高寒地區(qū)冬季鍋爐水壓試驗

曲廷才，張 戟，宋振宇，杜憲波，王洪恩

（1.華電白音華金山發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟，026200；2.遼寧東科電力有限公司，沈陽市，110006；3.東北電力建設(shè)第一工程公司，遼寧省 鐵嶺市，112000）

0 引言

按電力建設(shè)施工驗收規(guī)范要求，在鍋爐本體系統(tǒng)安裝結(jié)束后，須進行一次整體水壓試驗，以檢驗焊接質(zhì)量、材料質(zhì)量、管道、閥門等承壓部件的強度及嚴密性。電力建設(shè)行業(yè)、質(zhì)監(jiān)部門及鍋爐制造廠對鍋爐整體水壓試驗在現(xiàn)場環(huán)境溫度、水溫等技術(shù)方面均有嚴格要求。對于地處高寒地區(qū)的火電建設(shè)工程，氣溫條件是制約鍋爐水壓試驗順利進行的主要因素之一。以下結(jié)合白音華金山發(fā)電廠新建工程，探討高寒地區(qū)冬季鍋爐水壓試驗的實踐。

1 施工條件的分析與準備

白音華金山發(fā)電廠位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗白音華蘇木境內(nèi)，所在區(qū)域為人煙稀少的大草原，屬高原高寒地區(qū)。根據(jù)西烏珠穆沁旗氣象站1955—2004年實測資料統(tǒng)計，該地區(qū)年平均氣溫為1.5℃，極端最高氣溫為37.4℃，極端最低氣溫為-38.6℃；年平均無霜期105天（最多136天，最少84天），累年最大凍土深度2.3 m，年平均大風（7級以上）日數(shù)62天（最多148天，最少28天），年平均日照時數(shù)2900 h。該地區(qū)地域偏遠、氣候惡劣，特別是冬季漫長寒冷，使施工無法進行，并給防寒、防凍帶來很大壓力。

鍋爐、汽機主廠房外墻為輕質(zhì)保溫彩鋼板，0 m西風口布置多扇大門。為滿足采光要求，墻體大面積開窗。雖然窗下及門口布置采暖設(shè)施，但由于環(huán)境溫度太低，門窗散熱較大、漏風情況較普遍等原因，廠房內(nèi)的溫度很難保證，尤其鍋爐廠房受過熱器、再熱器管排結(jié)構(gòu)的影響，鍋爐水壓試驗后大部分管排不能排空存水。白音華地區(qū)每年9月下旬至次年5月上旬為采暖期，低溫凍結(jié)時間漫長，在長達7個月的供暖期間，鍋爐水壓試驗不僅僅要考慮水壓試驗前的環(huán)境條件，更要考慮水壓試驗后的防凍、防腐等維護保養(yǎng)工作。同時，鍋爐水壓試驗后的保溫、爐頂密封等工作量很大，影響鍋爐試運整體進度的推進。根據(jù)工程進度安排，白音華金山電廠新建工程2×600 MW機組2009年12月底全廠受電具備調(diào)試條件，2010年6月底計劃達到商業(yè)運行條件。年底受電后進行系統(tǒng)調(diào)試正是在嚴寒的1—3月份。提前進行鍋爐水壓試驗、系統(tǒng)通水，將會給設(shè)備及管道系統(tǒng)帶來非常嚴重的安全隱患；而推遲水壓試驗又將直接影響后續(xù)施工與投產(chǎn)計劃，使原本就很緊張的工期更加緊張。

為了既保安全又保工期，參考內(nèi)蒙古地區(qū)氣候條件相近的其他電廠實際經(jīng)驗，在多次調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，采用了如下幾項應(yīng)對措施。

（1）調(diào)整鍋爐水壓試驗前后的施工作業(yè)步序。

先進行鍋爐水壓系統(tǒng)的整體風壓試驗，在排除焊口、封頭、管子等較大缺陷后，進行爐本體保溫工作。爐頂受熱面保溫澆筑及密封在正式水壓試驗后進行。此舉可以在水壓試驗前發(fā)現(xiàn)一批質(zhì)量缺陷，還能避免防凍、防腐等保養(yǎng)問題。

（2）氣溫分析及供暖負荷測算。

由2009年1—2月氣溫曲線得出：1月份平均氣溫-29.5℃，最低氣溫-37℃；2月份平均氣溫-24℃，最低氣溫-34℃；3月份平均氣溫-15℃，最低氣溫-23℃。白音華地區(qū)暴風雪、“白毛風”等惡劣極端天氣較多，鍋爐間采用0.4 MPa蒸汽采暖設(shè)施，廠房溫度按室內(nèi)+5℃，室外-25℃計算冬季采暖熱負荷，計算時不考慮設(shè)備和工藝管道的散熱量。根據(jù)以往冬季1月份的氣溫，在鍋爐機組不運行時，設(shè)計的熱負荷使鍋爐廠房的溫度可能在0℃以下，很難滿足鍋爐水壓的防凍要求，因此還需要在鍋爐廠房增加臨時采暖。臨時采暖測算如下：

1）在撈渣機四周、冷灰斗內(nèi)、尾部豎井水平過熱器及水平再熱器等部位增加光排管暖器，提高爐內(nèi)溫度，需增加臨時采暖費用150萬元。

2）鍋爐廠房的0 m布設(shè)焦炭爐100臺，當氣溫低于-20℃或供汽壓力不足造成室內(nèi)溫度低于5℃時投入。當發(fā)生啟動鍋爐故障，無法保證正常供汽時可將焦炭爐放入爐內(nèi)進行鍋爐防凍。根據(jù)2009年1—3月份氣溫統(tǒng)計，低于-30℃極端氣溫天氣20天，事故停汽時焦炭爐的消耗量按10 kg/h計算，需要970 t焦炭，增加費用約300萬元。

（3）危險點分析。

危險點包括極端天氣的出現(xiàn)概率、啟動爐故障、全廠停電、節(jié)假日人員的疏忽。

（4）臨時措施的優(yōu)化選取。

通過測算分析，在風險最為可控、保障措施最為可行、臨時設(shè)施投資最少、施工環(huán)境最可接受的條件下，鍋爐水壓試驗合理工期應(yīng)安排在2010年3月中旬。同時對鍋爐房的封閉情況重新進行復(fù)查，對大風刮壞的門窗進行了加固；鍋爐廠房的大門、窗框、墻板連接縫等存有縫隙的用保溫棉進行填充，對大門外部進行封堵；所有與爐膛連接的煙風道擋板門均關(guān)閉；對室外吸風口進行封堵。

（5）水壓試驗前的環(huán)境溫度監(jiān)測。

根據(jù)水壓試驗時間計劃的安排，分別在鍋爐0、18、57、62 m層設(shè)置觀測點，進行水壓試驗前環(huán)境溫度的監(jiān)測，以便于決定最終水壓試驗的具體時間。溫度觀測結(jié)果如表1所示。

表1 2010年1月至2月溫度觀測記錄表Tab.1 Temperature observation data from Jan.2010 to Feb.2010

2 水壓試驗過程的控制

白音華金山發(fā)電廠新建2×600 MW機組采用美國巴威公司技術(shù)設(shè)計、制造的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、全鋼構(gòu)架的Π型單鍋筒鍋爐。一次系統(tǒng)水壓試驗范圍包括給水操作臺后主給水管道、省煤器、汽包、過熱器、主汽水壓試驗堵閥前主蒸汽管道。二次系統(tǒng)水壓試驗范圍包括低溫、高溫再熱器、冷段、熱段管道。

鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點如下：屏式過熱器、二級過熱器、垂直再熱器均沒有下聯(lián)箱及放水門，水冷壁下聯(lián)箱亦無放水門（可通過底部加熱供汽集箱底部放水門放水，但考慮水冷壁下聯(lián)箱內(nèi)進氣孔可能造成堵塞問題，不采取這種方式），汽包夾層低于分散上升管。因此，該4處受熱面和汽包夾層在水壓試驗后無法保證有效放凈存水，如圖1所示，這些受熱面的壁溫及爐膛、煙道內(nèi)環(huán)境溫度應(yīng)作為重點防凍部位進行檢測，保證溫度高于5℃。

在水壓前的準備工作中，首要工作是提高鍋爐間環(huán)境溫度，對廠房全面檢查，認真處理“跑風漏氣”的部位，及早投入臨時暖氣系統(tǒng)。通過各種措施的落實，在室外溫度-20℃情況下，即便不投入焦碳爐子，鍋爐間溫度依然得到提高，基本達到預(yù)期目的，如圖2所示。

根據(jù)鍋爐產(chǎn)品說明書中的水壓試驗要求，水壓試驗時金屬壁溫推薦保持值為21～70℃,水壓試驗過程中，金屬壁溫不得低于21℃。為了滿足以上要求，鍋爐上水工作的核心為控制上水溫度在70～80℃之間，具體流程為：鍋爐水沖洗合格后，將凝結(jié)水補水箱上滿水，然后對凝結(jié)水補水箱進行加熱，加熱溫度小于90℃，同時向補水箱按比例加入氨和乙醛肟，取樣化驗混合液濃度，直至化驗結(jié)果符合要求。啟動凝結(jié)水輸送泵進行鍋爐上水，調(diào)整泵的再循環(huán)開度、保持化學(xué)除鹽水流量為70 t/h；維持水箱高水位平衡運行，控制藥品濃度。

為控制好爐內(nèi)水溫（既要滿足金屬材料對溫度的要求，又要方便人員進入爐內(nèi)檢查，水溫一般控制在25～45℃）利用鍋爐打壓系統(tǒng)最高點排空氣門進行排水，置換熱水進入打壓系統(tǒng)。根據(jù)鍋爐水壓升壓曲線，為滿足整個打壓過程壁溫達到要求，利用系統(tǒng)低壓停駐期間對全系統(tǒng)每小時溫降情況進行測算，根據(jù)測算值將鍋爐各處受熱面的壁溫提升至35～40℃；另一方面，為防止環(huán)境溫度對爐內(nèi)溫度的影響，在鍋爐0 m環(huán)境溫度低于7℃時，及時將焦炭爐投入，確保在環(huán)境溫度進一步降低情況下，鍋爐0 m環(huán)境溫度不低于5℃，從而保證了水壓試驗期間金屬壁溫始終保持在21℃以上。打壓期間汽包壁溫如表2所示。

表2 1號爐水壓試驗期間受熱面壁溫（最低值）Tab.2 Wall temperature(lowest)of heated surface during the hydraulic test of No.1 boiler

3 水壓試驗后的維護

在2010年3月18日最低室外溫度-25℃情況下，完成了白音華金山發(fā)電廠1號鍋爐的水壓試驗，因水壓試驗后出現(xiàn)連續(xù)低溫大風天氣，鍋爐上水系統(tǒng)持續(xù)保持加熱循環(huán)運行，根據(jù)鍋爐壁溫的情況，采取循環(huán)換水防凍維護方式，規(guī)定在環(huán)境溫度-25℃時，每天循環(huán)1次，以保證爐膛壁溫最低點不低于8℃。由于措施到位以及天氣的逐漸轉(zhuǎn)暖，鍋爐水壓試驗后室內(nèi)溫度一直保持在0℃以上，焦炭爐投入10臺左右，施工環(huán)境空氣質(zhì)量沒有破壞，爐頂密封工作順利開展。水壓試驗后室外溫度及各部位受熱面如表3所示。

表3 1號爐水壓試驗后室外溫度及各受熱面壁溫（最低值）Tab.3 Wall temperature(lowest)of heated surface and ambient temperature after the hydraulic test of No.1 boiler

4 結(jié)論

（1）高寒地區(qū)冬季鍋爐水壓試驗需要從前期準備、過程控制、后續(xù)維護3方面進行全面論證及優(yōu)化，才能保證冬季水壓的安全性、經(jīng)濟性；

（2）不能片面追求提前水壓試驗工期，應(yīng)對氣候條件進行充分分析，對前期溫度進行監(jiān)測，并加強臨時措施的執(zhí)行；

（3）白音華金山電廠1號鍋爐冬季水壓的實踐表明，利用氣候轉(zhuǎn)暖的有利條件，采取循環(huán)加熱、細節(jié)控制等措施，可以保證鍋爐水壓試驗在低溫氣候條件下的順利完成。

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