火力發電廠超超臨界鍋爐防爆管施工工藝研究

2013-08-15 00:51:18郭兵

山西建筑 2013年36期

郭兵

(山西省電建一公司，山西大同 037043)

1 概述

最近幾年，我國的生產建設和人民生活對電力的要求不斷增長，因此，電站鍋爐容量相應的也在不斷地增加。鍋爐容量的增加既滿足了社會的需求，也提高了鍋爐熱效率，為國家節省了煤炭資源。但是，鍋爐容量提高對鍋爐設備制造工藝、安裝技術水平的要求也不斷提高，高壓力、高出力的鍋爐系統龐大、結構復雜，導致鍋爐爆管的潛在因素也在增加。國內已投產的超超臨界機組在調試、運行過程中基本上都出現了不同程度的爆管現象，由于超超臨界機組容量較大，因鍋爐爆管而產生的非停對電網沖擊也較大。本文從設備設計、制造運輸、設備安裝、調試、運行等幾個方面作了分析，提出了防爆管的觀點，以饗讀者。

1.1 簡介

以西塞山電廠為例，西塞山電廠二期工程設計為兩臺裝機容量680 MW的國產超超臨界機組，為探討研究設備設計、制造、安裝、運行等各個環節中導致超超臨界機組發生爆管的原因，有針對性采取相應的管理措施和技術措施，成立了防爆管項目研究課題。本課題主要研究探索超超臨界機組鍋爐防爆管施工工藝。

1.2 鍋爐參數及結構特點

西塞山二期2×600 MW級燃煤發電機組，鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用∏形布置、單爐膛、反向切圓燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環泵啟動系統、一次中間再熱、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構。鍋爐最大連續蒸發量2 098 t/h，過熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為603℃，給水溫度為296.1 ℃。

2 超超臨界鍋爐爆管原因分析

2.1 設備設計原因

分析:該鍋爐設計特點是:

1)本鍋爐采用改進型的內螺紋管垂直水冷壁，即在上下爐膛之間加裝水冷壁中間混合集箱，以減少水冷壁沿各墻寬的工質溫度和管子壁溫的偏差，節流孔圈裝設在小直徑的下聯箱外面較粗的水冷壁入口管段上以加大節流度，提高調節流量能力。

水冷壁中間混合集箱區域水冷管結構復雜，制作困難，彎曲半徑小于50 mm，容易產生堵塞，建議改進。

2)過熱器系統采用四級布置，沿蒸汽流程依次為水平與立式低溫過熱器、分隔屏過熱器、屏式過熱器和末級過熱器。再熱器分成低溫再熱器和末級再熱器兩級。采用適合高蒸汽參數的超超臨界鍋爐的高熱強鋼:由于鍋爐的主汽和再熱汽溫度均在600℃以上，對高溫級過熱器和再熱器，大量采用了25Cr20NiNb鋼(SA-213TP310HCBN)和改良型細晶粒18Cr級奧氏體鋼(SA-213S30432)。P91，P92，Super304，HR3C 等高合金材料在現場得到廣泛應用。

末級過熱器和再熱器均為立式管屏，管屏上的夾持板卡快均為φ8×15鋼筋短接焊接在管屏上，機械焊接難度大，極易損害木材，引起爆管，建議改為同材質的方鋼，易于焊接，不傷母材。

總結:設備設計合理、技術成熟、工藝需要改進，不是造成超超臨界機組鍋爐爆管的主要原因。

2.2 設備制造及運輸原因

分析:受熱面在制造過程中有可能存在如下質量缺陷:如母材受損、裂紋、砂眼、焊縫缺陷、咬邊、弧坑等，在試運過程中因受熱及壓力增大超出材料極限應力而爆管;受熱面運輸及裝卸過程中受外力作用被碰傷、擠壓等，造成管子變形、凹坑、材質以低代高焊材用錯等，管子在受熱后局部應力集中，而引起爆管。

總結:設備制造過程中焊接、材質、內部清潔度、節流孔位置及尺寸等方面產生的質量缺陷是導致鍋爐爆管的主要因素。建議加強設備制造期間的質量管理，對于鍋爐總廠擴散的分廠業主方及相關技術人員要密切聯系廠家，加強各個分廠的質量管理，對于出廠的焊口嚴格按規范進行復檢，合金材料按規范進行光譜復檢。

2.3 設備安裝原因

分析:集箱和管子加工過程中會存在切削片、刨花片，拼裝組焊過程中容易帶入焊條頭、石子、氧化皮等雜物。組合安裝前，雖有壓縮空氣吹掃、通球、內窺鏡檢查等工序，但仍有清理死角，導致雜物存留在受熱面內，吹管時氣流擾動吹出而堵塞在節流孔處，引發鍋爐爆管。

受熱面出廠時均進行水壓試驗，雜物粘結于受熱面內壁上，銹蝕后，與內壁粘貼牢固，壓縮空氣吹掃、通球均不能有效清除，鍋爐經過酸洗、吹管等過程與管壁剝離，堵塞在集箱管口或節流孔處引發爆管。

受熱面高空作業安裝時，一些雜物落入受熱面系統內，水壓、酸洗臨時管道安裝時，若直接用電焊焊接，焊渣會進入正式系統內，上述雜物在吹管過程中堵塞節流孔圈引發鍋爐爆管。

受熱面安裝過程中，施工人員對設備要進行鰭片切割、拼縫、對口、密封焊、熱處理等操作，如不慎將受熱面管子割傷、管材減薄、焊接咬邊、熱處理時間不到位等傷及母材的缺陷發生又不及時修復，將在高溫高壓下爆管。

總結:設備安裝過程中焊接、材質、內部清潔度等方面產生的質量缺陷是導致鍋爐爆管的主要因素。建議加強安裝過程中的質量控制，嚴格按驗收規范進行驗收。包括管排吹掃、通球、內窺鏡檢查以及管排光譜檢驗，焊材的光譜檢驗、烘烤，焊后焊口的金相檢驗、熱處理等。

2.4 鍋爐調試及運行原因

分析:

1)由于燃燒器是布置在水冷壁墻上的切圓形式，而不是四角切圓，在特殊情況下，例如在濕態轉干態的過程中，鍋爐強制循環泵流量此時有300 t/h左右，在停止運行鍋爐循環泵后，鍋爐給水流量減少，燃燒器噴口二次周界風開度小，若一次風和二次風配風不當，會造成燃燒器出口煙氣偏斜，噴口右側水冷壁管(壁溫測點335號～339號附近管)溫升過快，長時間運行，會造成管材疲勞，產生爆管。

2)安裝期間，一些泥土和細小的沙石很難吹掃干凈，運行期間容易凝結成珠狀圓塊，沉積于節流圈區域和一些死角，造成過熱爆管。特別是鍋爐酸洗后，沉積物主要堆積在水冷壁下集箱、疏水箱、除氧器內，酸洗后需要及時清理這部分容器。

3)由于燃煤煤種的變化，煤粉在燃燒室結成較大塊的凝渣，落入撈渣機前，首先撞擊水冷壁冷灰斗，水冷壁冷灰斗受激烈撞擊后，容易產生爆管。運行一段時間，煙氣中的灰分沖刷管壁，造成過熱器、再熱器管壁減薄，也是爆管的原因之一。

在無溶解氧的水中，鐵和水反應生成Fe3O4，放出氫氣。在超超臨界鍋爐長時間運行過程中，由于機組升降負荷和鍋爐燃燒調節，會造成金屬溫度頻繁變化，在管內壁形成多層氧化膜，最終導致氧化皮剝離。剝離的氧化皮會在節流孔位置沉積，造成節流孔孔徑減小甚至堵塞，堵塞后的受熱面管內沒有介質流動，造成管道干燒超溫而爆管。

總結:鍋爐運行過程中燃燒調節不當，產生局部超溫是導致鍋爐爆管的主要因素。超超臨界機組的固有特性所引起的節流孔堵塞是導致鍋爐爆管的主要因素。

結論:綜上所述，下列四點:設備的制造質量缺陷、設備的內部清潔度差、設備的焊接質量及熱處理質量缺陷、設備運行過程中因燃燒調整不及時而引起的局部超溫是導致超超臨界機組鍋爐爆管的主要原因。

3 鍋爐爆管后的檢修措施

鍋爐爆管按時間段劃分最易發生爆管的時間段是在安裝后試運行期間，按區域劃分主要是集中在過熱器和再熱器區域，水冷壁也發生爆管現象，省煤器偶然發生爆管，但是幾率很小。根據爆管的不同區域我們可以采取不同的補救方式，介紹如下。

3.1 水冷壁爆管

水冷壁爆管多發區域為冷灰斗區域，檢修比較容易，從撈渣機內進入冷灰斗，或者從冷灰斗人孔門進入，觀察爆管情況，確定爆管具體位置后，搭設腳手架拆除損毀的管段。更換新的水冷壁管即可。同時檢查周邊區域，有損壞的管段全部換掉，最短管節長度不低于200 mm。更換時，注意是否有廠家焊口和剛性梁連接，如果由廠家焊口和剛性梁連接，需要較長的管段。根據爆管外形確認爆管的原因，如果是外傷爆管，爆管口呈豆粒大小不規則的形狀。如果是堵塞爆管，爆管口呈鼓面桃狀。堵塞爆管在更換短管前，必須找到堵塞物。

3.2 過熱器、再熱器爆管

過熱器、再熱器爆管多為外堵塞爆管，也有一部分是由于膨脹受阻造成爆管，還有部分是由于長時間運行煙氣中的灰分沖刷造成管壁減薄而爆管。過熱器、再熱器在爐膛的頂部，檢修起來困難較大。特別是TP91，TP92材質的管段檢修困難更大，因為TP91和TP92材質的管段焊接、打磨都有較高的要求，焊接工藝這里不進行敘述。一般采用開窗戶的辦法檢修過熱器和再熱器爆管。開窗戶就是在爆管附近的水冷區域開一個足夠大的孔，方便過熱器或者再熱器管排的進入。水冷壁開窗戶后，對于水冷壁下部的管口進行加堵，防止雜物掉入關口內。爆管處理結束后，恢復水冷壁窗戶，進而恢復保溫材料。

過熱器、再熱器管排爆管往往是一根爆管引起十幾排管排爆管，處理爆管時需要認真檢查爆管以及受傷管排的數量。找出堵塞物。更換管排前，搭設合理的腳手架，難度較大。腳手架需要從各個人孔或者看火孔傳入架子管，逐步與過熱器或者再熱器管排連接，形成一個完整的腳手架平臺方可施工。