摘 要: 通過(guò)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐各類泄漏事件進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),制定切實(shí)可行的防范措施,不斷提高發(fā)電廠設(shè)備管理水平。
關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐 受熱面 泄漏
中圖分類號(hào):TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-9082(2017)05-0248-02
電站鍋爐的關(guān)鍵部件就是受熱面,受熱面泄漏是困擾電站鍋爐穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的頑疾,特別是循環(huán)流化床鍋爐,由于其獨(dú)特的燃燒環(huán)境(較之煤粉爐更粗的燃料粒徑與更高的運(yùn)行速度),受熱面泄漏問(wèn)題就顯得更加突出。對(duì)受熱面泄漏原因進(jìn)行認(rèn)真分析,并對(duì)其進(jìn)行分類總結(jié),制定有針對(duì)性的防范措施,對(duì)降低機(jī)組非停次數(shù),提高發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率具有重大意義,對(duì)加強(qiáng)循環(huán)流化床鍋爐防磨防爆工作具有積極意義。本文根據(jù)作者多年來(lái)的從事循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)管理的經(jīng)驗(yàn),以案例的形式對(duì)流化床鍋爐受熱面泄漏事件的原因進(jìn)行了總結(jié)。
循環(huán)流化床鍋爐受熱面泄漏大致可以分為以下七類,受熱面異形擾流導(dǎo)致磨損泄漏、焊接安裝缺陷導(dǎo)致的泄漏、附屬設(shè)施缺陷導(dǎo)致的泄漏、設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的泄漏、運(yùn)行方式不合理導(dǎo)致的泄漏、爐襯失效導(dǎo)致的磨損泄漏、風(fēng)帽損壞導(dǎo)致異常磨損泄漏。現(xiàn)在通過(guò)案例對(duì)以上泄漏原因依照案例進(jìn)行分析,并提出有針對(duì)性的防范預(yù)控措施建議。
一、受熱面異形擾流導(dǎo)致磨損泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日7:00 ,#3爐運(yùn)行值班員發(fā)現(xiàn)爐膛東南角靠近上二次風(fēng)箱有漏汽聲,聯(lián)系檢修檢查,確認(rèn)水冷壁泄漏申請(qǐng)停機(jī),12:22 #3機(jī)組解列。
2.缺陷處理過(guò)程
進(jìn)入爐膛檢查,發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)位于#1角標(biāo)高20米處,前墻水冷壁從角部數(shù)第1、2根管及側(cè)墻水冷壁從角部數(shù)第1、2彎管上有泄漏點(diǎn),前墻第3根管和側(cè)墻第3根管上有明顯吹損減薄的痕跡,測(cè)量最小壁厚3.2mm。通過(guò)檢查破損管周圍情況分析為前墻#1角數(shù)第2根管為初始泄漏管,其他5根管為初始泄漏管泄漏蒸汽吹掃導(dǎo)致的破損或減薄。檢查相鄰前墻、側(cè)墻其他水冷壁管壁厚正常。
3.事件原因分析
在本次更換的6段管存在大小9處泄漏點(diǎn)。對(duì)泄漏點(diǎn)特征分析,發(fā)現(xiàn)泄露點(diǎn)邊緣均伴隨有外壁明顯減薄,未有單純的爆裂狀漏點(diǎn),確認(rèn)本次水冷壁泄漏與爆管無(wú)關(guān)。
前墻第1和第2根水冷壁管間折彎處的鰭片上有一規(guī)格為Φ20mm的不規(guī)則喇叭狀穿孔,呈現(xiàn)明顯的外力磨損減薄形態(tài),為本次事件中最大泄露點(diǎn),應(yīng)為初始泄漏點(diǎn)。穿孔周圍存在的變形應(yīng)為鰭片焊縫咬邊、未熔合在該處產(chǎn)生應(yīng)力集中所致。
綜合以上分析,本次泄漏事件的直接原因?yàn)轹捚p減薄穿孔磨損導(dǎo)致臨近水冷壁管減薄穿孔泄漏。
前墻第1和第2根管的鰭片折彎處為初始泄漏點(diǎn),上方400mm處存在一高約10mm,長(zhǎng)約60mm焊接余高,應(yīng)為水冷壁安裝時(shí)余留物,屬安裝制造缺陷。
貼壁下行的物料流在經(jīng)過(guò)該焊接余高處后提前發(fā)生流向改變,在下行物料流與水冷壁間的低壓區(qū)與上行物料流在爆口處形成渦流區(qū),對(duì)鰭片處產(chǎn)生持續(xù)磨損,最終與該處的焊接缺陷應(yīng)力合力發(fā)展為鰭片減薄穿孔漏風(fēng),進(jìn)而導(dǎo)致水冷壁泄漏。
4.防范措施
利用大小修機(jī)會(huì),對(duì)受熱面進(jìn)行普查,消除影響物料正常循環(huán)的異形受熱面缺陷。
二、附屬設(shè)施缺陷導(dǎo)致的泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日9:40,#1爐運(yùn)行值班員巡檢發(fā)現(xiàn)A冷渣器大渣管有水汽,聯(lián)系檢修確認(rèn)#1爐水冷壁泄漏,10:22,#1機(jī)組停運(yùn)。
2.缺陷處理過(guò)程
鍋爐內(nèi)溫度合適后,檢修人員進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行清灰檢查。檢查人員發(fā)現(xiàn)標(biāo)高約7.2m處、A風(fēng)冷冷渣器進(jìn)渣管口處有一沖刷形成的凹坑向外流水,凹坑上方為排渣反吹風(fēng)口。
對(duì)床料及凹坑附近的澆注料進(jìn)行清理,在爐外排渣口密封盒內(nèi)的水冷壁管管段上有兩個(gè)直徑分別為4mm和2mm孔洞,具體為#1爐A側(cè)墻水冷壁從爐前數(shù)第28根管蒸汽吹損爐前數(shù)第27根管,將該管吹損減薄到4.5mm。因附近水冷壁管均在耐磨爐襯保護(hù)中,未發(fā)現(xiàn)有吹損現(xiàn)象。
3.事件原因分析
排渣口處的凹坑的上方為排渣反吹風(fēng)口,為驗(yàn)證凹坑形成的原因,我們將反吹開(kāi)啟,發(fā)現(xiàn)凹坑中的積水被反吹風(fēng)激起,從而確認(rèn)凹坑為排渣反吹風(fēng)長(zhǎng)期吹損形成。反吹風(fēng)與高溫爐渣對(duì)排渣口產(chǎn)生持續(xù)磨損,在排渣反吹風(fēng)與高溫爐渣的共同作用下,最終水冷壁管被嚴(yán)重吹損導(dǎo)致泄漏。查看#1爐A風(fēng)冷冷渣器檢修記錄及運(yùn)行日志,風(fēng)冷冷渣器長(zhǎng)期進(jìn)渣不穩(wěn)定,頻繁開(kāi)啟反吹風(fēng)助力進(jìn)渣。
綜合以上分析,導(dǎo)致此次水冷壁泄露的主要原因是排渣反吹風(fēng)對(duì)水冷壁管吹損。
4.防范措施
(1)利用大修機(jī)會(huì)對(duì)鍋爐排渣口反吹風(fēng)角度進(jìn)行調(diào)整。
(2)加強(qiáng)碎煤機(jī)維護(hù),保證入爐煤粒度,避免爐內(nèi)大渣過(guò)多,保證進(jìn)渣順暢。
(3)加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整管理,規(guī)范反吹風(fēng)使用,保證冷渣器安全穩(wěn)定運(yùn)行。
三、設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日10:40,#4爐除塵器差壓大,爐膛壓力增大,#4爐除塵器兩個(gè)提升閥關(guān)閉打不開(kāi),#4機(jī)降負(fù)荷60MW。11:46,#4爐給水流量比蒸汽流量大100多噸,熱井及除氧器水位低,判斷系統(tǒng)泄漏申請(qǐng)停機(jī)。12:08,#4機(jī)組解列。
2.事件原因分析
圖2
對(duì)泄漏管屏表面觀察,發(fā)現(xiàn)第6排管屏水平段向下數(shù)第一、二根過(guò)熱器管間的扁鋼(墊鐵)與第一根管的焊縫左側(cè)有一個(gè)沖刷產(chǎn)生的溝槽,仔細(xì)觀察在焊縫下有一個(gè)撕裂狹縫與屏式過(guò)熱器管貫通,該狹縫與沖刷溝槽處未發(fā)現(xiàn)磨損及外部吹損等痕跡,我們判斷該撕裂狹縫為本次泄漏事件的初始泄漏點(diǎn)(如圖2)。
屏式過(guò)熱器為L(zhǎng)型,下部穿過(guò)爐膛前墻與爐外的聯(lián)箱連接,上部穿過(guò)爐頂與爐頂聯(lián)箱連接,穿過(guò)爐膛前墻部分應(yīng)為屏式過(guò)熱器的膨脹死點(diǎn),拐點(diǎn)處易產(chǎn)生應(yīng)力集中。為減輕應(yīng)力集中得到發(fā)生,該部分管間未進(jìn)行鰭片整體焊接,管間采用扁鋼段相連。
對(duì)泄漏管屏宏觀觀察,發(fā)現(xiàn)整個(gè)第6、7排屏式過(guò)熱器管存在嚴(yán)重的彎曲變形,其中第6屏扭曲變形最為嚴(yán)重。
整個(gè)屏式過(guò)熱器的下部通過(guò)過(guò)熱器管間的扁鋼(墊鐵)連接成一個(gè)整體包裹在爐襯內(nèi),存在較大拉應(yīng)力。上部裸漏在外的管屏可以通過(guò)變形釋放應(yīng)力,而下部在包墻內(nèi)的管屏為膨脹死點(diǎn),由于外部包裹有澆注料及相連管道都由扁鋼焊接相連,導(dǎo)致應(yīng)力集中,管屏受熱膨脹應(yīng)力無(wú)法釋放,在第1、2根管間產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力,最終將過(guò)熱器管與扁鋼焊接連接處撕裂,產(chǎn)生泄漏,此為設(shè)計(jì)缺陷。
與東鍋廠進(jìn)一步溝通應(yīng)證了我們的分析。鍋爐廠告知此種泄漏曾在東鍋廠的其他類似鍋爐也發(fā)生過(guò),廠家建議在以后的大修中每隔8根過(guò)熱器管取消1根扁鋼(墊鐵),使整個(gè)管屏的應(yīng)力可以進(jìn)一步釋放,減少應(yīng)力集中的發(fā)生。
造成管屏變形的主要原因是管屏膨脹不暢。由于屏式過(guò)熱器為L(zhǎng)型下集箱在前墻穿出,因此前墻處為膨脹死點(diǎn)。在熱態(tài)條件下水冷壁向下膨脹,但由于屏式受熱面溫度高于水冷壁管, 膨脹量較大使管屏只能向上膨脹。管屏的上聯(lián)箱采用恒力吊架懸吊在爐頂,在調(diào)整不當(dāng)?shù)那闆r下部分集箱和管屏的重量會(huì)作用在管屏上造成變形。管屏與爐墻的密封金屬膨脹節(jié)也必須有足夠的預(yù)壓量,保證滿足管屏向上膨脹的自由。以上環(huán)節(jié)不能滿足則熱態(tài)下管屏就會(huì)變形,且變形程度要大于冷態(tài)測(cè)量值管屏變形后。
3.防范措施
(1)利用每次停機(jī)機(jī)會(huì)加強(qiáng)受熱面檢查,消除膨脹環(huán)節(jié)的卡澀。
(2)利用大修機(jī)會(huì),依照鍋爐廠建議對(duì)屏式過(guò)熱器進(jìn)行改造,盡可能多的減少應(yīng)力集中。
四、運(yùn)行方式不合理導(dǎo)致的泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日6:40,#4鍋爐運(yùn)行值班員發(fā)現(xiàn)給水流量不正常升高,從390t/h升高到450t/h,排煙溫度從139℃升高到156℃,引風(fēng)機(jī)電流波動(dòng)大,從247A升高到365A,爐膛負(fù)壓波動(dòng)大,主汽壓力快速下降,汽溫升高,#4給煤機(jī)靠近爐膛處聲音較大,聯(lián)系檢修判斷爐管泄漏,申請(qǐng)停爐。7:34,#4機(jī)組解列。
2.缺陷處理情況
爐內(nèi)溫度合適,檢修人員進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)在第3、6、7片屏式過(guò)熱器下方水冷壁管外壁有受熱面泄漏的水漬痕跡,床料浸水。爐內(nèi)檢修平臺(tái)搭設(shè)完畢,上平臺(tái)進(jìn)行泄漏點(diǎn)檢查。檢查發(fā)現(xiàn)第3屏式過(guò)熱器前向后數(shù)第1根管彎頭處爐襯脫落,彎管內(nèi)側(cè)有橫向貫穿性外張口泄漏點(diǎn)(見(jiàn)圖3);檢查第6、7屏有更加嚴(yán)重的泄漏點(diǎn)(該泄漏點(diǎn)為主要泄漏點(diǎn),泄漏量較大,但原因不在此分類,故不詳細(xì)描述)。
3.事件原因分析
屏式過(guò)熱器為L(zhǎng)型,下部穿過(guò)爐膛前墻與爐外的聯(lián)箱連接,上部穿過(guò)爐頂與爐頂聯(lián)箱連接,穿過(guò)爐膛前墻部分應(yīng)為屏式過(guò)熱器的膨脹死點(diǎn),該處易產(chǎn)生應(yīng)力集中。
第6、7屏式過(guò)熱器泄漏量的增大,鍋爐補(bǔ)給水流量增加,排煙溫度升高,在判定爐管泄漏后,為避免更大的破壞損失,迅速停機(jī),降負(fù)荷停機(jī)的同時(shí)又大量補(bǔ)水,屏式過(guò)熱器管壁溫度迅速降低,前墻水冷壁管與屏式過(guò)熱器管間膨脹不同步,導(dǎo)致第3屏式過(guò)熱器在彎管處產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中,屏式過(guò)熱器管受力被拉裂,發(fā)生泄漏。
4.防范措施
鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中盡量避免各種原因可能導(dǎo)致的受熱面溫度快速變化,導(dǎo)致在一些容易產(chǎn)生應(yīng)力集中地區(qū)域產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力集中。
圖3 圖4
五、制造安裝缺陷導(dǎo)致的泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日11:00,#3鍋爐運(yùn)行值班員巡檢發(fā)現(xiàn)廠房?jī)?nèi)有高壓管道泄漏聲響,降負(fù)荷至165MW,聯(lián)系檢修共同檢查確認(rèn)#3鍋爐高溫過(guò)熱器管道泄漏,13:05,#3機(jī)組停運(yùn)。
2.缺陷處理過(guò)程
現(xiàn)場(chǎng)溫度降低后現(xiàn)場(chǎng)檢查,發(fā)現(xiàn)#3鍋爐高溫過(guò)熱器入口聯(lián)箱上B→A側(cè)數(shù)第16排第2根導(dǎo)氣管至聯(lián)箱管座焊口處整體斷開(kāi)并向上位移約70mm。對(duì)泄露管段、附近管道及過(guò)熱器入口聯(lián)箱進(jìn)行壁厚檢測(cè),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的減薄與過(guò)度吹損現(xiàn)象。
3.事件主要原因分析
對(duì)泄露過(guò)熱器管壁厚及管徑進(jìn)行檢測(cè),過(guò)熱器管規(guī)格為¢51×6.5,管段平均壁厚6.2mm,外徑監(jiān)測(cè)沒(méi)有脹粗,對(duì)泄漏管表面觀察,未發(fā)現(xiàn)明顯的外力傷害及腐蝕痕跡。
對(duì)泄漏點(diǎn)表面宏觀特征分析,發(fā)現(xiàn)泄露點(diǎn)邊緣外壁未伴隨明顯減薄,沒(méi)有單純的爆裂狀漏點(diǎn),而是在焊縫位置直接斷開(kāi)。
從斷開(kāi)焊縫表面觀察,存在明顯的焊接質(zhì)量缺陷,導(dǎo)氣管及管座均存在明顯焊口未融合現(xiàn)象,有一處厚度近4mm,占管壁厚62%。大面積未熔合區(qū)的存在導(dǎo)致高溫過(guò)熱器導(dǎo)氣管的焊口處承力截面積減少,造成截面應(yīng)力集中嚴(yán)重,抗拉強(qiáng)度呈幾何倍數(shù)減小,經(jīng)過(guò)3年運(yùn)行,焊口最終無(wú)法承受管道內(nèi)部壓力波動(dòng),達(dá)到金屬疲勞極限,直接脆裂斷開(kāi),導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏。
4.防范措施
利用大小修機(jī)會(huì)增加“四大”管道焊縫檢查比例。
六、風(fēng)帽損壞導(dǎo)致異常磨損泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日6:40,#4鍋爐運(yùn)行值班員發(fā)現(xiàn)給水流量不正常升高,從390t/h升高到450t/h,排煙溫度從139℃升高到156℃,引風(fēng)機(jī)電流波動(dòng)大,從247A升高到365A,爐膛負(fù)壓波動(dòng)大,主汽壓力快速下降,汽溫升高,#4給煤機(jī)靠近爐膛處聲音較大,聯(lián)系檢修確認(rèn)受熱面泄漏。 7:34,#4機(jī)組停運(yùn)。
2.缺陷處理經(jīng)過(guò)
待爐內(nèi)溫度合適,進(jìn)入爐膛發(fā)現(xiàn)第6、7屛式過(guò)熱器的拐點(diǎn)處爐襯大面積剝落,有20余根過(guò)熱器管裸露且減薄嚴(yán)重,泄漏點(diǎn)較多。發(fā)現(xiàn)爐膛中部(第6、7屛式過(guò)熱器正下方)部分風(fēng)帽損壞嚴(yán)重,有5個(gè)風(fēng)帽的風(fēng)管斷裂,50個(gè)風(fēng)帽的鐘罩脫落。
3.事件原因分析
通過(guò)對(duì)爐內(nèi)屏式過(guò)熱器整體觀察,發(fā)現(xiàn)第6、7屏式過(guò)熱器彎曲變形嚴(yán)重,且這2屏的下外拐點(diǎn)處的爐襯大面積脫落。第6屏泄漏點(diǎn)多為呈切割狀的汽水吹損,第7屏泄漏點(diǎn)為管壁減薄后的外張爆口,爆口處未發(fā)現(xiàn)脹粗管段,說(shuō)明不存在過(guò)熱,可以認(rèn)定,第7屏爆口泄漏點(diǎn)應(yīng)為本次泄漏事件的初始泄漏點(diǎn)。
通過(guò)對(duì)以上特征綜合分析,認(rèn)為鍋爐第6、7屏式過(guò)熱器膨脹受熱不均勻扭曲變形,導(dǎo)致其上附著的爐襯失效剝落,本應(yīng)被爐襯包裹進(jìn)行防磨的屏式過(guò)熱管裸露在爐膛內(nèi),被爐內(nèi)循環(huán)的床料反復(fù)沖刷減薄,導(dǎo)致第7屏式過(guò)熱器管泄漏,泄漏的蒸汽將臨近的同樣裸露出來(lái)第6屏式過(guò)熱管吹損泄漏。布風(fēng)板上風(fēng)帽損壞后,擾亂了爐內(nèi)床料循環(huán)流場(chǎng),高壓一次風(fēng)裹挾床料直接吹向上部裸露的屏式過(guò)熱器管,加快了磨損泄漏的速度。
綜合以上分析,屏式過(guò)熱器變形和風(fēng)帽損壞是此次事件的主要原因。
4.防范措施
1、加強(qiáng)屏式過(guò)熱器監(jiān)測(cè),消除應(yīng)力集中,避免過(guò)大變形。
2、對(duì)風(fēng)帽進(jìn)行改造,提高風(fēng)貌的耐高溫、耐磨等級(jí)。
七、爐襯失效導(dǎo)致的泄漏案例
1.事件經(jīng)過(guò)
某日16:45,#1鍋爐運(yùn)行值班員巡檢發(fā)現(xiàn)#1爐B側(cè)爐膛出口膨脹節(jié)頂部有水汽泄漏聲,聯(lián)系檢修確認(rèn)鍋爐汽水系統(tǒng)泄漏,17:33,#1機(jī)組解列。
2.缺陷處理過(guò)程
檢修區(qū)域溫度合適,拆開(kāi)B側(cè)爐膛出口膨脹節(jié)處保溫,膨脹節(jié)鋼板被沖開(kāi)一100mm*200mm的洞,爐側(cè)水冷壁外表面有沖刷印跡。進(jìn)入爐膛內(nèi)檢查,發(fā)現(xiàn)B側(cè)爐膛出口膨脹節(jié)頂部拐角處爐襯部分脫落(圖5),膨脹節(jié)穿孔與爐外聯(lián)通,膨脹節(jié)框架部分吹損。膨脹節(jié)兩側(cè)旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道過(guò)熱器管與爐膛出口水冷壁管各有1處泄漏點(diǎn)。膨脹節(jié)爐襯向火側(cè)與煙道頂部連接處開(kāi)裂。
由于兩根管受損面積較小,且周邊管段在爐襯包裹下未發(fā)生過(guò)度損壞,決定只對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊處理。
3.事件原因分析
對(duì)2個(gè)漏點(diǎn)周邊進(jìn)行觀察,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焊縫及其他可能引起應(yīng)力集中的金屬缺陷。對(duì)泄漏管段的形貌特征進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道側(cè)過(guò)熱器管泄漏點(diǎn)附近整體減薄,最薄處僅2.6mm(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格應(yīng)為¢60×6.5),為明顯的物料磨損減薄痕跡,破口斜向上。爐膛出口煙道側(cè)的水冷壁管有數(shù)道水汽吹損產(chǎn)生的切痕。
綜合泄漏部位的爐襯破損情況及泄漏點(diǎn)的磨損情況,我們分析,爐襯破損應(yīng)先于汽水泄漏。爐襯失效脫落后,原本處在爐襯包裹下的水冷壁管與過(guò)熱器管裸露出來(lái),處在迎風(fēng)面的過(guò)熱器管率先受到磨損減薄,隨著管內(nèi)飽和蒸汽壓力波動(dòng),最終發(fā)生泄漏。泄漏后的飽和蒸汽對(duì)對(duì)面的水冷壁管和膨脹節(jié)進(jìn)行沖擊,造成水冷壁管泄漏和膨脹節(jié)穿孔。
綜合以上分析,膨脹節(jié)處爐襯脫落是此次水冷壁過(guò)熱器泄漏的直接原因。
4.防范措施
充分利用檢修機(jī)會(huì),加強(qiáng)問(wèn)題爐襯普查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即整改。
八、結(jié)束語(yǔ)
防止鍋爐受熱面意外泄漏的路還很長(zhǎng),是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù),任何時(shí)候都不能掉以輕心。只要我們?cè)诿看问录蟛粩嗟乜偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)真歸納,對(duì)癥下藥,就能最大限度的降低因受熱面泄漏導(dǎo)致的非停事件次數(shù),提高發(fā)電廠設(shè)備管理水平。
作者簡(jiǎn)介:馬鵬飛,(1980.6-),神華準(zhǔn)能矸電公司工程師。