【正文】 均勻, 避免溫度驟升驟降, 引起熱應(yīng)力在結(jié)構(gòu)的薄弱處集中。注意密封焊接質(zhì)量, 施工單位要認(rèn)真調(diào)整密封間隙, 嚴(yán)禁直接焊在管子上, 并注意避免出現(xiàn)咬邊等缺陷, 另外, 注意聯(lián)箱吊掛裝置的安裝、調(diào)整質(zhì)量, 保證吊掛聯(lián)箱各部位受力均衡。3)未級(jí)過熱器爆破原因分析末級(jí)過熱器左數(shù)第15 排、內(nèi)數(shù)第1 圈泄漏點(diǎn)(爆口在入口T91 側(cè)) 為本次爆破第一爆點(diǎn), 由于聯(lián)箱中存在雜物和鐵塊, 管內(nèi)部通流不暢造成短時(shí)過熱超溫、蠕脹爆管, 運(yùn)行中擴(kuò)展后泄漏。其次, 按設(shè)計(jì)要求, 密封焊應(yīng)焊在鰭片上, 但是因設(shè)計(jì)原因, 懸吊管穿墻處密封焊間隙較小, 造成部分密封直接焊在水冷壁管上, 受力后首先拉裂管子。末級(jí)過熱器管原材料規(guī)格為∮ mm mm , 材質(zhì)為SA2213TP347H。 爆破原因查找和分析(1)原材料質(zhì)量核查對(duì)爆破的末級(jí)過熱器、高溫再熱器、懸吊管及折焰角水冷壁管進(jìn)行光譜核查, 使用材料與設(shè)計(jì)相符。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) 。 爆破過程分析末級(jí)過熱器左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。在爐頂處將屏式過熱器入口集箱、末級(jí)過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)屏式過熱器左數(shù)第17 個(gè)小集箱內(nèi)有1 較大鐵塊, 末級(jí)過熱器左數(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。屏式過熱器第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。檢修后鍋爐重新點(diǎn)火, 不久發(fā)現(xiàn)屏式過熱器左數(shù)29 排、內(nèi)數(shù)第15 管超溫, 經(jīng)確認(rèn), 爐左數(shù)第2排屏式過熱器發(fā)生泄漏。 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。通過對(duì)屏式過熱器、末級(jí)過熱器全面檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過熱器左數(shù)第30 排、內(nèi)數(shù)第5 根管, 末級(jí)過熱器入口左數(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。檢查發(fā)現(xiàn), 末級(jí)過熱器管、高溫再熱器管、水冷壁吊掛管均有泄漏、損壞, 即末級(jí)過熱器左數(shù)第16 排、內(nèi)數(shù)第1 管泄漏, 損壞4 根管。 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。對(duì)這兩根管進(jìn)行換管處理, 同時(shí)在屏式過熱器處搭設(shè)腳手架, 對(duì)屏式過熱器管排進(jìn)行全面檢查, 未發(fā)現(xiàn)其他脹粗等缺陷。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。(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 。鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)和材質(zhì)如下:（1)屏式過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 。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。(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)鍋爐過熱器!再熱器進(jìn)行蒸汽吹管，通過監(jiān)測(cè)凝結(jié)水中鐵含量的變化判斷是否有氧化皮脫落。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。 ℃／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。檢查的重點(diǎn)項(xiàng)目是: ①包墻過熱器鰭片焊口咬邊及頂棚過熱器對(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)屏式過熱器、末級(jí)過熱器內(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。(4)屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器等有經(jīng)常超溫記錄的管排。(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。 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。T91抗氧化性能優(yōu)于T22材料，其允許管壁溫可在620～650 ℃以上。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。(5)聯(lián)合的裂紋沿熔合線擴(kuò)展，最終導(dǎo)致接頭斷裂。(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。(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。異種鋼接頭失效的過程主要體現(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。運(yùn)行表明改造效果明顯。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。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)初期啟停過程中!出現(xiàn)過幾次下輻射區(qū)水冷壁前后墻和側(cè)墻連接處水冷壁撕裂現(xiàn)象。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)屏式過熱器材質(zhì)為12CrlMoV，二級(jí)屏式過熱器、三級(jí)屏式過熱器材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti,二級(jí)對(duì)流過熱器、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。當(dāng)堆積物數(shù)量較多時(shí)，造成管壁超溫引起爆管。剝離下來的氧化皮垢層，一部分被高速流動(dòng)的蒸汽帶出過熱器，另有一些會(huì)落到U形管底部彎頭處。第二種情況氧化物脫落造成爆管的過程為：大型電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器多為立式布置，每級(jí)過熱器和再熱器由數(shù)百根豎立的U形管并列組成。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。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。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。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。超臨界鍋爐工作在超臨界壓力范圍內(nèi)，水冷壁與過熱器的功能類似，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。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。由于資源、經(jīng)濟(jì)、交通等各方面因素影響，我國(guó)各省超臨界機(jī)組建設(shè)狀況并不均衡，在資源豐富、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利的地方，機(jī)組建設(shè)較多，圖4是根據(jù)調(diào)研資料經(jīng)過統(tǒng)計(jì)的全國(guó)各省市機(jī)組分布情況。我國(guó)在超臨界和超超臨界機(jī)組的研究、設(shè)計(jì)和制造能力的形成和提高上加大投人，發(fā)揮國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造能力，新建了一大批超臨界機(jī)組。為進(jìn)一步降低能耗, 減少CO2 排放, 改善環(huán)境, 在材料技術(shù)發(fā)展的前提下, 超臨界機(jī)組正朝更高參數(shù)的超超臨界技術(shù)方向迅速發(fā)展。平圩電廠的高低壓旁路的容量都為30 %額定負(fù)荷, 北侖電廠高低壓旁路的容量分別為50 %和60 %額定負(fù)荷。在汽機(jī)甩部分或全部負(fù)荷時(shí), 低壓旁路調(diào)節(jié)閥會(huì)接受脈沖信號(hào), 以增加其開度而快速排出因汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽減少而多余的蒸汽。低壓旁路將再熱器出口蒸汽繞過汽機(jī)中低壓缸而直接排入凝汽器。當(dāng)汽機(jī)主調(diào)門開度達(dá)到90 %時(shí), 高壓旁路閥門全關(guān), 當(dāng)鍋爐蒸汽壓力超過預(yù)定的安全值時(shí),可通過特殊的控制回路將旁路閥快速打開, 起到鍋爐安全閥的作用, 故鍋爐過熱器不另設(shè)安全閥。石洞口二廠鍋爐設(shè)有100 %容量的高壓旁路和65 %容量的低壓旁路, 兩級(jí)旁路串聯(lián), 這是歐洲國(guó)家采用的典型系統(tǒng)。當(dāng)分離器切換到干態(tài)運(yùn)行后, 自動(dòng)控制由水位控制改變?yōu)楣べ|(zhì)溫度控制, 工作參數(shù)(壓力和溫度) 要求比較高, 但因不需切除, 控制閥門可以簡(jiǎn)化。石洞口電廠鍋爐采用內(nèi)置式汽水分離器。37 %MCR 到85 %MCR 時(shí), 鍋爐作變壓直流運(yùn)行, 這時(shí)內(nèi)置式汽水分離充當(dāng)集汽箱的作用。水冷壁自啟動(dòng)至37 %MCR 負(fù)荷時(shí), 運(yùn)行方式與汽包鍋爐相似, 汽水分離器充當(dāng)汽包的作用, 分離出的水排入疏水?dāng)U容器實(shí)現(xiàn)工質(zhì)回收。超臨界鍋爐內(nèi)的爐水被加熱到相應(yīng)壓力下的臨界溫度時(shí)全部汽化, 不再存在汽、水兩相區(qū)。一開始升壓就必須不間斷地向鍋爐進(jìn)水,維持足夠的工質(zhì)流速和壓力使受熱面得以冷卻。超臨界直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)要求保證從啟動(dòng)到MCR 全過程的安全性, 防止亞臨界參數(shù)下的膜態(tài)沸騰和超臨界參數(shù)下的管壁超溫以及沿寬度方向上的溫度偏差。該旁路可提高過熱器出口溫度并限制蒸汽壓力的上升速度, 使蒸汽參數(shù)可較快地達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)要求。 鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)平圩電廠鍋爐過熱器設(shè)有一根5 %額定負(fù)荷容量的啟動(dòng)小旁路管, 將汽包飽和蒸汽經(jīng)減壓后排至凝汽器。而螺旋管圈水冷壁只要增減螺旋上升角度, 就可以改變管數(shù), 在保證足夠的質(zhì)量流速的同時(shí), 其管徑和管數(shù)可不受爐膛周界尺寸的限制, 在管徑選用上有一定的靈活性。螺旋式水冷壁的所有管子沿爐膛四周盤旋上升, 均勻地分布在爐膛四周, 在任一高度所有管子的受熱幾乎相同, 故比較適用于變壓運(yùn)行。石洞口二廠的兩臺(tái)超臨界機(jī)組均采用螺旋式水冷壁。W型直流爐。W公司的UP 型直流爐、CE公司的復(fù)合循環(huán)型直流爐和F amp。超臨界直流爐的水冷壁主要采用螺旋式水冷壁管型和一次垂直上升管屏式?？紤]到亞臨界參數(shù)下汽包壁厚增加, 起停過程中上下壁溫差值較大因而限制起停速度, 汽包壁采取上下不等壁厚結(jié)構(gòu), 并采用環(huán)形夾層, 使汽包內(nèi)壁溫接近于汽水混合物溫度, 使上下壁溫差均勻而且減小, 可快速起停。在其下降管回路中均設(shè)循環(huán)泵, 以提供足夠的壓頭來保證在任何運(yùn)行工況下能進(jìn)行充分的強(qiáng)迫循環(huán)。3 鍋爐本體與主要系統(tǒng)的特點(diǎn)超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組在燃燒系統(tǒng)、過熱器和再熱器系統(tǒng)的差異不是太大, 這里主要分析差別比較大的水冷系統(tǒng)、鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)與汽機(jī)旁路系統(tǒng)。在85 %～37 %負(fù)荷, 采用變壓運(yùn)行, 蒸汽壓力隨負(fù)荷降低而降低, 。 在中間負(fù)荷范圍, 采用變壓運(yùn)行,用改變鍋爐主蒸汽壓力的方式調(diào)節(jié)負(fù)荷。h) 1311311351354322324 運(yùn)行靈活性現(xiàn)代超臨界機(jī)組采用變壓運(yùn)行方式, 能滿足快速變動(dòng)負(fù)荷和低負(fù)荷運(yùn)行的要求。h) 1299299333336308313供電煤耗/ g h)36. 8033. 3733. 82029. 6583829. 8發(fā)電煤耗/ g (kW(kW表3 6臺(tái)機(jī)組近年的供電煤耗等有關(guān)數(shù)據(jù)表年份項(xiàng)目石二1石二2平圩1平圩2北侖1北侖2 1995等效可用系數(shù)/ %82. 7495. 5681. 9379. 4888. 2263. 11發(fā)電量/ 105 (MWh) , 供電效率為39. 5 % , 熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)明顯優(yōu)于同容量亞臨界機(jī)組。因此對(duì)于采用變壓運(yùn)行的機(jī)組, 以及電廠建在煤價(jià)較貴的地區(qū)時(shí)采用超臨界參數(shù)可獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。h) 降到300～302 g/ ( kW根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較, 對(duì)于300～600 MW機(jī)組, 低價(jià)煤地區(qū)仍以亞臨界壓力(17 MPa 、540/ 540 ℃) 較為適宜。 經(jīng)濟(jì)性超臨界機(jī)組雖然沒有汽包耗鋼量減少, 但過熱器、再熱器采用高級(jí)合金鋼, 閥門價(jià)格也提高, 故總成本增加。石洞口二廠兩臺(tái)600 % %。日本的超臨界機(jī)組可用率在90 %以上, 事故率在1 %以下。美國(guó)《發(fā)電可用率數(shù)據(jù)系統(tǒng)》1980 年的分析報(bào)告中, 公布了71 臺(tái)超臨界機(jī)組和27 臺(tái)亞臨界機(jī)組的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 兩類機(jī)組的平均運(yùn)行可用率、等效可用率和強(qiáng)迫停運(yùn)率已經(jīng)沒有差別。2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 可靠性美國(guó)和前蘇聯(lián)在發(fā)展超臨界機(jī)組的初期, 由于缺乏經(jīng)驗(yàn), 設(shè)計(jì)和運(yùn)行都存在問題, 機(jī)組可靠性低。 大多采用一次再熱, 采用兩次再熱的只占超臨界機(jī)組中的15 % , 因兩次再熱雖能改善經(jīng)濟(jì)性, 但管路復(fù)雜, 耗用鋼材也多。目前國(guó)際上超臨界參數(shù)鍋爐的過熱蒸汽(汽機(jī)進(jìn)口) 、