電廠鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及預防措施

李湘岳

摘 要：高溫過熱器是電廠鍋爐中的一個重要構件，其爆管事故不僅會影響到電廠經(jīng)濟效益，還會對電廠企業(yè)的安全運行造成嚴重的影響。本文結合實例，對某鍋爐高溫過熱器爆管事故的原因進行了分析，并提出了相應的預防措施，旨在為解決此類型鍋爐高溫過熱器爆管事故提供幫助。

關鍵詞：鍋爐；高溫過熱器；電力工業(yè)；發(fā)電設備

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.111

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的電力工業(yè)建設也取得了迅猛的發(fā)展，各種類型的大容量火力發(fā)電機組不斷投入使用。當前，在電廠企業(yè)中，鍋爐結構及其運行日益復雜，由于設計、制造和運行管理等原因，鍋爐爆管事故時有發(fā)生，嚴重影響到了電廠發(fā)電設備的安全、穩(wěn)定運行。其中，高溫過熱器作為鍋爐的主要構件之一，其爆管事故的損失最大，是影響電廠安全供發(fā)電的主要因素之一。基于此，筆者進行了相關介紹和研究。

1 事故情況

某電廠的160 t/h電站鍋的型號為UG-160/9.8-M，最大連續(xù)蒸發(fā)量為160 t/h，過熱器出口工作壓力為5.3 MPa，過熱蒸汽溫度為450 ℃，給水溫度為158 ℃，循環(huán)方式自然循環(huán)。低溫過熱器、高溫過熱器兩側均安裝有2臺IR525型長伸縮式蒸汽吹灰器，吹灰蒸汽參數(shù)為1.1 MPa和310 ℃。該機組自2009-04投產(chǎn)運行，2010年首次內(nèi)部檢驗，檢驗中對高溫過熱器、低溫過熱器等進行測定和脹粗檢測，均未見異常；2012-08，該臺鍋爐高溫過熱器爆管泄漏，被迫停爐處理，并進行了內(nèi)部檢驗。檢驗發(fā)現(xiàn)爆管部位為爐右側第2屏背流面第1根管子，管子規(guī)格為φ38 mm×4 mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG鋼。

2 爆管檢測分析

2.1 宏觀檢查

在爆管處，通過對爆管內(nèi)、外表面宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，爆口邊緣最薄為1.7 mm，內(nèi)、外表面無明顯氧化減薄現(xiàn)象，爆口長為209 mm，寬30 mm，呈喇叭放射狀，爆口最大脹粗為79 mm，距離爆口裂紋尖端25 mm處管子的脹粗為59.23 mm，爆口處管壁呈刀刃狀，爆口向外翻卷；爆口的內(nèi)壁附近由于受到管內(nèi)高溫、高壓蒸汽的沖刷而光潔度較高；泄漏的管子由于受到高壓、高速氣流的反作用力，造成了爆管附近管子變形、吹損及管壁厚度減薄。

2.2 金相組織檢測

12Cr1MoVG鋼高溫過熱器管的金相組織通常由鐵素體和珠光體或貝氏體組成。在較高溫度下，長期使用會使珠光體中的滲碳體發(fā)生球化。所檢測管段的金相組織如圖1和圖2所示，其金相組織形態(tài)為鐵素體（白色區(qū)域）和珠光體（暗色區(qū)域）。圖1珠光體的形態(tài)完好，只有層片狀滲碳體呈斷續(xù)狀，出現(xiàn)了初期的輕微球化，組織處于較好的狀態(tài)；圖2為減薄處的金相組織，減薄處的組織除邊上有損傷外，其特點與正常高溫過熱器材料組織并無差別。

2.3 化學成分檢測

高溫過熱器管材質(zhì)為12Cr1MoVG，經(jīng)光譜儀對爆管段化學成分分析，結果如表1所示，分析結果符合《高壓鍋爐用無縫鋼管》（GB 5310—2008）標準。

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2.4 力學性能分析

對爆管段進行常溫力學性能測試，結果如表2所示，均未發(fā)現(xiàn)異常，各項強度指標均在GB 5310—2008標準之內(nèi)。

高溫過熱器管成分符合相關標準，金相組織處于良好狀態(tài)，球化輕微，力學性能尚好。因此，此次過熱器爆管可排除高溫過熱器管選材錯誤、高溫蠕變、材質(zhì)失效等方面的因素。

3 爆管原因分析

從嚴重磨損的情況分析，高溫過熱器管是外表面受到非正常的沖刷磨損，處于爆管的16#蒸汽吹灰器中心線高度附近。在對比分析的基礎上，筆者認為這一非正常磨損主要來自于蒸汽吹灰器吹灰時噴出的蒸汽對高溫過熱器的過度沖擊。

3.1 吹灰參數(shù)偏離設計工況和程序不合理

該公司鍋爐所用吹灰器是美國戴蒙德專利產(chǎn)品，吹灰器由傳動部分、吹灰槍管、吹灰進汽閥組成，采用的吹灰介質(zhì)是來自鍋爐的低壓過熱蒸汽，設計閥前壓力為2.0～3.0 MPa，溫度低于350 ℃，吹灰壓力為1.07 MPa，最高壓力為3.92 MPa。但該鍋爐實際吹灰器汽源為汽包飽和蒸汽，飽和溫度為260 ℃，蒸汽濕度大，在相鄰兩次吹灰時間間隔內(nèi)會有大量的蒸汽凝結成水集存于系統(tǒng)管道中。而吹灰器啟動前的疏水時間為300 s，疏水不充分，即使延長疏水時間，由于采用的是程控吹灰，要先吹14臺爐膛內(nèi)吹灰器，每臺吹灰器時間為144 s，然后才采用過熱器吹灰，因此，間隔時間較長，吹灰管線內(nèi)產(chǎn)生了積水。過熱器啟動初期壓力較高，高壓水瞬間高速噴射到過熱器管壁上，對管壁造成強烈的沖刷磨損，日積月累最終造成管壁減薄爆管。

3.2 監(jiān)督管理不到位

戴蒙德吹灰器全部由廠家提供現(xiàn)場工藝安裝方案、參數(shù)調(diào)整等技術服務，雖然在安裝使用過程中提出了一些改進意見，但不夠完善和全面，對吹灰器參數(shù)調(diào)整、監(jiān)督管理存在不到位情況。

4 預防措施及效果

4.1 預防措施

4.1.1 更換爆破、減薄管段

根據(jù)對過熱器管檢測結果，決定對吹損減薄壁厚小于2.1mm的管段進行更換。新?lián)Q管段的材質(zhì)選用與高溫過熱器同材質(zhì)的12Cr1MoVG合金鋼，管段接合面采用氬弧焊焊接，并對焊口進行100%射線檢測，確保焊口100%合格。

4.1.2 改進吹灰器

針對吹灰器汽源蒸汽帶水的問題，我們建議該廠對吹灰器進行試驗改進，延長鍋爐疏水時間，修改吹灰程序，采取間斷疏水并提高疏水溫度、增設壓力測點，引入DCS和電腦程控吹灰系統(tǒng)，采用1 MPa的過熱低壓蒸汽作為吹灰器汽源。由于低壓蒸汽對應壓力下飽和溫度僅為186 ℃，過熱低壓蒸汽過熱度較高，即使吹灰前不疏水或吹灰器、相關系統(tǒng)管道有一定的散熱、降溫過程，吹灰器運行期間也不會出現(xiàn)吹灰蒸汽凝結帶水吹損受熱面管束的問題。同時，吹灰疏水進入疏水箱，并經(jīng)疏水泵進入除氧器，吹灰疏水和排汽可全部回收利用，有效避免了以汽包飽和蒸汽作為吹灰器汽源在疏水時產(chǎn)生的大量汽水、熱量損失。具體改進措施如下：①將所有吹灰系統(tǒng)與吹灰器相連的磨損泄漏嚴重的彎頭更換。②按吹灰器流程，在原吹灰系統(tǒng)增加進汽手動閥4只。吹灰系統(tǒng)分為三層控制，第一層為爐膛下層吹灰系統(tǒng)，共8臺固定式短吹灰器；第二層為右墻吹灰系統(tǒng)，共2臺爐膛固定式短吹灰器、1臺過熱器長伸縮式吹灰器；第三層為左墻吹灰系統(tǒng)，共4臺爐膛固定式短吹灰器、1臺過熱器長伸縮式吹灰器、2臺省煤器短伸縮式吹灰器。每層1個手動閥、1個電動閥，該鍋爐吹灰總線一個手動總閥。③將與原汽包自用汽相連的吹灰系統(tǒng)管線割除，汽包上自用汽管線出口加2只手動閥，并在閥后加盲板。④各層吹灰系統(tǒng)疏水線匯總后，各加1個疏水手動閥，分別安裝在該鍋爐吹灰疏水電動總閥前，疏水由去排污擴容器改為去疏水總管，最后進入該鍋爐疏水擴容器。⑤在該鍋爐疏水電動閥門前管線上加裝熱電偶、壓力表，信號接入吹灰控制系統(tǒng)。⑥鍋爐吹灰蒸汽總管南側疏水一路去該鍋爐排污總管，一路接入該鍋爐疏水總管后進入該鍋爐疏水擴容器，均可作為吹灰總管夏天疏水用。⑦鍋爐吹灰蒸汽總管南側用φ60 mm×4 mm的管線與該鍋爐電除塵伴熱進汽總管相連，為電除塵伴熱備用汽，可作為吹灰總管冬季疏水用。

4.1.3 過熱器管束增加防磨護板

原過熱器管束無防磨護板，煙塵磨損或吹灰蒸汽沖擊很容易使受熱面損壞。因此，檢驗后，我們建議電廠對該鍋爐高溫過熱器背流面和低溫過熱器迎流面吹灰器吹掃范圍內(nèi)增加防磨瓦。

4.1.4 加強鍋爐檢驗檢查管理工作

通過加強對鍋爐檢驗檢查管理工作和吹灰器使用過程中的管理工作，并增大過熱器監(jiān)測范圍，對可能出現(xiàn)的問題及時發(fā)現(xiàn)和解決，可確保鍋爐的安全運行。

4.1.5 檢查其他吹灰器附近的管壁

鑒于此次高溫過熱器爆管是因吹灰器吹灰時蒸汽過度沖擊所造成的，因此，在定期檢驗時，應重點對該鍋爐其他吹灰器附近水冷壁厚度進行檢測。檢測中共發(fā)現(xiàn)壁厚小于2.5 mm水冷壁管30根，其中，有6根水冷壁管厚度小于等于2.0 mm。通過及時更換不合格管段，避免了該鍋爐可能發(fā)生大面積爆管的惡性事故。

4.2 整改效果

該鍋爐從2012-08月檢修、檢驗整改后啟動至2014-08停爐檢驗，實現(xiàn)累計連續(xù)安全運行17 280 h，在該鍋爐24個月的運行中，大部分時間保持90%以上額定負荷運行。2014年，該鍋爐大修檢驗期間均對該爐爐膛及過熱器附近共計16個吹灰器吹掃范圍內(nèi)水冷壁管和過熱器管段進行了檢查、檢測。檢查結果表明，爐膛內(nèi)水冷壁管、過熱器管上無大塊焦渣，僅在壁面上浮著1～2 mm浮灰。該鍋爐高溫過熱器管2012年與2014年的具體監(jiān)測數(shù)據(jù)對比如表3所示。

從表3可見，因爆管、壁厚不合格更換的高溫過熱器管段無明顯變薄，吹灰器工藝措施改進后在吹灰器吹掃范圍內(nèi)未更換的管段磨損無明顯加重。由此可見，高溫過熱器爆管的整改措施行之有效。

5 結束語

綜上所述，在高溫過熱器的實際使用過程中，時常會發(fā)生爆管事故，不僅會造成電廠企業(yè)經(jīng)濟效益的損失，還會給電廠的安全、穩(wěn)定運行構成威脅。因此，相關工作人員要把監(jiān)督檢驗管理工作做到位，嚴格按照廠家的說明書及運行規(guī)程進行操作；加強操作管理，從而確保鍋爐的安全、穩(wěn)定運行。該鍋爐高溫過熱器通過采取上述措施進行處理，取得了良好的成效，對鍋爐的安全、穩(wěn)定運行具有重要的參考價值。

參考文獻

[1]郭偉平.鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及防范措施[J].技術與市場，201（06）.

[2]王文濤，董鵬，王濤英.670 t/h鍋爐過熱器頻繁爆管原因分析及預防措施[J].發(fā)電與空調(diào)，2016（01）.

〔編輯：張思楠〕