SG－3103／27.46－M536型超超臨界壓力直流鍋爐水壓試驗(yàn)探析

郝云馮

（湖北省電力建設(shè)第二工程公司，湖北 武漢430074）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，能源的利用效率不斷提高，火力發(fā)電廠的單機(jī)容量越來(lái)越大。目前，中國(guó)已投運(yùn)的火電機(jī)組最大等級(jí)已達(dá)到1000MW級(jí)，1000MW機(jī)組已經(jīng)逐步成為中國(guó)火力發(fā)電廠的主流機(jī)組。為了減少鍋爐受熱面的泄漏，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，在鍋爐安裝完畢后必須對(duì)其進(jìn)行一次水壓試驗(yàn)。鍋爐水壓試驗(yàn)的主要目的是通過(guò)超壓試驗(yàn)檢驗(yàn)鍋爐受壓元件焊縫的可靠性，其次是檢查安裝過(guò)程中由于施工不當(dāng)可能對(duì)受壓元件造成的損傷，最后是檢驗(yàn)鍋爐受壓元件原材料在制造過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

華潤(rùn)電力蒲圻電廠二期工程擴(kuò)建2×1000MW超超臨界、凝汽式燃煤機(jī)組，配備上海鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)、制造的雙切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型超超臨界壓力直流鍋爐，鍋爐型號(hào)：SG－3103／27.46－M536。該鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：采用螺旋管圈水冷壁設(shè)計(jì)；采用較大的爐膛斷面和容積，較低的爐膛斷面熱負(fù)荷和爐膛出口煙氣溫度；采用單爐膛雙切圓的燃燒方式；采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)；采用帶有再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，能有效回收啟動(dòng)階段的工質(zhì)和熱量，并增加了運(yùn)行的靈活性；過(guò)熱器蒸汽溫度采用煤水比加3級(jí)噴水調(diào)節(jié)，再熱器蒸汽溫度采用以煙氣擋板為主，輔助燃燒器擺動(dòng)和過(guò)量空氣系數(shù)為輔的調(diào)節(jié)方式，低溫再熱器出口連接管道上設(shè)置微量噴水；過(guò)熱器、再熱器受熱面材料選取留有很大的裕度。其中，4號(hào)鍋爐本體共完成安裝焊口88260個(gè)，加上數(shù)量龐大的廠家焊口和密封焊，以及施工過(guò)程中對(duì)鍋爐受壓元件可能造成的損傷，因此，對(duì)其進(jìn)行水壓試驗(yàn)就顯得尤為重要。

2 常規(guī)水壓試驗(yàn)方案

常規(guī)水壓試驗(yàn)方案一般在鍋爐0m布置一臺(tái)上水泵、一臺(tái)升壓泵以及一個(gè)儲(chǔ)水箱，從化學(xué)車(chē)間接一根臨時(shí)管道，把合格的除鹽水輸送到儲(chǔ)水箱；從輔助蒸汽母管接一路臨時(shí)蒸汽管道，把蒸汽輸送到儲(chǔ)水箱，將除鹽水提升到廠家要求的溫度后，把水壓試驗(yàn)后用來(lái)保護(hù)受熱面的聯(lián)胺和氨水加入到儲(chǔ)水箱中，取樣檢測(cè)合格后，用上水泵將合格的除鹽水打到鍋爐受熱面內(nèi)。待鍋爐內(nèi)充滿(mǎn)除鹽水后，再啟動(dòng)升壓泵，給鍋爐升壓。

華潤(rùn)電力蒲圻電廠二期工程擴(kuò)建2×1000MW超超臨界、凝汽式燃煤機(jī)組由于鍋爐容量大，距離化學(xué)車(chē)間比較遠(yuǎn)，采用傳統(tǒng)的水壓試驗(yàn)方案雖然技術(shù)比較成熟，但卻存在如下一系列的難點(diǎn)：

2.1 水壓試驗(yàn)周期較長(zhǎng)

鍋爐水壓試驗(yàn)用水為合格的一級(jí)除鹽水，CL－的含量＜0.2mg／L。由于水壓試驗(yàn)后不能及時(shí)進(jìn)行酸洗，為了減緩鍋爐受壓元件在水壓試驗(yàn)后遭到的腐蝕，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在水中添加250～300ppm的聯(lián)胺、500ppm左右的氨水以調(diào)節(jié)水的pH值為10～10.5。同時(shí)，為了避免鍋爐受壓元件管材產(chǎn)生低溫腐蝕，水壓試驗(yàn)用水溫度應(yīng)控制在21～70℃之間（廠家要求不低于21℃）。

水壓試驗(yàn)前先在儲(chǔ)水箱加滿(mǎn)除鹽水，然后添加蒸汽和聯(lián)胺，取樣化驗(yàn)合格后，用上水泵將合格的除鹽水打到鍋爐受熱面內(nèi)。由于儲(chǔ)水箱的容積是有限的，不可能一次配藥就能滿(mǎn)足整個(gè)鍋爐水壓試驗(yàn)的用水需求，為了保證試驗(yàn)用水符合要求，就必須先將儲(chǔ)水箱內(nèi)的除鹽水配制合格后，啟動(dòng)一次上水泵，待儲(chǔ)水箱內(nèi)的除鹽水打空后，再配制下一儲(chǔ)水箱除鹽水。

該鍋爐一次汽系統(tǒng)（省煤器系統(tǒng)、爐膛水冷壁系統(tǒng)、分離器系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、過(guò)熱器系統(tǒng)）總水容積為636m3，二次汽系統(tǒng)（再熱器系統(tǒng)）總水容積為552m3。臨時(shí)儲(chǔ)水箱的容積是有限的，給儲(chǔ)水箱上除鹽水、加蒸汽、加藥、啟動(dòng)上水泵的次數(shù)就必然會(huì)很多，假設(shè)儲(chǔ)水箱的容積為100m3，給儲(chǔ)水箱上除鹽水、加蒸汽、加藥、啟動(dòng)上水泵的次數(shù)也至少達(dá)到13次之多（一次汽系統(tǒng)7次，二次汽系統(tǒng)6次），考慮到?jīng)_洗、臨時(shí)管路的耗損，實(shí)際次數(shù)會(huì)更多，整個(gè)鍋爐水壓試驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程既繁瑣又漫長(zhǎng)。

2.2 需要一個(gè)大容積的儲(chǔ)水箱

水壓試驗(yàn)過(guò)程中需要準(zhǔn)備一個(gè)大容積的儲(chǔ)水箱，該水箱為臨時(shí)使用，造價(jià)昂貴，且轉(zhuǎn)運(yùn)不便，因而在經(jīng)濟(jì)上很不合算。很多施工企業(yè)為了節(jié)約費(fèi)用，多采用將系統(tǒng)上的煙風(fēng)道臨時(shí)焊接起來(lái)作為臨時(shí)儲(chǔ)水箱的方法。但是，煙風(fēng)道作為臨時(shí)儲(chǔ)水箱強(qiáng)度不夠，需要重新加固，而且水壓試驗(yàn)完畢后，需要將臨時(shí)儲(chǔ)水箱割除，然后再安裝到煙風(fēng)道上，工作量比較大，會(huì)對(duì)試驗(yàn)后的工期帶來(lái)一定的負(fù)面影響。

2.3 需要布置漫長(zhǎng)的臨時(shí)上水管路

華潤(rùn)電力蒲圻電廠4號(hào)鍋爐為二期機(jī)組，距離化學(xué)車(chē)間比較遠(yuǎn)，為了不影響其他幾臺(tái)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從化學(xué)車(chē)間接一路上水管路，預(yù)計(jì)需要布置500m左右的273×12臨時(shí)管道，在耗費(fèi)大量臨時(shí)措施費(fèi)用的同時(shí)，安裝工期也比較長(zhǎng)。

2.4 需要布置漫長(zhǎng)的臨時(shí)蒸汽加熱管路

輔助蒸汽母管布置在汽機(jī)房25m層，從汽機(jī)房的輔助蒸汽母管接臨時(shí)蒸汽管道至布置在鍋爐0m的臨時(shí)儲(chǔ)水箱，預(yù)計(jì)至少需要150m左右的159×7管道以及相應(yīng)的保溫措施，在耗費(fèi)大量臨時(shí)措施費(fèi)用的同時(shí)，安裝工期也比較長(zhǎng)，蒸汽的熱損失也比較大。

3 現(xiàn)場(chǎng)采用的水壓試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為了節(jié)約費(fèi)用、縮短工期，同時(shí)順利完成本次4號(hào)鍋爐水壓試驗(yàn)，實(shí)際采用了借用正式凝結(jié)水系統(tǒng)作為臨時(shí)上水系統(tǒng)，借用正式輔助蒸汽系統(tǒng)作為臨時(shí)加熱系統(tǒng)，借用除氧器作為儲(chǔ)水箱的試驗(yàn)方案。

3.1 借用正式凝結(jié)水系統(tǒng)作為臨時(shí)上水系統(tǒng)

利用凝結(jié)水補(bǔ)充水管道將化學(xué)除鹽水系統(tǒng)來(lái)一級(jí)除鹽水補(bǔ)到凝結(jié)水泵出口凝結(jié)水管道中，然后依次經(jīng)過(guò)凝結(jié)水精處理裝置旁路，軸封冷卻器旁路，疏水冷卻器、8號(hào)低壓加熱器、7號(hào)低壓加熱器的大旁路，6號(hào)低壓加熱器、5號(hào)低壓加熱器的大旁路，最后補(bǔ)到除氧器；除氧器中除鹽水通過(guò)除氧器水箱溢放水管道放到鍋爐爐右的鍋爐啟動(dòng)疏水?dāng)U容器（87m3）中；鍋爐啟動(dòng)疏水?dāng)U容器中的除鹽水通過(guò)其底部的放水管道自流到集水箱（82m3）中；集水箱中的除鹽水通過(guò)其底部的管道經(jīng)變徑后改接到鍋爐水壓試驗(yàn)臨時(shí)上水泵入口法蘭。鍋爐啟動(dòng)疏水泵出口再循環(huán)管道改接到鍋爐水壓試驗(yàn)臨時(shí)上水泵出口母管。

臨時(shí)上水泵流量280m3／h，揚(yáng)程172m，布置在鍋爐0m爐右集水箱附近，一路通過(guò)臨時(shí)上水管道從給水管道流量計(jì)處水壓臨時(shí)閥門(mén)給一次汽系統(tǒng)上水，一路通過(guò)臨時(shí)上水管道從低溫再熱器進(jìn)口管道上的蒸汽吹灰汽源管接口給二次汽系統(tǒng)上水。水壓試驗(yàn)過(guò)程中，如需臨時(shí)放水，可通過(guò)臨時(shí)管道將除鹽水放回集水箱，以備重新試壓時(shí)使用。整個(gè)正式系統(tǒng)流程可行可靠，且除臨時(shí)上水泵系統(tǒng)需要安裝部分臨時(shí)管路外，從化學(xué)車(chē)間過(guò)來(lái)的除鹽水系統(tǒng)管路一直到集水箱管路全部借用正式系統(tǒng)管路，不需要任何臨時(shí)措施。

3.2 借用正式輔助蒸汽系統(tǒng)作為臨時(shí)加熱系統(tǒng)

輔助蒸汽系統(tǒng)如圖1所示，可利用輔汽聯(lián)箱至除氧器正式管道對(duì)除氧器進(jìn)行加熱，確保上水溫度，加熱汽源來(lái)自廠區(qū)輔助蒸汽母管。不需要任何臨時(shí)措施，只需要接通輔助蒸汽系統(tǒng)的正式管道。水壓試驗(yàn)時(shí)，關(guān)閉輔汽聯(lián)箱其他手動(dòng)門(mén)、電動(dòng)門(mén)；開(kāi)啟輔助蒸汽母管至輔汽聯(lián)箱電動(dòng)門(mén)，開(kāi)啟輔汽聯(lián)箱至除氧器手動(dòng)門(mén)、電動(dòng)門(mén)，即可將輔助蒸汽母管來(lái)的蒸汽順利送入除氧器。

圖1 輔助蒸汽系統(tǒng)圖

3.3 借用除氧器作為儲(chǔ)水箱

除氧器有效容積350m3，該鍋爐一次汽系統(tǒng)總水容積為636m3，二次汽系統(tǒng)總水容積為552m3。給儲(chǔ)水箱上除鹽水、加蒸汽、加藥、啟動(dòng)上水泵的次數(shù)可以從13次減少到4次（一次汽系統(tǒng)2次，二次汽系統(tǒng)2次），從而大大縮短水壓試驗(yàn)過(guò)程中給鍋爐上水的等待時(shí)間。

化學(xué)車(chē)間的鍋爐上水泵為上海東方泵業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的400t／h離心泵，揚(yáng)程72m，除氧器中心標(biāo)高36.15m，凝結(jié)水進(jìn)除氧器管道中心標(biāo)高39.284m＜72m，所以上水泵的揚(yáng)程滿(mǎn)足將凝結(jié)水輸送到布置在36.15m標(biāo)高除氧器的工況要求。鍋爐上水泵流量400t／h，而除氧器有效容積350m3，即將除氧器上滿(mǎn)約需要1h，滿(mǎn)足鍋爐水壓試驗(yàn)的上水時(shí)間要求。

用除氧器作為加藥容器，通過(guò)除氧器頂部放氣口用電動(dòng)加藥泵加入純氨水和聯(lián)胺，然后開(kāi)啟輔汽聯(lián)箱至除氧器手動(dòng)門(mén)、電動(dòng)門(mén)，通入輔助蒸汽充分?jǐn)嚢杈鶆?，取樣化?yàn)除鹽水的pH值為10～10.5后，開(kāi)啟除氧器水箱溢放水管道，向鍋爐啟動(dòng)疏水?dāng)U容器及集水箱系統(tǒng)充水。

3.4 升壓方案

升壓泵采用3D2－S型高壓柱塞泵，額定排出壓力70MPa，額定流量70L／min，和臨時(shí)水箱（1m3）一起布置在鍋爐0m。一次汽系統(tǒng)升壓管路在暖管管路疏水管道二次門(mén)后接入，二次汽系統(tǒng)升壓管路在爐右低溫再熱器進(jìn)口管路疏水管道二次門(mén)后接入。

3.5 風(fēng)壓試驗(yàn)

為了確保鍋爐整體水壓試驗(yàn)的一次成功率，減少不必要的浪費(fèi)，在水壓試驗(yàn)前進(jìn)行一次0.2～0.3MPa的風(fēng)壓試驗(yàn)，以初步檢查部件和管道的嚴(yán)密性。

4 優(yōu)化建議

經(jīng)過(guò)緊張的施工，蒲圻電廠4號(hào)鍋爐水壓試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功，一方面節(jié)約了臨時(shí)儲(chǔ)水箱、臨時(shí)上水系統(tǒng)、臨時(shí)蒸汽加熱系統(tǒng)等近百萬(wàn)臨時(shí)措施費(fèi)用，另一方面還節(jié)約了臨時(shí)系統(tǒng)的安裝時(shí)間及試壓過(guò)程中給儲(chǔ)水箱加水、加藥、加蒸汽、取樣、放水的時(shí)間，保證了蒲圻電廠4號(hào)機(jī)組的按期移交。根據(jù)本次水壓試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，在日后的工作中建議對(duì)鍋爐水壓試驗(yàn)作以下優(yōu)化和改進(jìn)：

（1）本次水壓試驗(yàn)借用了汽機(jī)側(cè)的凝結(jié)水、凝結(jié)水補(bǔ)給水和輔助蒸汽系統(tǒng)，所以這3個(gè)系統(tǒng)的管道要提前開(kāi)工，以防不能按期完工，影響鍋爐水壓試驗(yàn)工期。

（2）由于7、8號(hào)低加旁路管道的安裝必須在凝汽器穿管結(jié)束、端蓋回裝完畢后才能進(jìn)行，所以凝汽器的安裝工作應(yīng)優(yōu)先安排。如果凝汽器穿管、端蓋回裝的工作比較滯后，也可考慮備用手段，即將除鹽水管道直接與6號(hào)低加進(jìn)口管道相連接，臨時(shí)管道的布置工作量也比較小，而且不影響水壓試驗(yàn)。