火力發(fā)電廠超超臨界鍋爐防爆管施工工藝研究

郭 兵

(山西省電建一公司，山西大同 037043)

1 概述

最近幾年，我國的生產(chǎn)建設(shè)和人民生活對電力的要求不斷增長，因此，電站鍋爐容量相應(yīng)的也在不斷地增加。鍋爐容量的增加既滿足了社會的需求，也提高了鍋爐熱效率，為國家節(jié)省了煤炭資源。但是，鍋爐容量提高對鍋爐設(shè)備制造工藝、安裝技術(shù)水平的要求也不斷提高，高壓力、高出力的鍋爐系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致鍋爐爆管的潛在因素也在增加。國內(nèi)已投產(chǎn)的超超臨界機組在調(diào)試、運行過程中基本上都出現(xiàn)了不同程度的爆管現(xiàn)象，由于超超臨界機組容量較大，因鍋爐爆管而產(chǎn)生的非停對電網(wǎng)沖擊也較大。本文從設(shè)備設(shè)計、制造運輸、設(shè)備安裝、調(diào)試、運行等幾個方面作了分析，提出了防爆管的觀點，以饗讀者。

1.1 簡介

以西塞山電廠為例，西塞山電廠二期工程設(shè)計為兩臺裝機容量680 MW的國產(chǎn)超超臨界機組，為探討研究設(shè)備設(shè)計、制造、安裝、運行等各個環(huán)節(jié)中導(dǎo)致超超臨界機組發(fā)生爆管的原因，有針對性采取相應(yīng)的管理措施和技術(shù)措施，成立了防爆管項目研究課題。本課題主要研究探索超超臨界機組鍋爐防爆管施工工藝。

1.2 鍋爐參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點

西塞山二期2×600 MW級燃煤發(fā)電機組，鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用∏形布置、單爐膛、反向切圓燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量2 098 t/h，過熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為603℃，給水溫度為296.1 ℃。

2 超超臨界鍋爐爆管原因分析

2.1 設(shè)備設(shè)計原因

分析:該鍋爐設(shè)計特點是:

1)本鍋爐采用改進型的內(nèi)螺紋管垂直水冷壁，即在上下爐膛之間加裝水冷壁中間混合集箱，以減少水冷壁沿各墻寬的工質(zhì)溫度和管子壁溫的偏差，節(jié)流孔圈裝設(shè)在小直徑的下聯(lián)箱外面較粗的水冷壁入口管段上以加大節(jié)流度，提高調(diào)節(jié)流量能力。

水冷壁中間混合集箱區(qū)域水冷管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難，彎曲半徑小于50 mm，容易產(chǎn)生堵塞，建議改進。

2)過熱器系統(tǒng)采用四級布置，沿蒸汽流程依次為水平與立式低溫過熱器、分隔屏過熱器、屏式過熱器和末級過熱器。再熱器分成低溫再熱器和末級再熱器兩級。采用適合高蒸汽參數(shù)的超超臨界鍋爐的高熱強鋼:由于鍋爐的主汽和再熱汽溫度均在600℃以上，對高溫級過熱器和再熱器，大量采用了25Cr20NiNb鋼(SA-213TP310HCBN)和改良型細(xì)晶粒18Cr級奧氏體鋼(SA-213S30432)。P91，P92，Super304，HR3C 等高合金材料在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。

末級過熱器和再熱器均為立式管屏，管屏上的夾持板卡快均為φ8×15鋼筋短接焊接在管屏上，機械焊接難度大，極易損害木材，引起爆管，建議改為同材質(zhì)的方鋼，易于焊接，不傷母材。

總結(jié):設(shè)備設(shè)計合理、技術(shù)成熟、工藝需要改進，不是造成超超臨界機組鍋爐爆管的主要原因。

2.2 設(shè)備制造及運輸原因

分析:受熱面在制造過程中有可能存在如下質(zhì)量缺陷:如母材受損、裂紋、砂眼、焊縫缺陷、咬邊、弧坑等，在試運過程中因受熱及壓力增大超出材料極限應(yīng)力而爆管;受熱面運輸及裝卸過程中受外力作用被碰傷、擠壓等，造成管子變形、凹坑、材質(zhì)以低代高焊材用錯等，管子在受熱后局部應(yīng)力集中，而引起爆管。

總結(jié):設(shè)備制造過程中焊接、材質(zhì)、內(nèi)部清潔度、節(jié)流孔位置及尺寸等方面產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致鍋爐爆管的主要因素。建議加強設(shè)備制造期間的質(zhì)量管理，對于鍋爐總廠擴散的分廠業(yè)主方及相關(guān)技術(shù)人員要密切聯(lián)系廠家，加強各個分廠的質(zhì)量管理，對于出廠的焊口嚴(yán)格按規(guī)范進行復(fù)檢，合金材料按規(guī)范進行光譜復(fù)檢。

2.3 設(shè)備安裝原因

分析:集箱和管子加工過程中會存在切削片、刨花片，拼裝組焊過程中容易帶入焊條頭、石子、氧化皮等雜物。組合安裝前，雖有壓縮空氣吹掃、通球、內(nèi)窺鏡檢查等工序，但仍有清理死角，導(dǎo)致雜物存留在受熱面內(nèi)，吹管時氣流擾動吹出而堵塞在節(jié)流孔處，引發(fā)鍋爐爆管。

受熱面出廠時均進行水壓試驗，雜物粘結(jié)于受熱面內(nèi)壁上，銹蝕后，與內(nèi)壁粘貼牢固，壓縮空氣吹掃、通球均不能有效清除，鍋爐經(jīng)過酸洗、吹管等過程與管壁剝離，堵塞在集箱管口或節(jié)流孔處引發(fā)爆管。

受熱面高空作業(yè)安裝時，一些雜物落入受熱面系統(tǒng)內(nèi)，水壓、酸洗臨時管道安裝時，若直接用電焊焊接，焊渣會進入正式系統(tǒng)內(nèi)，上述雜物在吹管過程中堵塞節(jié)流孔圈引發(fā)鍋爐爆管。

受熱面安裝過程中，施工人員對設(shè)備要進行鰭片切割、拼縫、對口、密封焊、熱處理等操作，如不慎將受熱面管子割傷、管材減薄、焊接咬邊、熱處理時間不到位等傷及母材的缺陷發(fā)生又不及時修復(fù)，將在高溫高壓下爆管。

總結(jié):設(shè)備安裝過程中焊接、材質(zhì)、內(nèi)部清潔度等方面產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致鍋爐爆管的主要因素。建議加強安裝過程中的質(zhì)量控制，嚴(yán)格按驗收規(guī)范進行驗收。包括管排吹掃、通球、內(nèi)窺鏡檢查以及管排光譜檢驗，焊材的光譜檢驗、烘烤，焊后焊口的金相檢驗、熱處理等。

2.4 鍋爐調(diào)試及運行原因

分析:

1)由于燃燒器是布置在水冷壁墻上的切圓形式，而不是四角切圓，在特殊情況下，例如在濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)的過程中，鍋爐強制循環(huán)泵流量此時有300 t/h左右，在停止運行鍋爐循環(huán)泵后，鍋爐給水流量減少，燃燒器噴口二次周界風(fēng)開度小，若一次風(fēng)和二次風(fēng)配風(fēng)不當(dāng)，會造成燃燒器出口煙氣偏斜，噴口右側(cè)水冷壁管(壁溫測點335號～339號附近管)溫升過快，長時間運行，會造成管材疲勞，產(chǎn)生爆管。

2)安裝期間，一些泥土和細(xì)小的沙石很難吹掃干凈，運行期間容易凝結(jié)成珠狀圓塊，沉積于節(jié)流圈區(qū)域和一些死角，造成過熱爆管。特別是鍋爐酸洗后，沉積物主要堆積在水冷壁下集箱、疏水箱、除氧器內(nèi)，酸洗后需要及時清理這部分容器。

3)由于燃煤煤種的變化，煤粉在燃燒室結(jié)成較大塊的凝渣，落入撈渣機前，首先撞擊水冷壁冷灰斗，水冷壁冷灰斗受激烈撞擊后，容易產(chǎn)生爆管。運行一段時間，煙氣中的灰分沖刷管壁，造成過熱器、再熱器管壁減薄，也是爆管的原因之一。

在無溶解氧的水中，鐵和水反應(yīng)生成Fe3O4，放出氫氣。在超超臨界鍋爐長時間運行過程中，由于機組升降負(fù)荷和鍋爐燃燒調(diào)節(jié)，會造成金屬溫度頻繁變化，在管內(nèi)壁形成多層氧化膜，最終導(dǎo)致氧化皮剝離。剝離的氧化皮會在節(jié)流孔位置沉積，造成節(jié)流孔孔徑減小甚至堵塞，堵塞后的受熱面管內(nèi)沒有介質(zhì)流動，造成管道干燒超溫而爆管。

總結(jié):鍋爐運行過程中燃燒調(diào)節(jié)不當(dāng)，產(chǎn)生局部超溫是導(dǎo)致鍋爐爆管的主要因素。超超臨界機組的固有特性所引起的節(jié)流孔堵塞是導(dǎo)致鍋爐爆管的主要因素。

結(jié)論:綜上所述，下列四點:設(shè)備的制造質(zhì)量缺陷、設(shè)備的內(nèi)部清潔度差、設(shè)備的焊接質(zhì)量及熱處理質(zhì)量缺陷、設(shè)備運行過程中因燃燒調(diào)整不及時而引起的局部超溫是導(dǎo)致超超臨界機組鍋爐爆管的主要原因。

3 鍋爐爆管后的檢修措施

鍋爐爆管按時間段劃分最易發(fā)生爆管的時間段是在安裝后試運行期間，按區(qū)域劃分主要是集中在過熱器和再熱器區(qū)域，水冷壁也發(fā)生爆管現(xiàn)象，省煤器偶然發(fā)生爆管，但是幾率很小。根據(jù)爆管的不同區(qū)域我們可以采取不同的補救方式，介紹如下。

3.1 水冷壁爆管

水冷壁爆管多發(fā)區(qū)域為冷灰斗區(qū)域，檢修比較容易，從撈渣機內(nèi)進入冷灰斗，或者從冷灰斗人孔門進入，觀察爆管情況，確定爆管具體位置后，搭設(shè)腳手架拆除損毀的管段。更換新的水冷壁管即可。同時檢查周邊區(qū)域，有損壞的管段全部換掉，最短管節(jié)長度不低于200 mm。更換時，注意是否有廠家焊口和剛性梁連接，如果由廠家焊口和剛性梁連接，需要較長的管段。根據(jù)爆管外形確認(rèn)爆管的原因，如果是外傷爆管，爆管口呈豆粒大小不規(guī)則的形狀。如果是堵塞爆管，爆管口呈鼓面桃狀。堵塞爆管在更換短管前，必須找到堵塞物。

3.2 過熱器、再熱器爆管

過熱器、再熱器爆管多為外堵塞爆管，也有一部分是由于膨脹受阻造成爆管，還有部分是由于長時間運行煙氣中的灰分沖刷造成管壁減薄而爆管。過熱器、再熱器在爐膛的頂部，檢修起來困難較大。特別是TP91，TP92材質(zhì)的管段檢修困難更大，因為TP91和TP92材質(zhì)的管段焊接、打磨都有較高的要求，焊接工藝這里不進行敘述。一般采用開窗戶的辦法檢修過熱器和再熱器爆管。開窗戶就是在爆管附近的水冷區(qū)域開一個足夠大的孔，方便過熱器或者再熱器管排的進入。水冷壁開窗戶后，對于水冷壁下部的管口進行加堵，防止雜物掉入關(guān)口內(nèi)。爆管處理結(jié)束后，恢復(fù)水冷壁窗戶，進而恢復(fù)保溫材料。

過熱器、再熱器管排爆管往往是一根爆管引起十幾排管排爆管，處理爆管時需要認(rèn)真檢查爆管以及受傷管排的數(shù)量。找出堵塞物。更換管排前，搭設(shè)合理的腳手架，難度較大。腳手架需要從各個人孔或者看火孔傳入架子管，逐步與過熱器或者再熱器管排連接，形成一個完整的腳手架平臺方可施工。

3.3 省煤器爆管

省煤器爆管檢修難度也很大，需要拆除省煤器護板上的剛性梁及省煤器護板，將整個省煤器管排抽出。因為目前電廠所用的省煤器組合在一起是整體，單管更換無法進行。