火電廠高溫過熱器泄漏的原因與預(yù)防

臧效軍

華電國際萊城發(fā)電廠 山東 萊蕪 271100

0 概況

某廠鍋爐參數(shù)為超臨界，一次中間再熱直流鍋爐，單爐膛，平衡通風(fēng)，露天布置，鍋爐后部為雙流程型布置。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，6臺HP-943碗式中速磨煤機(jī)布置，每臺磨煤機(jī)分別對應(yīng)一層煤粉噴口，共有6層，呈切圓燃燒。鍋爐為傳統(tǒng)方式Π型布置，煙氣在爐膛中上升，然后經(jīng)過折焰角轉(zhuǎn)向到達(dá)鍋爐后煙道，在爐后煙道經(jīng)過低溫過熱器、再熱器、省煤器等后排入大氣。它的特點：鍋爐的高度較低，煙氣向下流動對爐后受熱面起到吹灰的效果，受熱面的布置形式可以做成傳熱效果好的逆流方式。尾部為雙煙道，利用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫。

巡檢人員檢查發(fā)現(xiàn)#1爐大包護(hù)板接縫處向外漏蒸汽，打開大包人孔門有蒸汽冒出，根據(jù)以往經(jīng)驗初步判斷可能是#1爐高再入口T23管道或高再減溫器笛形管焊口裂紋發(fā)生泄漏。

停爐冷卻后，檢查發(fā)現(xiàn)高過入口聯(lián)箱南數(shù)第18排從爐前向爐后數(shù)第12根管口有一異物堵塞，造成該管位于大包內(nèi)管段爆管，同時高過出口管道南數(shù)第18排從爐后向爐前數(shù)第9根T91管座根部斷裂；爆口吹損其他管子若干。

1 原因分析

1.1 異常情況

（1）高過出口管道南數(shù)第18排（聯(lián)箱中間焊口北側(cè)）爐后向爐前數(shù)第9根T91管座根部斷裂，檢測該管座兩側(cè)各4排管座焊縫均無裂紋，如圖1所示。

圖1 第9根管座斷裂

（2）高過出口管道南數(shù)第18排爐前向爐后數(shù)第12根管道過熱爆管，以內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)所對應(yīng)的高過入口聯(lián)箱管口被一焊渣堵塞，該管所對應(yīng)的爐內(nèi)部分無脹粗， 第 2、3、4、5、6、8、10、11、13、14、15根為吹損超標(biāo)爆口。如圖2、3所示。

圖2 吹損周圍的過熱器管形態(tài)

圖3 爆口形態(tài)

（3）高過出口南數(shù)第17排從爐后向爐前數(shù)第9、10根管吹損超標(biāo)。高過南數(shù)第18排第9根斷裂的管道倒伏至高再入口聯(lián)箱處，吹爆高再入口聯(lián)箱T23管座三根（聯(lián)箱焊口南側(cè)），緊鄰兩側(cè)管座吹損減薄（南側(cè)3根、北側(cè)4根）；

圖4 被吹損的管子

圖5 管內(nèi)遺留的焊渣

（4）檢查高再入口集箱內(nèi)部有減溫器脫落的工藝襯環(huán)，取出后檢查為扁鐵件。

（5）金相及電鏡分析

對高溫過熱器第18排第3根管子裂紋取樣進(jìn)行金相及電鏡分析，金相分析結(jié)果為：金相試樣組織為奧氏體，周向的主裂紋沿晶擴(kuò)展，裂紋尖端裂紋沿晶發(fā)展［2］，并有分叉，晶界有碳化物析出。掃描電鏡分析結(jié)果為：裂紋尖端沿晶發(fā)展，觀察到的裂紋表面起源區(qū)域較平整，擴(kuò)展區(qū)形貌為典型的沿晶擴(kuò)展形式。如圖6所示，從金相檢測結(jié)果看，裂紋處金相組織嚴(yán)重老化，達(dá)到老化5級。

圖6 裂紋處金相組織

1.2 原因分析

（1）焊渣堵塞

高溫過熱器出口南數(shù)第18排爐后數(shù)第12根管道過熱脹粗爆管，是由于焊渣堵塞住高溫過熱器入口管節(jié)流孔，管道內(nèi)冷卻介質(zhì)減少，短期過熱造成在T91管段爆管。焊渣材質(zhì)分析類似于15CrMo，具體來源不清，判斷分析應(yīng)為施工遺留物，如圖5所示。

（2）脆性斷裂

高溫過熱器出口南數(shù)第18排爐后數(shù)第9根管座焊口，屬于制造廠家焊口，處于熱影響區(qū)范圍，從斷口面形狀初步分析為脆性斷裂。目前對該管排及相鄰兩側(cè)管排的管座全面檢查檢驗未發(fā)現(xiàn)異常，初步判斷本次出現(xiàn)的管座焊口斷裂應(yīng)屬于特例。后對管座局部區(qū)域焊縫進(jìn)行金相檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫組織較為粗大，原因分析為焊接過程控制不當(dāng)，焊接時焊接速度及焊接線能量過大所致，可以判斷焊縫中存在一定的淬硬組織，即顏色發(fā)黑的斷口部分為淬硬組織存在區(qū)域，淬硬區(qū)域強(qiáng)度高，但塑性差，無法承受應(yīng)力集中形成的局部變形，故成為裂紋萌生并擴(kuò)展的區(qū)域。

（3）襯環(huán)脫落

再熱減溫器焊接襯環(huán)脫落，是由于廠家出于制造焊接工藝考慮采取點焊方式，且制造完畢后未取出，因點焊方式固定不牢靠造成運行一段時間后脫落遺留在聯(lián)箱內(nèi)。

（4）制造工藝不合格

聯(lián)箱管座焊接（制造焊口）可能存在焊接工藝質(zhì)量原始缺陷，對管道母材產(chǎn)生損傷。東方鍋爐廠減溫器制造工藝存在問題，導(dǎo)致存在焊接工藝襯環(huán)存在脫落的隱患。

（5）質(zhì)量監(jiān)督不到位

斷裂的第9根管子現(xiàn)場施工焊口存在焊瘤，基建焊接質(zhì)量監(jiān)督不到位。以上問題集中暴露出基建期間設(shè)備制造、現(xiàn)場施工的質(zhì)量驗收監(jiān)督存在管理不到位。

2 防治措施

（1）管道更換

針對損壞的φ45x8.5材質(zhì)T91的高過管排15根，更換第9根管座，全部更換損壞的高再入口管座10只，對以上小口徑焊口進(jìn)行熱處理，所有更換的管座按照東方鍋爐廠出具的焊接工藝、熱處理工藝進(jìn)行焊接、熱處理。采用最先進(jìn)材質(zhì)，杜絕因為受熱不均勻產(chǎn)生氧化皮脫落堵塞管道引起超溫爆管的發(fā)生。從管材上避免爆管發(fā)生。

（2）運行控制

嚴(yán)格按照規(guī)程要求控制末級過熱器溫度不超過560℃，末級再熱器管壁溫度不超過580℃，蒸汽溫度不超過555℃；煙溫偏差控制在50℃，防治煙溫偏斜造成局部受熱面過高；加強(qiáng)吹灰防治受熱面超溫運行，吹灰無效時降低機(jī)組負(fù)荷，減少單位熱負(fù)荷。

（3）制定檢修檢驗計劃

逢停必檢，利用大、小修機(jī)會對高過入口、高再入口聯(lián)箱及受熱面進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，清理可能存在的異物。制定聯(lián)箱管座焊口、受熱面的滾動檢修檢驗計劃，利用大小修機(jī)會安排全部進(jìn)行探傷，對與聯(lián)箱相接管道的第一道現(xiàn)場焊口質(zhì)量進(jìn)行復(fù)查，消除可能存在的隱患。進(jìn)一步組織評估減溫器工藝襯環(huán)脫落的風(fēng)險，確定下一步大小修期間去除所有襯環(huán)的檢查處理措施。

（4）加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督

提高焊接工藝，嚴(yán)格要求工藝滿足安全生產(chǎn)的需要，保證管道的金相組織正常。加強(qiáng)基建期間設(shè)備制造、現(xiàn)場施工的質(zhì)量驗收監(jiān)督，確保管理到位，提高操作人員的焊接技能，強(qiáng)化操作人員的安全意識，防止因質(zhì)量問題引起四管的泄漏。

3 結(jié)束語

火電廠高溫受熱面種類眾多，四管泄漏的原因很多，必須綜合分析，針對具體的泄漏原因采取積極有效的方法，從鍋爐設(shè)備管理、運行狀況、檢修施工等方面做實工作，將過熱器爆管控制在最低范圍內(nèi)，降低非停，保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行。嚴(yán)格要求后，四管泄漏事件大幅下降，保證了機(jī)組長期安全運行，也為同類機(jī)組提供了有效參考。

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［4］趙慧傳，賈建民，陳吉剛等.超臨界鍋爐末級過熱器爆管原因的分析［J］.動力工程學(xué)報，2011，（3）：69-74.

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