1000MW 機(jī)組鍋爐再熱器泄漏非停事件分析

李文盛

(廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

某電廠1000MW 機(jī)組鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用П 型布置、單爐膛、一次中間再熱、低NOX 主燃燒器和高位燃盡風(fēng)分級(jí)燃燒技術(shù)、反向雙切圓燃燒方式，爐膛為內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁，循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)；調(diào)溫方式除煤/水比外，還采用煙氣分配擋板、燃燒器擺動(dòng)、噴水等方式。鍋爐采用平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，型號(hào)為HG-3110/26.15-YM3[1]。

低溫再熱器分下、下中、上中、上四組，低溫再熱器共256 片，水平低溫再熱器入口集箱每片由6 根管子組成，管子規(guī)格為φ63.5mm，壁厚為4/4.5/7mm，材質(zhì)依次為20G、15CrMoG 及12Cr1MoVG，統(tǒng)一布置于尾部豎井中。

1 事件簡(jiǎn)要概況

1.1 異常發(fā)生前設(shè)備工況及異常發(fā)生經(jīng)過

12 月17 日，3 號(hào)爐運(yùn)行正常，機(jī)組負(fù)荷610MW，主汽壓力15.6MPa，主汽溫度600℃，再熱蒸汽壓力2.8MPa，再熱溫度597℃。運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)3 號(hào)爐四管泄漏能量值5/7/13/15/18/24 點(diǎn)上漲明顯，機(jī)組補(bǔ)水量明顯增大。通過對(duì)異常過程中的煙溫、壁溫變化、補(bǔ)水率進(jìn)行綜合分析，再熱系統(tǒng)泄漏可能性較大，需停機(jī)消缺，向上級(jí)公司匯報(bào)3 號(hào)機(jī)組鍋爐泄漏需停機(jī)處理，向中調(diào)申請(qǐng)3 號(hào)機(jī)組停機(jī)。

1.2 異常檢查及處理情況

停機(jī)第一天，10 時(shí)33 分，3 號(hào)機(jī)組停運(yùn)，鍋爐燜爐。停機(jī)第二天，10 時(shí)35 分，啟動(dòng)A 引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)冷卻。20 時(shí)15 分，進(jìn)入爐內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)水平低再上組102 排1/2 管、103 排1/2/3/4 管、104 排1/2/3/4 管、省煤器懸吊管第51 根泄漏，吹損管道有102 排3/4 管、103 排5 管、105排1/2/3 管、省煤器懸吊管第52 根。

停機(jī)第三天，6 時(shí)，檢修人員辦理工作票，開始爆管處理，共計(jì)更換管道18 根，焊口36 道口，拍片合格，全部工作于停機(jī)第五天21 時(shí)結(jié)束。22 時(shí)10 分鍋爐開始上水。停機(jī)第六天，19 時(shí)，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。

1.3 爆管處理期間主要進(jìn)行的工作

1.3.1 對(duì)泄漏點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行多人次排查，確定泄漏管和吹損管的數(shù)量和切割長(zhǎng)度，安排檢修單位進(jìn)行更換（更換低再上組水平管段20 根，規(guī)格:12Cr1MoVG，63.5*4.5mm，平均長(zhǎng)度850mm，更換省煤器懸吊管2 根，規(guī)格：SA-210C，51*9.5mm，平均長(zhǎng)度800mm）。

1.3.2 對(duì)管屏同區(qū)域的焊口進(jìn)行復(fù)檢（共檢驗(yàn)36 道口），未發(fā)現(xiàn)焊口超標(biāo)缺陷。

1.3.3 為防止停爐過程中汽溫降低較快而引起管內(nèi)氧化皮脫落堵塞氣流通道，對(duì)末級(jí)過熱器、再熱系統(tǒng)受熱面不銹鋼管彎頭堆積物電磁檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)異常現(xiàn)象。

1.3.4 對(duì)鍋爐其他位置受熱面進(jìn)行宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷。

1.3.5 由于停機(jī)過程中煙氣攜帶蒸汽進(jìn)入尾部煙道，對(duì)省煤器灰斗、脫硝灰斗、脫硝催化劑進(jìn)行檢查，除省煤器5 號(hào)灰斗由于濕灰堵塞外，其他系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)異常，清理省煤器5 號(hào)灰斗。

2 原因分析

2.1 運(yùn)行參數(shù)分析

12 月17 日，就地泄漏聲音明顯，機(jī)組補(bǔ)水量增加，泄漏后根據(jù)低溫再熱器側(cè)煙氣溫度及汽溫降低、低溫過熱器側(cè)煙氣溫度及汽溫升高、高再區(qū)域汽溫變化幅度小的現(xiàn)象，可以確定低溫再熱器區(qū)域泄漏。低再泄漏后，大量的低溫蒸汽噴出，在尾部再熱側(cè)煙道中排擠高溫?zé)煔夂偷驮俟芷翐Q熱，低再出口溫度降低，過熱側(cè)高溫?zé)煔饬髁吭黾樱ǖ瓦^出口溫度部分管屏上漲20-35℃左右），最終導(dǎo)致排煙溫度升高。

2.2 爆口分析

對(duì)泄漏點(diǎn)的11 根管進(jìn)行分析，103 排1 管、104 排1/2 管、省煤器懸吊管第51 根四根管泄漏口較大，其他管均為吹損減薄泄漏，泄漏口邊緣鋒利輕微外鼓。

省煤器懸吊管51 根，雖然泄漏口偏大，但泄漏口邊緣吹損減薄較多，且懸吊管第51 根漏點(diǎn)正對(duì)52 根懸吊管，52 根懸吊管僅吹損減薄2.5mm，說明懸吊管非首爆口，從泄漏方向看，省煤器懸吊管51 根被104 排2 管吹損。

低再104 排1/2 管泄漏面積大，正對(duì)103 排1 管泄漏口，三根管相互吹損，104 排1/2 管吹損減薄比103 排1管嚴(yán)重，103 排1 管焊口環(huán)向裂開1/2 左右，從焊口環(huán)向泄漏口看，邊緣較鈍，說明泄漏時(shí)間較長(zhǎng)，焊口兩側(cè)泄漏口為吹損泄漏。

分析：首泄漏口為103 排1 管焊縫泄漏，吹損104 排1/2 管，104 排2 管泄漏后斜向上吹損104 排1 管和省煤器吊掛管，104 排1/2 管泄漏擴(kuò)大后反向吹損103 排1 管焊口兩側(cè)，隨著幾處泄漏點(diǎn)的不斷擴(kuò)大，其他低再管吹損減薄，部分泄漏。

現(xiàn)場(chǎng)泄漏情況見圖1，交叉吹損示意圖見圖2。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)泄漏情況

圖2 交叉吹損示意圖

2.3 首爆口宏觀/微觀分析

2.3.1 宏觀分析

通過分析，低103 排01 管為第一泄漏點(diǎn)，針對(duì)該泄漏點(diǎn)的宏觀分析：發(fā)現(xiàn)該焊口從焊接融合線處裂開管周長(zhǎng)的1/2,從拍片第三張片可以看出，泄漏焊口泄漏側(cè)存在外咬邊，懷疑為焊接后期蓋面過程中電流過大所致。另外，從切下管段看出管道焊口部位存在輕微的折口。

2.3.2 微觀分析

根據(jù)電科院金屬所檢測(cè)報(bào)告得出，受熱面爆口處裂紋走向?yàn)檠鼐?，且外壁存在少量氧化皮，而受熱面爆口?nèi)壁呈現(xiàn)撕裂狀，由此可見裂紋是由外壁向內(nèi)壁不斷擴(kuò)展的。受熱面爆口周邊熱影響區(qū)組織為細(xì)小的等軸晶，也稱重結(jié)晶區(qū)，熱影響區(qū)聚集分布著沿晶界析出的大量碳化物。焊縫組織為典型的鑄態(tài)組織，組織大小不均。粗大的貝氏體組織被未發(fā)生開裂的焊接接頭處的熱影響區(qū)檢測(cè)出來，據(jù)相關(guān)資料[2]，鐵素體、珠光體的強(qiáng)度要低于貝氏體組織的強(qiáng)，焊縫組織因此為貝氏體及少量鑄態(tài)所組成的組織，組織大小不均。從對(duì)比爆口及焊接接頭可以得出，焊縫和焊接熱影響區(qū)硬度偏高，硬度值都接近或大于標(biāo)準(zhǔn)值上限。充分說明焊縫和焊接熱影響區(qū)存在過熱組織，且硬度偏高，過熱組織使焊縫和焊接熱影響區(qū)韌性及塑性下降。

2.4 歷次檢修分析

經(jīng)查檢修記錄，低再上組103 排01 管泄漏點(diǎn)管段為上一次機(jī)組檢修過程中發(fā)現(xiàn)的防磨防爆問題中的重點(diǎn)問題，該管段為新更換管段。該管段B 焊口（泄漏焊口）在更換后第一次拍片后不合格，返口后也不合格，第二次返口拍片才合格，返口兩次。檢修情況見圖3。

圖3 最近一次檢修情況

2.5 爆管原因

2.5.1 通過對(duì)103 排01 管泄漏點(diǎn)的宏觀分析：發(fā)現(xiàn)該焊口從焊接融合線處裂開管周長(zhǎng)的1/2,泄漏焊口泄漏側(cè)存在外咬邊，屬管道焊接后期蓋面過程中電流過大所致，另外，如果焊接電流偏大，將會(huì)造成焊縫和焊接熱影響區(qū)存在過熱組織，且硬度偏高，過熱組織使焊縫和焊接熱影響區(qū)韌性及塑性下降，本次焊縫泄漏的主要原因是焊口焊接質(zhì)量差。

2.5.2 從本焊縫的RT 檢測(cè)結(jié)果來看，本條焊縫是經(jīng)過返修合格，最終合格級(jí)別為二級(jí)。返修過程，焊縫小范圍內(nèi)再次發(fā)生冶金過程，這一方面會(huì)引起下層焊縫金屬發(fā)生重結(jié)晶過程，這一過程中有可能使返修區(qū)金屬組織中產(chǎn)生過多的淬硬組織，使焊縫性能下降。另一方面返修也會(huì)使焊縫熱影響區(qū)擴(kuò)大，過熱區(qū)增寬，使熱影響區(qū)的性能劣化趨勢(shì)加大。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T869-2021《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》[3]中規(guī)定，焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次。本次焊縫泄漏的另一主要原因是同一部位焊縫返修兩次。

2.5.3 焊接接頭存在輕微折口，使焊接接頭存在附加應(yīng)力，且該焊口距離吊掛管距離較近（200mm），使焊縫存受到交變應(yīng)力，在交變應(yīng)力情況下在焊縫外壁原始咬邊焊接缺陷處形成微裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展，并造成管子最終泄漏。存在附加應(yīng)力和交變應(yīng)力對(duì)本次焊縫泄漏存在促進(jìn)作用，是泄漏的次要原因。

3 暴露問題

3.1 機(jī)組檢修期間焊工焊接水平低，對(duì)焊接后自檢項(xiàng)目執(zhí)行不到位、對(duì)焊接參數(shù)控制不當(dāng)。

3.2 設(shè)備部發(fā)包工程入廠把關(guān)不嚴(yán)，雖然對(duì)焊工進(jìn)行考試及試焊燒樣，但未對(duì)復(fù)雜區(qū)域焊接難度進(jìn)行評(píng)估，未選用水平較高的焊工進(jìn)行焊接。

3.3 設(shè)備部金屬檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)格，檢修過程中對(duì)泄漏焊口兩次返口雖滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)薄壁管可能造成焊口性能降低評(píng)估不足，未采取有效管控措施；對(duì)第一次焊接后存在內(nèi)凹缺陷應(yīng)切割重新焊接，但現(xiàn)場(chǎng)采取局部挖補(bǔ)處理。

3.4 設(shè)備部金屬監(jiān)督管理不到位，未將外咬邊缺陷作為評(píng)片項(xiàng)目，僅作為焊工自檢項(xiàng)目，而焊工自檢不到位。

3.5 設(shè)備管理人員對(duì)金屬基礎(chǔ)知識(shí)掌握不全面，能力與水平不足，在設(shè)備檢修過程中驗(yàn)收把關(guān)不嚴(yán)，未發(fā)現(xiàn)焊口外觀咬邊缺陷。

4 防范措施

圖4 低再管屏結(jié)構(gòu)圖

圖5 低再管屏結(jié)構(gòu)圖

4.1 設(shè)備部金屬專業(yè)要加強(qiáng)對(duì)入廠高壓焊工的管理，通過有效的獎(jiǎng)懲手段，提高焊工工作的積極性和責(zé)任心；通過試樣燒焊評(píng)分方式，對(duì)高壓焊工技術(shù)進(jìn)行摸底，嚴(yán)禁不合格的高壓焊工入廠；在檢修過程中控制焊接參數(shù)。

4.2 設(shè)備部金屬專業(yè)要建立焊工檔案，保證焊接工作的可追溯性，禁止返修率高、合格率低的焊工再次入廠作業(yè)；對(duì)復(fù)雜區(qū)域焊接安排水平較高的焊工進(jìn)行焊接。

4.3 設(shè)備部鍋爐、金屬專業(yè)要嚴(yán)格控制返修工藝，小口徑焊縫直接切口處理。

4.4 設(shè)備部鍋爐專業(yè)要加強(qiáng)金屬監(jiān)督管理，將外咬邊缺陷作為評(píng)片項(xiàng)目之一，同時(shí)在焊接過程中將外咬邊設(shè)置為“H”點(diǎn)，加強(qiáng)焊口外觀驗(yàn)收工作；在檢修過程中監(jiān)督焊工執(zhí)行檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 設(shè)備部鍋爐專業(yè)要加強(qiáng)設(shè)備管理人員的金屬技術(shù)知識(shí)培訓(xùn)，提高人員對(duì)設(shè)備的管理水平，嚴(yán)格管控檢修過程及檢修質(zhì)量。

4.6 設(shè)備部鍋爐專業(yè)要加強(qiáng)金屬監(jiān)督管理工作，對(duì)近幾年1000MW 機(jī)組新更換的管道、焊口進(jìn)行抽查，對(duì)實(shí)施的焊接工藝、采購(gòu)備件及材料進(jìn)行回頭看，做好檢修的后評(píng)估工作。

4.7 設(shè)備部鍋爐專業(yè)要加強(qiáng)承壓部件隱患排查工作，針對(duì)近年來系統(tǒng)內(nèi)外同類型機(jī)組爆管情況，查找隱患、制定整改計(jì)劃。