鍋爐過熱器管子變形亂排原因分析及解決方案

摘要：印度納佳SGPL電廠2×660MW工程#1鍋爐整套調(diào)試期間過熱器管子發(fā)生變形亂排，活動夾塊脫落的情況，通過對調(diào)試過程及歷史數(shù)據(jù)的分析找到了變形的原因。同時研究解決方案，對變形、亂排的管子進行了修復處理。針對造成管子變形的因素提出了運行操作建議，防止再次發(fā)生過熱器管子變形。

關鍵詞：管子變形;超溫;受熱面修復;操作建議

1 鍋爐說明

印度SGPL電廠鍋爐為哈鍋設計制造的660MW鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結構、露天布置的π型超臨界鍋爐。

分隔屏膨脹限值說明

納佳SGPL電廠鍋爐分隔屏活動夾塊上下共五層，相鄰管間活動夾塊采用凸塊凹塊連接，吸收由于管間溫差所產(chǎn)生的膨脹差。由于分隔屏各管與頂棚管之間均采用焊接結構，因此各管間相對膨脹差值以頂棚管處為零點，向下逐漸增大，一般在管屏下端達到最大值。按原設計，最內(nèi)圈的管子入口和出口為相鄰管，雖然材料相同，但設計平均溫差達到53℃，在最下層活動夾塊處相對脹差為0.8英寸;其它相鄰管間溫差一般都在10℃以內(nèi)，入口段個別管間由于材料不同，在最下層活動夾塊處相對脹差最大值為1英寸;我們在管屏下層所采用的1.5英寸活動夾塊，允許管間溫差最大可達115℃，相比設計值有較大的余量，完全可以滿足運行要求。

2 過熱器管子變形情況

2016年8月9號鍋爐停爐冷卻后進入鍋爐檢查，發(fā)現(xiàn)屏式過熱器管子出現(xiàn)較嚴重的彎曲變形，下部管子脫出卡扣并移位，出現(xiàn)亂排，特別是第2屏、第5屏管子變形嚴重。部分末級過熱器管子也發(fā)生彎曲、鼓起。見下圖

3 過熱器變形原因分析

1）超溫：鍋爐從7月31日到8月8日啟動運行期間由于印方運行人員操作水平有限，燃料投入過快過急，給水調(diào)節(jié)幅度過大造成屏過金屬壁溫多次嚴重長時間超溫，如第二屏超溫19次，總共超溫221分鐘，最高達610℃（屏過壁溫限值565℃）。第五屏超溫17次，總共超溫時間144分鐘，最高達607℃。

2）溫度變化速率過快：由于水煤比失調(diào)，減溫水投入過多過快，造成汽溫上竄下跳，變化劇烈。最大升溫速率達32.4℃/min，最大降溫速率62℃/min。

管子受熱會膨脹，超溫后過分膨脹會產(chǎn)生塑性形變。由于鍋爐內(nèi)復雜的熱力場及煙氣流動，不同區(qū)域管子客觀存在受熱偏差及不同煙氣沖擊力，而在超溫后又多次快速降溫冷卻，管子收縮不一致，造成管子脫出卡扣限制。由于多次過快的升溫、降溫及超溫，造成了屏過及末級過熱器部分管子變形。

3）同屏管子之間溫差大：分隔屏過熱器同屏管間的工質流量分配是按照滿負荷工況計算，在低負荷階段由于總的工質流量低，同屏各管間的工質流量偏差會比設計工況加大，所以運行要求在低負荷階段要嚴格控制爐膛內(nèi)的熱輸入量，如果低負荷階段運行控制不當，給煤量過大，就會造成管屏局部超溫，同時也會造成同屏各管間壁溫偏差加大，當同屏相鄰管子間壁溫偏差超過活動夾塊設計允許的膨脹差值，就會使管子脫離活動夾塊的限制，造成管子出列變形。

運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，所有相鄰管溫差均超過了80℃，其中大部分溫差超過115℃，最大溫差達到219℃，而且很多情況下連續(xù)多根相鄰管子溫度高低錯落，這就必然存在很多相鄰管膨脹趨勢與設計相反的情況，因此在實際運行中正向膨脹超過限值和反向膨脹兩種情況同時存在，溫差均已遠遠超過了活動夾塊極限溫差范圍，這是造成活動夾塊相互脫離和管子出列的原因，而且如此大膨脹差會使得分隔屏底部水平段相鄰管發(fā)生碰撞，阻礙管子膨脹，這會進一步導致管子彎曲變形，活動夾塊崩落等現(xiàn)象。

4 修復處理

1）在所有變形區(qū)域搭建檢修平臺，分別檢查每根管子的變形情況并做好標記和記錄。2）檢查屏過管子是否有磨損、泄漏，有裂縫的管子全部更換。3）用卡鉗測量變形管子的直徑，直徑變化超過2.5%的全部更換。4）用厚度測量儀測量變化嚴重的管子的厚度，如果管子厚度小于廠家圖紙要求的最低厚度則更換該管子。5）仔細檢查卡塊的情況，并做好記錄，損壞的、脫落的進行更換、修復處理。6）由廠家根據(jù)實際情況判定管子變形程度，輕微變形的管子進行校正處理，變形嚴重的管子更換新管子。7）換管需焊接的嚴格按照焊接工藝進行，焊后冷卻至室溫，100%PT+100%RT檢查合格。8）全部處理完成后，鍋爐進行整體水壓試驗檢查合格。

5 運行建議

針對以往運行過程出現(xiàn)的問題，以及為避免分隔屏過熱器再次發(fā)生超溫，提出如下運行調(diào)整建議：

1）升溫、升壓不能超過廠家啟動曲線速率要求。各段受熱面汽溫、金屬壁溫變化速率一般控制在1.5℃/min以內(nèi)。2）啟動過程中嚴格按照廠家說明書中要求的限制值控制各參數(shù)。3）啟動初期，盡量使用下層油槍，少投上層油槍，防止各受熱面超溫。磨煤機投運后撤除油槍優(yōu)先保留下層油槍，直到所有油槍全部撤除。4）投油槍不宜太快，快速投入多只油槍，會造成水冷壁內(nèi)的水被快速加熱膨脹，即使兩路溢流閥全開，分離器液位仍會快速上升觸發(fā)MFT。5）啟動、停止制粉系統(tǒng)時控制總給煤量不變（穩(wěn)定），避免溫度和壓力波動大。變負荷調(diào)整時單臺磨給煤量增減每次不超過5t/h。6）煤粉細度控制在R90不超過20%，以保證煤粉在主燃燒區(qū)域完全燃盡，避免由于燃燒推遲造成火焰中心提高，從而造成爐膛出口溫度升高。7）現(xiàn)實際燃用煤質偏離設計煤質很多，對鍋爐安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行均有較大影響，鍋爐再次啟動前應提前確認實際運行煤質，以便開展后續(xù)工作。8）磨煤機消防蒸汽母管閥門運行期間打開，保持熱備用。9）運行人員應明確分工，分別監(jiān)視和調(diào)整相應的系統(tǒng)（如：煙氣系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)），并且加強各操作員相互之間溝通與協(xié)調(diào)。10）減溫水及時調(diào)整，

大幅度開、關閥門，應在溫度有上升、下降趨勢時進行預調(diào)、細調(diào)，維持溫度基本穩(wěn)定。11）一次風率高，應盡量少開冷風擋板多開熱風擋板，減少一次風量，使一、二次風比例與設計值一致。12）給煤量、給水量增、減變化幅度不宜太大，避免負荷、汽溫、汽壓劇烈波動。13）鍋爐轉干態(tài)運行后，增加給煤量同時注意增加給水量，維持過熱度穩(wěn)定。14）給水旁路切換主路時應盡量短時間切換至主路電動門全開運行，切換過程中主路電動門打開、關小旁路閥和給水泵出力三者應協(xié)調(diào)控制進行，維持給水量穩(wěn)定。在長期運行過程中主路電動閥必需全開運行，防止閥芯沖壞。15）低負荷階段，由于過熱器系統(tǒng)產(chǎn)汽量少，如果爐膛熱輸入量控制不當易造成分隔屏壁溫超溫，當分隔屏過熱器壁溫開始升高時，優(yōu)先通過降低煤水比進行調(diào)節(jié)，避免大量投入過熱器一級減溫水。16）鍋爐和汽機運行人員加強溝通協(xié)調(diào)，汽機側升降負荷應提前告知鍋爐，鍋爐側升降負荷應提前告知汽機側。機組常規(guī)降負荷順序：汽機減負荷，待壓力升高后再減燃料量，減給水，按少量多次調(diào)整的原則，逐步降低負荷至目標值。不能一次性將燃料量、負荷減少至目標值，這樣會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，參數(shù)波動大;機組升負荷順序：鍋爐加燃料，加給水，待壓力升高后再增加電負荷，按少量多次調(diào)整的原則，逐步提高負荷至目標值。不能一次性將燃料量、負荷增加至目標值，這樣會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，參數(shù)波動大。

6 總結

從8月8日停機到10月14日消缺完成后再次點火啟動共停機68天，嚴重的延誤了工期，造成了極大的經(jīng)濟損失。事故發(fā)生后首先對鍋爐進行了全面的檢查，確定損壞程度，聯(lián)系鍋爐廠與現(xiàn)場工程師一起進行了詳細的分析，制定了修復方案。其次，翻閱試運記錄、調(diào)取DSC歷史記錄數(shù)據(jù)并查找大量的資料分析出事故發(fā)生的原因。再次，通過對事故過程的分析提出了運行建議，并與業(yè)主SGPL進行了多次交流溝通，使他們認識到自身運行水平的不足，愿意接受我們提供的運行建議，承若下次啟機時聽從我們的指導。加強了對業(yè)主SGPL管理與運行人員的培訓，以提高業(yè)務水平。最后制定了詳細的機組啟動程序文件，以指導機組的順利啟動，避免再次發(fā)生不必要的事故。

10月14日機組再次啟動，完全按照啟動程序操作，嚴格控制各參數(shù)，啟動過程中重要參數(shù)如煤、水、風的調(diào)整遵從我們的指導，機組順利啟動，各參數(shù)運行平穩(wěn)。

參考文獻：

[1]鍋爐說明書.

[2]鍋爐圖紙資料.

作者簡介：周文武（1985），男，中國能建華北電力試驗研究院鍋爐所主任工程師，長期從事鍋爐調(diào)試技術研究工作。