這次穿屏管改造的成功經(jīng)驗，利用機(jī)組檢修、停備等間隙我們準(zhǔn)備把這項防磨措施的技術(shù)改造，應(yīng)用到其他機(jī)組，努力降低因機(jī)械磨損造成的爆管事故。貫徹落實大唐國際的總體要求和部署，持續(xù)推進(jìn)可靠性管理工作，強(qiáng)化基礎(chǔ)管理，開展隱患治理，深入開展“設(shè)備降缺陷”和“機(jī)組降非停”活動，穩(wěn)步提升設(shè)備可靠性，控制機(jī)組因“四管”泄漏非計劃停運(yùn)的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]《電站重要金屬部件的失效及其監(jiān)督》蔡文河、嚴(yán)蘇星編著

[2]《火電廠高溫部件剩余壽命評估》周順深 著

[3]《鍋爐設(shè)備檢修》 鄢曉忠（主編）.鍋爐設(shè)備檢修[M]. 北京：中國電力出版社，2009：141-154.

作者簡介：李曉東，（1985-），男，助理工程師 長期從事鍋爐本體檢修技術(shù)指導(dǎo)工作。