1000MW二次再熱機(jī)組二次低溫再熱器爆管分析

深能合和電力（河源）有限公司 宋 海 劉 微 董吉柱

目前，高效清潔的煤電技術(shù)是我國(guó)煤電發(fā)展的主要方向[1]。超超臨界二次再熱電廠作為一種新型的燃煤電廠，與常規(guī)超超臨界電廠相比具有更高的蒸汽溫度和壓力，增加了一級(jí)再熱系統(tǒng)，其熱效率更高[2]。二次低溫再熱器作為二次再熱系統(tǒng)的重要組成部分，如何正確地分析其爆管原因，為制定出切實(shí)可靠的預(yù)防措施，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分有必要。

1 設(shè)備概況

某電廠鍋爐為東方鍋爐設(shè)計(jì)的高效超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，型號(hào)為DG2693/33.2-Ⅱ6型，采用二次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固排渣、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架，全懸吊∏型布置方式，前后墻對(duì)沖燃燒方式，采用雙層等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，煙氣再循環(huán)加煙氣調(diào)節(jié)擋板的調(diào)溫方式。鍋爐額定蒸汽參數(shù)為33.3MPa/605℃/623℃/ 623℃。

從汽輪機(jī)高壓缸出口來(lái)的蒸汽，經(jīng)過(guò)二次再熱器進(jìn)一步加熱后，使蒸汽的焓和溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值，再返回到汽輪機(jī)中壓缸。整個(gè)二次再熱器系統(tǒng)按蒸汽流程依次分為二級(jí)：二次低溫再熱器、二次高溫再熱器。二次低溫再熱器布置在后豎井后煙道內(nèi)，二次高溫再熱器布置在水平煙道內(nèi)[3]（見(jiàn)表1）。

表1 二次再熱系統(tǒng)主要參數(shù)

二次低溫再熱器由水平段和垂直段兩部分組成。水平段分四組水平布置于后豎井前煙道內(nèi)，沿爐寬方向共布置274排。二次低再垂直段管子與水平段出口管相連，由每?jī)膳潘蕉魏铣梢慌糯怪倍危ㄒ?jiàn)表2）。

表2 二次低溫再熱器管子規(guī)格和材料表

2 事件背景

某電廠4號(hào)爐某時(shí)段巡盤發(fā)現(xiàn)#4爐#27、#30、#40爐管來(lái)泄漏報(bào)警，此時(shí)除空預(yù)器在吹灰外其他區(qū)域均未吹灰，現(xiàn)場(chǎng)檢查相關(guān)區(qū)域泄漏測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)鍋爐右側(cè)長(zhǎng)伸縮式SR25吹灰槍大部分在鍋爐里面，現(xiàn)場(chǎng)檢查吹灰槍變形，吹灰器接線盒內(nèi)有積水。2h后長(zhǎng)伸縮式SR25吹灰器退到位，#4爐爐管泄漏報(bào)警消失。

一周后，4號(hào)爐DCS上#27、#28、#29、#30爐管泄漏點(diǎn)再次報(bào)警，就地檢查無(wú)明顯漏汽聲音，未發(fā)現(xiàn)吹灰器有漏汽現(xiàn)象，電子間查看泄漏報(bào)警裝置顯示#28、#29通道最大值較小分別為35和34。次日加負(fù)荷期間，鍋爐無(wú)吹灰工作，爐管第三次來(lái)泄漏報(bào)警。經(jīng)過(guò)檢查，#27、#30號(hào)探頭測(cè)量正常，噪聲值隨負(fù)荷變化明顯，符合爐內(nèi)泄漏特征。#28、#29號(hào)探頭較#27、#30噪聲值高，判斷噪聲源靠近爐后側(cè)。就地監(jiān)聽(tīng)發(fā)現(xiàn)#4爐#29、#30測(cè)點(diǎn)附近有輕微漏汽聲音，懷疑鍋爐67m層二次低再區(qū)域發(fā)生爆管泄漏。

3 事件分析處理

3.1 泄漏點(diǎn)排查

經(jīng)過(guò)悶爐、自然通風(fēng)后開(kāi)啟兩側(cè)風(fēng)組強(qiáng)制通風(fēng)后從爐頂充氮閥門充壓縮空氣對(duì)再熱器進(jìn)行充壓查漏。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：二次低再四級(jí)管組從爐左至爐右數(shù)第140屏水平段從上至下第3根管泄漏，第139屏第2根、第3根管被吹漏，140-1、140-2、140-4、139-1被吹損。泄漏位置處于SR25吹灰器工作軌道正下方，位置如圖1所示。

圖1 泄漏位置

3.2 泄漏管取樣分析內(nèi)容及結(jié)果

本文將144-4#、144-3#、143-3#、143-2#樣管編號(hào)為1#、2#、3#、4#。

3.2.1 宏觀檢查

樣管宏觀觀察未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，也無(wú)明顯脹粗變形等情況。尺寸測(cè)量，外徑及壁厚均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2 光譜分析

采用光譜儀進(jìn)行成分檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3。檢測(cè)結(jié)果表明，4根樣管母材的化學(xué)成分均滿足ASME SA-213M標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 成分分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3.2.3 力學(xué)性能試驗(yàn)

硬度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。檢測(cè)結(jié)果表明，4根樣管的硬度值均滿足DL/T 438標(biāo)準(zhǔn)要求。（注：硬度值為維氏硬度按SA-370轉(zhuǎn)化的布氏硬度值）。

表4 樣管硬度值

3.2.4 金相檢驗(yàn)

取環(huán)向截面試樣，經(jīng)磨拋處理，使用三氯化鐵-鹽酸-酒精溶液腐蝕后觀察。4根樣管母材的金相組織均為回火馬氏體，晶粒度8.5～9.5級(jí)，滿足ASME SA-213M標(biāo)準(zhǔn)要求，馬氏體板條位向完整清晰，板條界、晶界開(kāi)始有顆粒狀碳化物析出，組織老化級(jí)別為1.5級(jí)，未見(jiàn)明顯過(guò)熱現(xiàn)象，如圖2至圖5所示。

圖2 #1管樣

圖3 #2管樣

圖4 #3樣管

圖5 #4樣管

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，所有樣管的化學(xué)成分滿足ASME SA-213M標(biāo)準(zhǔn)要求，力學(xué)性能滿足DL/T 438標(biāo)準(zhǔn)要求，組織也為正常的回火馬氏體，老化級(jí)別為1.5級(jí)，未發(fā)現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。本次爆管排除超溫爆管的可能。

4 原因分析

4.1 直接原因分析

對(duì)系統(tǒng)充壓縮空氣查漏，找到漏點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮空氣從140-3管爆口吹出，正對(duì)著139-2管，139-2管爆口正對(duì)著139-3管。從壓縮空氣吹出的順序可以判斷，140-3管由于管壁減薄，管子強(qiáng)度降低，在運(yùn)行中產(chǎn)生爆管，爆管后高溫高壓蒸汽吹漏了139-2管，從139-2管中吹出的蒸汽又導(dǎo)致139-3管泄漏。140-3管爆口周圍管壁有大面積減薄的痕跡，爆口附近有少量縱向裂紋。139-2、139-3管爆口呈刀口狀，為典型的蒸汽吹損爆口。如圖6所示。

圖6 爆口形貌

綜上所述，結(jié)合以往巡檢記錄判斷，SR25吹灰器曾經(jīng)因控制電源進(jìn)水短路，導(dǎo)致吹灰器自動(dòng)進(jìn)槍并卡在爐內(nèi)，140-3在吹灰器長(zhǎng)時(shí)間的蒸汽正面吹掃下管壁減薄，最終造成爆管，并吹損周圍其他管子。

4.2 間接原因分析

電氣設(shè)備防雨措施不夠完善，導(dǎo)致吹灰器控制電源進(jìn)水短路，槍管長(zhǎng)時(shí)間停留在爐內(nèi)，機(jī)組檢修期間未被發(fā)現(xiàn)，啟機(jī)后在進(jìn)行吹灰工作時(shí)因長(zhǎng)時(shí)間的蒸汽直吹，造成二次低再該區(qū)域管子減薄，斷面承受的壓力增大，逐漸超過(guò)了管子的屈服強(qiáng)度，進(jìn)而引發(fā)爆管。

5 防治對(duì)策及整改措施

減少鍋爐管子爆漏，要堅(jiān)持“預(yù)防為主、質(zhì)量第一”的方針，要做仔細(xì)工作，搞好調(diào)查研究，掌握鍋爐爆漏的現(xiàn)狀和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施，防止爆漏事故發(fā)生和擴(kuò)大。必須堅(jiān)持發(fā)電設(shè)備全過(guò)程管理，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量意識(shí)，對(duì)鍋爐機(jī)組的選型、設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、檢驗(yàn)、運(yùn)行和檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)把好質(zhì)量關(guān)[4]。

5.1 建立合理的管理制度

堅(jiān)決執(zhí)行相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及制度，結(jié)合本廠的實(shí)際情況，制定鍋爐防爆防磨制度，建立專門的防磨防爆小組，及時(shí)分析總結(jié)爆管事件，制定切實(shí)可行的短期及中長(zhǎng)期防磨防爆治理計(jì)劃。

5.2 加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行管理

加強(qiáng)鍋爐吹灰的管理，嚴(yán)格執(zhí)行吹灰制度，執(zhí)行吹灰時(shí)需確認(rèn)就地設(shè)備狀態(tài)是否可靠。應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視爐管泄漏報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)準(zhǔn)確判斷，并及時(shí)采取相應(yīng)措施，以防止泄漏擴(kuò)大。

5.3 加強(qiáng)檢修管理

對(duì)所有吹灰器控制電源進(jìn)行防雨措施整改。機(jī)組停爐后，應(yīng)對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行一次較全面的檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及時(shí)分析原因并制定處理措施。類似的缺陷處理需重點(diǎn)檢查吹灰器附近受熱面。