【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行狀況總體較好，但也出現(xiàn)了一些問題，我們通過(guò)對(duì)多家電廠的調(diào)研，總結(jié)出了幾種常見事故，詳情見圖5。圖5國(guó)產(chǎn)超臨界鍋爐常見事故統(tǒng)計(jì)哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠、東方鍋爐廠是國(guó)內(nèi)最大的三家鍋爐生產(chǎn)廠家，代表國(guó)內(nèi)鍋爐發(fā)展的最高水平，我們通過(guò)對(duì)所調(diào)查的幾十家電廠鍋爐發(fā)生事故次數(shù)的比較，統(tǒng)計(jì)了三家電廠鍋爐事故率，對(duì)三家鍋爐廠做了簡(jiǎn)單的比較，見圖6，由于三家鍋爐產(chǎn)量及所調(diào)研資料的不足，此表有一定的缺憾，僅供參考。圖6 國(guó)內(nèi)超臨界鍋爐生產(chǎn)廠家鍋爐比較表第三章 超臨界鍋爐四管泄露問題概述, ℃.在臨界點(diǎn)上，水與汽的參數(shù)完全相同，兩者的差別消失。超臨界鍋爐工作在超臨界壓力范圍內(nèi)，水冷壁與過(guò)熱器的功能類似，水冷壁熱偏差導(dǎo)致流量偏差擴(kuò)大、偏差管內(nèi)工質(zhì)熱物理特性劇烈變化，進(jìn)而產(chǎn)生流量偏差和傳熱特性惡化，致使水冷壁壁溫偏差增大。同時(shí)超臨界機(jī)組再熱器、過(guò)熱器材質(zhì)品種繁多，基建施工中錯(cuò)用鋼材和焊接工藝問題導(dǎo)致的鍋爐故障問題比較突出，其危害比亞臨界自然循環(huán)鍋爐的程度嚴(yán)重得多。針對(duì)超臨界鍋爐機(jī)組四管泄漏問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和不斷探索，在設(shè)計(jì)施工、檢修、運(yùn)行等方面進(jìn)行了有益的嘗試和改進(jìn)部分問題得到有效解決。對(duì)提高超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)水平、設(shè)備可用率及安全運(yùn)行具有重要價(jià)值。統(tǒng)計(jì)資料表明, 機(jī)組因鍋爐問題造成非計(jì)劃停運(yùn)占機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的60%～ 80% , 而鍋爐“四管”(水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管、省煤器管) 泄漏引起的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間占機(jī)組因鍋爐問題非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的70% 以上, 少發(fā)電量占全部事故少發(fā)電量的50% 以上, 是影響電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素。因此, 如何有效預(yù)防鍋爐爆管, 是一個(gè)很有意義的課題。第一節(jié) 四管泄露問題產(chǎn)生的主要原因1．長(zhǎng)期、短期超溫爆管泄漏鍋爐受熱面管壁造成長(zhǎng)時(shí)超溫過(guò)熱的原因主要有兩種：一是管子內(nèi)進(jìn)入異物使管子堵塞，或是焊接時(shí)的焊瘤等易造成管子堵塞；二是氧化物太多。第一種情況管子內(nèi)進(jìn)入異物主要是基建安裝時(shí)造成,短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生爆管。如某超臨界鍋爐Ⅱ級(jí)屏在168h試運(yùn)期間曾發(fā)生5次爆管，其材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti規(guī)格為∮32 mm6 ：爆破口較大，呈尖銳喇叭形，管壁減薄較多，脹粗明顯，破口邊緣薄而鋒利。爆管原因?yàn)椋喊惭b時(shí)酸洗不合格，管子里有異物堵塞。第二種情況氧化物脫落造成爆管的過(guò)程為：大型電站鍋爐的高溫過(guò)熱器和再熱器多為立式布置，每級(jí)過(guò)熱器和再熱器由數(shù)百根豎立的U形管并列組成。機(jī)組在停機(jī)和啟動(dòng)時(shí)，以及負(fù)荷、溫度和壓力變化較大時(shí)，鍋爐受熱面上達(dá)到剝離條件的氧化皮開始逐漸剝離下來(lái)，堆積在鍋爐過(guò)熱器蛇行管受熱面底部。剝離下來(lái)的氧化皮垢層，一部分被高速流動(dòng)的蒸汽帶出過(guò)熱器，另有一些會(huì)落到U形管底部彎頭處。當(dāng)某一根管子開始有了一些脫落物堆積后，由于流動(dòng)阻力增加，它的管壁溫度就會(huì)比周圍的管子高，由于底部彎頭處氧化皮剝離物的不斷堆積，使得管內(nèi)通流截面減小，造成流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致管內(nèi)的蒸汽流通量減少，使管壁金屬溫度升高。當(dāng)堆積物數(shù)量較多時(shí)，造成管壁超溫引起爆管。爆破口特征為：爆破口外壁顏色較深，表面有多道蠕變縱向裂紋，爆破口處無(wú)明顯脹粗，邊緣減薄不明顯。2．材質(zhì)不良導(dǎo)致發(fā)生爆管超臨界鍋爐機(jī)組材質(zhì)規(guī)格繁多，如某電廠鍋爐一級(jí)屏式過(guò)熱器材質(zhì)為12CrlMoV，二級(jí)屏式過(guò)熱器、三級(jí)屏式過(guò)熱器材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti,二級(jí)對(duì)流過(guò)熱器、二級(jí)對(duì)流再熱器材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti，水冷壁材質(zhì)為12CrlMoV,一級(jí)對(duì)流再熱器材質(zhì)為12CrlMoV,一級(jí)對(duì)流過(guò)熱器材質(zhì)為12CrlMoV,省煤器材質(zhì)為CT20,如基建安裝時(shí)由于檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)導(dǎo)致材質(zhì)錯(cuò)用，則很容易發(fā)生爆管問題，爆管宏觀特征為爆破口異常劇烈，破口呈大喇叭狀，邊緣粗鈍，為典型脆性斷裂。3．管材磨損引起鍋爐泄漏原因(1)易磨損部位受熱面防磨瓦脫落!煙氣磨損使管子泄漏；(2)鍋爐蒸汽吹灰器設(shè)計(jì)安裝位置角度不合理，蒸汽長(zhǎng)時(shí)間工作直吹受熱面管某一固定部位導(dǎo)致泄漏。4．因設(shè)計(jì)、安裝原因引起鍋爐泄漏某電廠超臨界鍋爐在投產(chǎn)初期啟停過(guò)程中!出現(xiàn)過(guò)幾次下輻射區(qū)水冷壁前后墻和側(cè)墻連接處水冷壁撕裂現(xiàn)象。分析引起水冷壁撕裂的原因?yàn)椋涸撾姀S鍋爐屬于典型的“一爐兩鍋”，兩個(gè)流道的沿程受熱面汽水互不混合，運(yùn)行中易形成溫度偏差，前后墻水冷壁的熱膨脹程度與側(cè)墻水冷壁熱膨脹程度不同，但整個(gè)水冷壁通過(guò)鰭片焊接成一個(gè)整體，造成前后墻與側(cè)墻連接處焊縫存在拉應(yīng)力，而且這種拉應(yīng)力在鍋爐停爐時(shí)表現(xiàn)得尤為劇烈。由于鍋爐的頻繁啟停，這種拉應(yīng)力使前后墻與側(cè)墻連接處金屬的局部組織產(chǎn)生疲勞，引起撕裂，屬設(shè)計(jì)不合理。采取的改進(jìn)措施為:將10 m處前后墻與側(cè)墻連接鰭片從中間割開1 m多，邊緣磨出止裂孔，使前后墻與側(cè)墻分開，兩個(gè)流道停爐時(shí)自由收縮。運(yùn)行表明改造效果明顯。5. 異種鋼接頭失效造成爆管某直流爐過(guò)熱器的異種鋼焊口布置在爐頂，珠光體鋼12CrlMoV和奧氏體鋼12Cr18Ni12Ti，兩種鋼的耐熱能力相差很大，當(dāng)爐內(nèi)管出現(xiàn)過(guò)熱時(shí)一定首先體現(xiàn)出12CrlMoV材質(zhì)脹粗過(guò)熱和泄漏，因此檢查爐內(nèi)異種鋼過(guò)熱器超溫情況時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查熱室中的異種鋼焊口及12CrlMoV管材的過(guò)熱和脹粗。異種鋼接頭失效的過(guò)程主要體現(xiàn)在如下方面：(1)在運(yùn)行溫度下，碳原子從低合金母材側(cè)進(jìn)入奧氏體焊縫，在熔合線附近形成脫碳層和增碳層。脫碳層的形成使接頭強(qiáng)度和蠕變性能降低，蠕變強(qiáng)度不匹配更加嚴(yán)重。(2)由線膨脹系數(shù)的差異引起的熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力與正常的管運(yùn)行應(yīng)力相疊加，在接頭熔合區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中。在該區(qū)可能還存在馬氏體相組織。(3)由于蠕變強(qiáng)度的差異在應(yīng)力集中的作用下，應(yīng)變主要集中在蠕變強(qiáng)度較低的區(qū)域，即低合金母材側(cè)熔合線附近，運(yùn)行一段時(shí)間后，該區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生蠕變裂紋，外部產(chǎn)生類似咬邊缺陷的溝槽。(4)長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生的蠕變裂紋相互聯(lián)合。(5)聯(lián)合的裂紋沿熔合線擴(kuò)展，最終導(dǎo)致接頭斷裂。第二節(jié) 四管泄露問題檢修及預(yù)防的主要措施1. 解決鍋爐四管泄漏方法 設(shè)計(jì)與材質(zhì)選用超臨界機(jī)組高壓蒸汽管道、過(guò)熱器、再熱器、水冷壁、聯(lián)箱等部件的工作條件相對(duì)較為苛刻，對(duì)材料要求也比較嚴(yán)格，其常見的典型失效機(jī)制最主要表現(xiàn)為蠕變：疲勞、腐蝕和磨損等。因此，機(jī)組用熱強(qiáng)鋼應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本方面的要求:①500～600 ℃的工況下應(yīng)具有足夠高的高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度；②具有良好的高溫組織穩(wěn)定性；③具有良好的高溫抗氧化性，耐腐蝕性；④具有良好的冷加工性能和焊接性能。在鍋爐設(shè)計(jì)或投運(yùn)以后的改造中，更換Cr含量高的管材以提高金屬抗氧化能力，氧化皮脫落的現(xiàn)象在鐵素體和奧氏體材料上均有發(fā)生，各種材料在抗氧化和剝落上有所差別，材料中Cr含量的提高有助于提高抗氧化能力，減緩氧化皮剝落的發(fā)生。T91抗氧化性能優(yōu)于T22材料，其允許管壁溫可在620～650 ℃以上。大量的研究和試驗(yàn)工作還表明:細(xì)晶TP347FG鋼管在550 ℃以上時(shí)的抗蒸汽氧化性能較強(qiáng)，其蒸汽側(cè)氧化皮生長(zhǎng)速度較低，已在國(guó)內(nèi)外電廠開始應(yīng)用。 受熱面檢修解決方法根據(jù)超臨界機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況和幾年來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)確定檢查周期，沖刷嚴(yán)重部位每年檢測(cè)一次，其他部位進(jìn)行常規(guī)檢查，在一個(gè)大修期內(nèi)做到全部檢查一遍。以下重點(diǎn)部件需詳細(xì)檢查：(1)穿墻管、懸吊管、管卡處管子和省煤器、水平煙道內(nèi)過(guò)熱器上部管段、臥式布置的再熱器等易磨損部位受熱面。(2)水冷壁四角管子、燃燒器噴口和孔、門彎管部件的管子、工質(zhì)溫度不同而連在一起的包墻管、包煙、風(fēng)道滑動(dòng)面連接處的管子等易因膨脹不暢而拉裂的部位。(3)受蒸汽吹灰器的汽流沖擊的管子及水冷壁或包墻管上開孔裝吹灰器部位的近鄰管排。(4)屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器等有經(jīng)常超溫記錄的管排。(5)在大、中修期間采用氧化皮監(jiān)測(cè)儀對(duì)過(guò)熱器、再熱器進(jìn)行氧化皮檢測(cè)，同時(shí)對(duì)管材進(jìn)行壽命評(píng)估并及時(shí)更換氧化較嚴(yán)重的管材。檢查的重點(diǎn)項(xiàng)目是: ①包墻過(guò)熱器鰭片焊口咬邊及頂棚過(guò)熱器對(duì)接焊口檢查；②爐外小管一次門前焊口、彎頭磨損檢查；③一、二級(jí)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器內(nèi)圈吹灰器附近磨損部位；④檢查低溫再熱器懸吊管根部是否有異常情況。2. 運(yùn)行操作的主要預(yù)防措施(1) 注意主汽溫及鍋爐金屬壁溫的監(jiān)視與調(diào)整，啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程控制好升溫速度，防止運(yùn)行中超溫。 ℃／min平穩(wěn)下降，機(jī)組負(fù)荷降至100MW以下時(shí)少用二級(jí)減溫水。盡量避免緊急停爐，嚴(yán)禁停爐后通風(fēng)快速冷卻，以防止氧化皮脫落。但機(jī)組大修停爐時(shí)快速停爐冷卻，使氧化皮盡快脫落在大修期間得到一次徹底清除。(2)做好停爐防腐工作，防止過(guò)熱器、再熱器彎頭積水造成停運(yùn)期間腐蝕。(3)采用汽輪機(jī)啟動(dòng)旁路系統(tǒng)對(duì)氧化皮進(jìn)行吹掃，在機(jī)組啟動(dòng)初期利用機(jī)組本身的一、二級(jí)旁路系統(tǒng)對(duì)鍋爐過(guò)熱器!再熱器進(jìn)行蒸汽吹管，通過(guò)監(jiān)測(cè)凝結(jié)水中鐵含量的變化判斷是否有氧化皮脫落。(4)超臨界鍋爐大多采用直吹式制粉系統(tǒng)，改善磨煤機(jī)出口煤粉均勻性，保證其偏差不大于10％，煤粉均勻性改善后優(yōu)化調(diào)整配風(fēng)降低爐膛出口煙氣溫度，降低過(guò)熱器、再熱器超溫以減小氧化皮產(chǎn)生。第三節(jié) 四管泄露問題案例分析一、對(duì)廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電廠600 MW 超臨界機(jī)組鍋爐爆管過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)介紹, 并對(duì)爆管原因進(jìn)行了分析, 提出了有效的處理和預(yù)防措施, 可供同類型機(jī)組的運(yùn)行和維修人員參考。1 設(shè)備概況廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電廠2 號(hào)爐系哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)英國(guó)三井巴布科克能源公司(MB) 技術(shù)生產(chǎn)的HG21890/ 25142YM4 型鍋爐, 為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生(Be nson) 直流鍋爐, 單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π 型露天布置。鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)和材質(zhì)如下:（1)屏式過(guò)熱器位于折焰角上方, 共30 片管屏, 每屏由28 根管繞制而成, 入口段管的設(shè)計(jì)材料為SA213 T9規(guī)格為 mm mm( mm) , 底部和出口段管的設(shè)計(jì)材料為SA213TP347 H、規(guī)格為∮ mm mm 。(2) 末級(jí)過(guò)熱器位于折焰角上方, 共30 片管屏, 每屏由20 根管繞制而成, 入口段管的設(shè)計(jì)材料為SA213 T9規(guī)格為∮ ,底部和出口段管的設(shè)計(jì)材料為SA213TP347H 、規(guī)格為∮ mm mm 。(3) 高溫再熱器共95 屏, 每屏采用10 根管,入口段管的規(guī)格為∮57 mm 4 mm 、材料為12Cr1MoV G , 中間段管的規(guī)格為∮51 mm 4 mm 、材料為SA2213 T91 , 出口段的管的規(guī)格為∮51 mm4 mm、材料為SA2213 TP347 H 。（4) 折焰角處吊掛管由95 根規(guī)格為∮76 mm mm 、材料為15CrMoG 的管組成。圖7　爆口形狀圖(5) 折焰角由385 根規(guī)格為∮ mm 、材料為15CrMoG、 mm 的管組成。2 爆管經(jīng)過(guò)及處理2006 年6 月21 日鍋爐運(yùn)行過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)鍋爐屏式過(guò)熱器左數(shù)第30 排、內(nèi)數(shù)第27 根管超溫, 并有泄漏報(bào)警, 停爐冷卻降溫后, 進(jìn)入爐內(nèi)檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器入口管屏內(nèi)數(shù)第27 管泄漏, 內(nèi)數(shù)第28 管變形嚴(yán)重, 爆口如圖7 所示。對(duì)這兩根管進(jìn)行換管處理, 同時(shí)在屏式過(guò)熱器處搭設(shè)腳手架, 對(duì)屏式過(guò)熱器管排進(jìn)行全面檢查, 未發(fā)現(xiàn)其他脹粗等缺陷。2006 年6 月27 日2 號(hào)機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)行168 h 試運(yùn)時(shí), 爐管泄漏裝置開始報(bào)警, 白天各方人員到鍋爐進(jìn)行查看、聽聲, 發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)末級(jí)過(guò)熱器區(qū)域聲音有異常。 6 月28 日6 時(shí)左右, 爐內(nèi)發(fā)生一聲較大聲響, 然后爐內(nèi)聲音明顯增大, 可以確認(rèn)爐內(nèi)發(fā)生管屏泄漏。 鍋爐滅火, 進(jìn)行冷卻, 并到爐內(nèi)對(duì)破壞情況進(jìn)行了全面檢查。檢查發(fā)現(xiàn), 末級(jí)過(guò)熱器管、高溫再熱器管、水冷壁吊掛管均有泄漏、損壞, 即末級(jí)過(guò)熱器左數(shù)第16 排、內(nèi)數(shù)第1 管泄漏, 損壞4 根管。 末級(jí)過(guò)熱器左數(shù)第15 排、內(nèi)數(shù)第2 管泄漏, 損壞12 根管。通過(guò)對(duì)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器全面檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器左數(shù)第30 排、內(nèi)數(shù)第5 根管, 末級(jí)過(guò)熱器入口左數(shù)15 排、內(nèi)數(shù)第5 根和第9 根管有脹粗, 進(jìn)行換管處理。 高溫再熱器左數(shù)第41 排損壞3 根管,左數(shù)第42 排損壞15 根管, 左數(shù)第43 排損壞9 根管,左數(shù)第44 排損壞7 根管。 水冷壁吊掛管左數(shù)第43 根管泄漏, 吊掛管左側(cè)1 根水冷壁管泄漏, 對(duì)其進(jìn)行更換。在鍋爐頂部將左數(shù)第第第30 屏式過(guò)熱器入口集箱手孔和左數(shù)第1第16 末級(jí)過(guò)熱器入口集箱手孔割開, 進(jìn)行檢查, 未發(fā)現(xiàn)異常。檢修后鍋爐重新點(diǎn)火, 不久發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器左數(shù)29 排、內(nèi)數(shù)第15 管超溫, 經(jīng)確認(rèn), 爐左數(shù)第2排屏式過(guò)熱器發(fā)生泄漏。停爐后經(jīng)爐內(nèi)檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器入口左數(shù)第14 管泄漏, 內(nèi)數(shù)第1 根管有漲粗, 對(duì)這兩根管進(jìn)行了更換。屏式過(guò)熱器第29 排管、內(nèi)數(shù)第15 管由于有超溫現(xiàn)象, 也進(jìn)行了更換, 本次檢修共更換3 根管, 焊口26 道。圖8　集箱中雜物示意圖本次泄漏發(fā)生后, 對(duì)屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器、高溫再熱器、尾部低溫再熱器、低溫過(guò)熱器、省煤器、水冷壁進(jìn)行了全面檢查。在爐頂處將屏式過(guò)熱器入口集箱、末級(jí)過(guò)熱器入口集箱手孔全部割開, 使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行全面檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器左數(shù)第17 個(gè)小集箱內(nèi)有1 較大鐵塊, 末級(jí)過(guò)熱器左數(shù)第15 、第17 小集箱各有1 小塊類似于氧化鐵的雜物, 如圖8 所示。3 爆破過(guò)程和原因分析根據(jù)爐內(nèi)檢查情況并結(jié)合斷口分析如下。 爆破過(guò)程分析末級(jí)過(guò)熱器左15 排內(nèi)數(shù)第1 圈為本次爆破的第一爆點(diǎn), 泄漏后吹損相鄰左16 屏內(nèi)二管, 造成該管吹損后瞬間爆破, 由于巨大內(nèi)壓, 管的反沖擊力將該管拉出, 穿過(guò)高溫再熱器管屏, 吹損相鄰高溫再熱器管, 其中較嚴(yán)重的有32 根, 造成高溫再熱器管交叉破壞, 引發(fā)二次大面積泄露, 爐膛內(nèi)出現(xiàn)氣流擾動(dòng), 產(chǎn)生正壓。折焰角部位左43 根懸吊管, 在本次爆破中發(fā)生密封焊處撕裂, 位于折焰角密封焊熔合線處。裂紋初始斷口呈現(xiàn)瓷狀氧化熱疲勞裂紋形態(tài), 自外壁向內(nèi)壁環(huán)向開裂, 已基本裂穿(管壁厚1215 mm ,最大裂紋深度達(dá)10 mm) 。搶修中, 對(duì)其他懸吊管部位密封焊熔合線處也進(jìn)行了宏觀及滲透探傷檢查, 未發(fā)現(xiàn)異常。 爆破原因查找和分析(1)