淺談鍋爐四管泄漏和防磨防爆.docx

淺談鍋爐四管泄漏和防磨防爆山東華能日照發(fā)電廠（276826） 范秀方【摘 要】通過回顧華能日照電廠一期鍋爐四管泄漏的原因和類型，分析鍋爐四管現(xiàn)階段存在的問題，探討防磨防爆下一步工作的側重點，以達到最大限度地減少“四管”泄漏次數(shù)，提高鍋爐運行的安全性和經濟性的目的?！娟P鍵詞】 鍋爐四管 泄漏回顧 現(xiàn)狀分析 防磨防爆探討華能日照電廠一期2350MW機組兩臺鍋爐系西班牙FOSTER WHEELER公司制造，型號為FWESA1189.36/17.14-1型，為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐采用平衡通風、直吹式制粉系統(tǒng)、懸浮燃燒方式。鍋爐結構為單爐膛型無中間走廊全露天懸吊布置，鍋爐水冷壁和尾部包覆過熱器均采用膜式結構，水冷壁管在燃燒器區(qū)域采用內螺紋管。鍋爐尾部豎井煙道由中隔墻將煙道分為前、后兩平行通（煙）道。爐前煙道布置初級過熱器和上部省煤器，爐后煙道布置整個再熱器，在中隔墻下面安裝有煙氣調節(jié)擋板，用以調節(jié)通過前、后煙道的煙氣流量，擋板下面為下部省煤器。16只燃燒器分四層布置在前墻，四臺磨煤機三運一備，采用蒸汽吹灰。1 鍋爐四管泄漏回顧日照電廠1號機組于1999年9月15日投產，2號機組于2000年1月13日投產，至2006年12月已發(fā)生爆管泄漏27次，其中1號爐18次，2號爐9次。從設備上分，一級過熱器（包括頂棚、中隔墻、側包、后包）7次，高溫過熱器3次，低溫過熱器4次，水冷壁8次，再熱器4次，省煤器1次。從泄漏原因上分，鰭片焊縫咬邊或燒穿等原始焊接工藝造成泄漏8次，結構不良造成泄漏5次，彎管制造工藝不良造成泄漏6次，長期超溫造成泄漏2次，吹灰蒸汽吹損3次，風口帶灰吹損2次，氧化皮脫落堵塞1次。彎管是使用各種各樣的熱態(tài)或冷態(tài)定型彎曲工藝制作的，彎曲工藝會引起彎頭外側（外弧拱背）上的壁變薄及彎頭內側（內弧拱腹）上的壁變厚。有關研究表明，對于一個恒定的壁厚，彎頭的內弧拱腹上的環(huán)向應力大于遠離彎頭的環(huán)向應力，彎頭的外弧拱背上的環(huán)向應力稍微小于遠離彎頭的環(huán)向應力。彎管制造工藝不良，彎曲半徑較小，在彎制過程中彎頭內外弧處存在嚴重變形區(qū),在內弧外表面產生周向折疊層,在內表面由于受到較大的彎管應力和相變產生的組織應力從而形成應力腐蝕點;在運行過程中,由于溫度波動所產生的熱疲勞和熱應力共同作用,使管子內弧表面腐蝕點產生微觀小裂紋,小裂紋逐漸擴展造成泄漏。自2001年4月至2003年9月，水冷壁共發(fā)生在火焰監(jiān)視器開孔處泄漏4次，4次泄漏中有3次裂紋沿管子內螺紋方向，位于管子彎弧側面，1次為彎管內弧橫向裂紋。此部位由于是內螺紋管，內部的螺紋凹槽更難以彎制，且火焰監(jiān)視處有風冷卻，溫差較大，會加速裂紋的擴展。2005年5月15日、2005年10月30日1號爐后墻水冷壁折焰角下彎頭外弧面裂紋、鼻尖彎頭內弧鰭片裂紋引起泄漏。該部位彎制應力過大，彎頭與鰭片工作溫度或膨脹系數(shù)存在差別，膨脹收縮會相互約束而產生附加的溫度應力（即熱應力）。在熱應力作用下出現(xiàn)熱疲勞破壞產生細小的短裂紋引起泄漏。2003年12月25日發(fā)生的2號爐左側墻水冷壁冷灰斗斜坡二次風口將前墻對應管子吹爆和2004年1月25日的1號爐左側墻水冷壁冷灰斗斜坡二次風口將前墻對應管子吹爆都屬于爐底側墻邊界二次風攜帶灰塵顆粒自風口激流沖出，且風口開口位置不當，長期沖刷磨損靠近側墻處第1、2根前墻水冷壁管子造成減薄泄漏。在這幾年的防磨防爆檢查中，對該部位也進行了長期跟蹤檢查，仍不同程度的發(fā)現(xiàn)風口處管子被吹損的現(xiàn)象，措施除詳細檢查焊補外對風口適當抬高位置，避免風向直吹管子。再熱器出口聯(lián)箱管座、中隔墻、省煤器的幾次泄漏是由于結構不良造成的。2000年10月6日、2001年9月27日#2爐再熱器出口聯(lián)箱最外圈管座泄漏，原因是保溫施工利用此管固定保溫支架，運行中因聯(lián)箱膨脹與保溫支架膨脹不一致，使此管不能隨聯(lián)箱自由膨脹，在焊縫的熱影響區(qū)拉裂。這一原因造成了2號爐2次泄漏， 1、2號爐7個管座產生裂紋。膨脹不暢部件之間摩擦減薄泄漏，如2000年2月25日，1號爐省煤器中間聯(lián)箱下管排在運行中軸向膨脹與相鄰煙道支撐工字梁摩擦減薄泄漏。1999年9月21日1號爐中隔墻基建安裝中臨時加裝的固定鐵片，運行中管屏膨脹受阻造成了1次泄漏。這幾年的防磨防爆檢查中也發(fā)現(xiàn)了如28m再熱器入口聯(lián)箱疏水管與爐墻摩擦、省煤器入口聯(lián)箱下管圈與鋼梁摩擦等類似缺陷，需要我們對各部位的膨脹量和間隙值比較了解，在檢查中認真查找辨別摩擦或拉裂痕跡，進行及時處理，預防泄漏發(fā)生。過熱器的泄漏中多是由于鰭片焊接不良造成的。其中2000年10月4日#1爐側包過熱器北側東數(shù)第一個聯(lián)箱西數(shù)第一根管（標高49m）處泄漏、2002年4月5日，1號爐頂棚過熱器南數(shù)第95、96根管鰭片處焊縫發(fā)生泄漏、2002年5月19日1號爐頂棚過熱器北數(shù)第3441根管爆漏，分析認為爆管是由于焊接質量造成的,在進行焊接鰭片的過程中由于焊接工藝操作不當(如：電流過大或運條速度太慢等原因)造成焊縫咬邊, 咬邊使壁厚減薄,強度下降,應力集中,在運行過程中由于熱應力和疲勞應力的共同作用，使咬邊逐漸發(fā)展成裂紋,最后導致泄漏。2002年12月16日和2002年12月14日1、2號爐接連發(fā)生了2次因吹灰蒸汽帶水，對周圍的管子造成大面積吹損的情況尤其是#59、#60、#69、#70四個管子離吹灰器噴嘴相對距離較小的四個通道，吹損嚴重。吹損的原因分析為吹灰疏水溫度設定值較低，蒸汽過熱度不足，有帶水現(xiàn)象，由于吹灰蒸汽帶水使吹灰效果變差，增加了吹灰頻次，形成惡性循環(huán)，加劇了受熱面的吹損。在2002年4月在吹灰疏水改造中將疏水節(jié)流孔加裝手動門并關閉，吹灰疏水量減少，吹灰過程中不能連續(xù)疏水，使疏水不徹底也是造成蒸汽帶水的因素之一。2002年6月19日低過發(fā)生了1次因吹灰器退不到位，閥門未關閉，長時間對管子固定位置吹掃造成泄漏。2004年7月17日、20日1號爐末過南數(shù)第7屏第2根管連續(xù)兩次發(fā)生過熱泄漏，最后分析認定為氧化皮脫落而堵塞。在2005年委托西安熱工院做對1、2號爐高溫過熱器、高溫再熱器中不銹鋼管內氧化皮進行檢測，發(fā)現(xiàn)鍋爐中不銹鋼管內氧化皮剝落、沉積的總體情況比較嚴重，檢測到氧化皮沉積的管子，高溫過熱器、再熱器占85以上；少數(shù)不銹鋼管中氧化皮堆積情況嚴重，堆積厚度達到管子內徑的1/2，個別情況下達到了管內徑的3/4。目前每年大小修對過熱器、再熱器奧氏體不銹鋼受熱面管氧化皮脫落沉積情況進行檢測，均發(fā)現(xiàn)了不同程度的脫落現(xiàn)象。2002年12月1日，末過入口段北數(shù)第四屏西數(shù)第七根末級過熱器管過熱爆破，檢查該部位其他管子，均有不同程度過熱現(xiàn)象，末級過熱器管子內壁氧化皮較厚,達到0.7mm，金相分析，組織球化為3-5級，說明在機組運行兩年后，末級過熱器管的球化級別較高，管子外壁的脫碳層較厚，且在運行過程中，末級過熱器管子存在長期超溫現(xiàn)象。2002年12月21日，末過入口段北數(shù)第一屏西數(shù)第17根末級過熱器管頻繁超溫，檢查發(fā)現(xiàn)入口聯(lián)箱北數(shù)第一屏西數(shù)第17根末級過熱器管節(jié)流孔處有一焊瘤堵住管口約一半，對應后面的管子也過燒嚴重，已變成紫黑色，氧化皮脫落嚴重。清理焊瘤更換超溫管段后運行正常。2 鍋爐四管現(xiàn)狀分析自日照電廠1、2號機組投產以來，各級領導帶領鍋爐專業(yè)人員進行了大量的四管防磨防爆檢查治理工作，特別是2003年成立了三級防磨防爆小組檢查體系，外出收資取經，修訂完善了防磨防爆管理制度，加大了獎懲力度，極大的提高了三級小組成員特別是以班組骨干為主的一級檢查小組成員的積極性，查出并消除了大量的設備缺陷。針對存在的再熱器兩側管屏超溫的設備問題，加大改造資金投入，更換了超溫嚴重的管屏，制作了超溫統(tǒng)計管理軟件并嚴格控制超溫。針對吹灰吹損受熱面的問題，各級人員不斷積累吹灰經驗和摸索規(guī)律，優(yōu)化吹灰頻次，制定管理辦法，吹灰吹損現(xiàn)象得到有效控制。在2000年投產初期，鍋爐的爆管次數(shù)一年達到9次，通過鍋爐防磨防爆工作的逐步開展，設備狀況逐步好轉，取得了很大成績。在2006年，2臺鍋爐實現(xiàn)了全年無泄漏，尤其是#2鍋爐取得了連續(xù)3年無泄漏的好成績。雖然泄漏次數(shù)有了減少，但從這幾年發(fā)生泄漏的類型及防磨防爆檢查中發(fā)現(xiàn)的問題來看，由于煤質變化和設備老化，鍋爐四管面臨著一系列新問題，鍋爐的安全狀況不容樂觀。一是近年來由于受煤炭市場及煤質的影響，各廠爐膛水冷壁的高溫腐蝕情況呈現(xiàn)較快發(fā)展趨勢。在2006年、2007年日照電廠鍋爐檢修防磨防爆檢查中發(fā)現(xiàn)了正對噴燃器的后墻及右墻后側水冷壁管高溫腐蝕嚴重，管壁減薄較重，腐蝕沖損最嚴重處管壁僅有3.0mm（原壁厚實測11 mm）。在2007年1號機組B修中因腐蝕減薄超標更換管子125根，焊口261個，管子近800m，給當時的檢修工作帶來巨大的困難和啟動后的安全運行帶來了隱患。經山東電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗中心分析認為，管子的失效主要以腐蝕和沖刷為主。腐蝕產物主要為氧化物和硫化物，其中硫化物含量約占19.31%。綜合分析認為爐膛內水冷壁管減薄原因為首先存在高溫腐蝕，吹灰器吹灰加劇了水冷壁管的減薄，管壁表面的氧化膜在吹灰蒸汽的沖刷下脫落后露出新的金屬基體，新的基體易被氧化和腐蝕，新的氧化膜又被沖掉，如此腐蝕和沖刷反復交替進行，形成沖蝕作用，大大加快了管壁減薄的速度。產生高溫腐蝕的原因一為煤中硫份高，高溫腐蝕速度與煤中含硫量成正比。二為后墻及右墻后側水冷壁周圍燃燒時為還原性氣氛，產生較多H2S氣體，H2S氣體對高溫腐蝕影響較大。從修后西安熱工院燃燒調整試驗分析中得知，低負荷時備用燃燒器的漏風，導致運行層燃燒器的缺氧燃燒使水冷壁壁面氣氛CO含量偏高，也是導致后墻高溫腐蝕嚴重的主要因素。二是從近幾年發(fā)生的四管泄漏類型來看，多為彎頭應力集中產生裂紋擴展泄漏，有可能今后一段時間處于部件應力集中缺陷的暴露期。在這幾年的大小修防磨防爆檢查中，利用了磁記憶手段也多次查出了應力集中現(xiàn)象并提前采取了釋放應力或更換管段的措施。由于這種裂紋是從內向外發(fā)展的，人員宏觀檢查難以發(fā)現(xiàn)，即便是采用磁記憶手段，由于彎頭數(shù)量眾多，且受檢修時間和爐內結構條件限制，無法逐一排查，這是影響鍋爐安全運行的一大隱患和難題。三是吹灰蒸汽吹損的范圍不斷擴大。在這幾年的防磨防爆檢查中發(fā)現(xiàn)，尾部受熱面吹灰通道內的吹損范圍擴展到了每排的第2、3根管子，防護瓦脫落偏轉的部位吹損嚴重，個別管子停爐后檢查發(fā)現(xiàn)已經接近吹透。在2002年吹灰蒸汽大面積吹損受熱面時由于工期原因大量采用了焊補工藝，在磁記憶抽查中發(fā)現(xiàn)了應力集中現(xiàn)象，令人擔心。雖然加強了吹灰管理，減少吹灰頻次，但由于每排的第2、3根管子無法加裝防護瓦，第1根管能夠加裝防護瓦的部位也由于數(shù)量眾多，難以確保無一偏轉脫落，且被吹損的管子不一定完全查找到且焊接質量也無法確保，給以后的安全運行帶來了隱患。四是煙氣走廊處的磨損和氧化皮脫落堵塞。再熱器入口聯(lián)箱等部位在檢查中相繼發(fā)現(xiàn)了煙氣變向沖刷磨損，均流板破損處形成煙氣走廊沖刷管子，聯(lián)箱、導汽管防護膠泥脫落被沖刷等缺陷。隨著運行時間的增長，省煤器、再熱器、水冷壁、過熱器磨損所帶來的問題會逐漸突出。由于氧化皮脫落無規(guī)律性且目前還沒有積極有效的防范措施，所以無法排除該隱患，通過加大檢測，針對性割管處理和運行吹掃來防止堵管。3 鍋爐防磨防爆工作探討鍋爐防磨防爆工作，涉及鍋爐、金屬、化學、熱工、焊接等專業(yè)，聯(lián)系機組設計選型、制造、監(jiān)造、安裝、調試、運行、檢修、監(jiān)督等過程和環(huán)節(jié)，是一種非常繁雜和專業(yè)性非常強的系統(tǒng)性工作。華能大連電廠鍋爐連續(xù)十幾年無泄漏，成為電站鍋爐長周期運行的樣板廠，也歸功于擁有一個非常好的防磨防爆體制和系統(tǒng)，并很好運作。華能日照現(xiàn)在雖然健全了防磨防爆的體系，但需要進一步完善運作，更好的發(fā)揮其作用。一是冷靜全面分析設備存在的問題，提出解決的措施和長遠規(guī)劃。現(xiàn)對鍋爐受熱面仍具有較大威脅的主要有水冷壁腐蝕、應力集中、吹灰器吹損受熱面、TP304管氧化皮脫落、末級過熱器再熱器兩側超溫問題。隨著機組運行時間的加長，尾部受熱面的飛灰磨損也將逐步加重。二是加大技改投入，針對設備存在的問題尋求科研院所支持，加大設備改造力度。對于水冷壁腐蝕、氧化皮、應力集中等問題，積極聯(lián)系科研院所，全面分析影響因素，吸收利用先進科技手段，提高對設備的診斷能力和防護水平，進行預防性的檢查處理和制定改造優(yōu)化方案。如利用磁記憶和氧化皮檢測技術檢查設備內在的問題，利用壽命評估提前對到限爐管進行更換。對備用燃燒器漏風與尾部煙道吹灰方式改進等問題，成立專題小組，通過攻關改造使影響降至最小。三是保持一個穩(wěn)定精干的防磨防爆檢查隊伍，本著少而精的原則配備檢查人員，在實際工作中做到“分工明確，責任到人，檢查到位、獎懲分明” 。防磨防爆檢查小組成員分片負責，對查出的問題按考核標準進行獎勵，同時，對沒有檢查出缺陷的情況也按規(guī)定進行扣罰。在日常工作中“逢停即檢”，充分利用每次的停爐檢修機會進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施，防止或減少“四管”漏泄發(fā)生。四是采用可行的激勵機制，調動并鼓勵檢查小組以外的鍋爐運行檢修人員以及相關檢修隊伍參與檢查，利用個人的經驗和角度，全面細致的排查各個角落，不留死角。對個人及檢修隊伍發(fā)現(xiàn)的重大缺陷，按考核標準進行獎勵，并要求落實到人，不搞大鍋飯。所有獎罰均當場當面兌現(xiàn)，這對參加檢修的人員是一極大的激勵和約束，充分有效調動了他們的工作積極性，對防磨防爆工作也是有益的推動。五是加強運行和檢修管理。運行控制汽溫、汽壓、壁溫，防止發(fā)生超溫、超壓對鍋爐受熱面造成永久損傷和破壞。由于啟停爐溫差變化大容易應力集中，出現(xiàn)缺陷擴展以及氧化皮剝落堆積，啟停爐應嚴格控制升（降）溫升（降）壓率等鍋爐參數(shù)在允許范圍內并嚴密監(jiān)視，合理吹灰，及時調整，防止鍋爐各參數(shù)