百萬千瓦火電機(jī)組鍋爐水冷壁爆管分析

經(jīng)驗(yàn)人：春國成

百萬千瓦火電機(jī)組鍋爐水冷壁爆管分析

經(jīng)驗(yàn)人：春國成

大容量與高參數(shù)是我國電廠鍋爐目前的發(fā)展方向，因此在鍋爐的設(shè)計(jì)、制造安裝以及運(yùn)行的過程中有了更高的要求，近幾年投運(yùn)的百萬千瓦火電機(jī)組鍋爐水冷壁都不同程度的出現(xiàn)了爆管。通過對(duì)鍋爐在制造、安裝和運(yùn)行方面產(chǎn)生爆管原因的分析，提出了針對(duì)性的預(yù)防措施。

水冷壁作為電廠鍋爐的輻射受熱面，因其熱負(fù)荷大，長(zhǎng)期在鍋爐水和火焰的高溫沖刷下，易產(chǎn)生高溫蠕變。不穩(wěn)定的燃燒狀況、變化的工質(zhì)溫度以及達(dá)不到最低質(zhì)量流速的工質(zhì)等因素情況，很容易引發(fā)管壁熱疲勞、傳熱惡化，會(huì)使水冷壁壁管力學(xué)性能降低、過熱而爆管。

隨著鍋爐容量的不斷增加，鍋爐水冷壁爆管的幾率亦在增高。我國的百萬千瓦機(jī)組在整套啟動(dòng)試生產(chǎn)過程中以及正常運(yùn)行后普遍出現(xiàn)了爆管問題。因壓力高，爆管后極易引發(fā)群體效應(yīng)，諸如鍋爐水冷壁爆管后可能會(huì)把爆管點(diǎn)附近的受熱面的管子嚴(yán)重吹傷、浪費(fèi)工質(zhì)和燃料、被迫停運(yùn)、增加成本等，給電廠帶來的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的；爆管必然引發(fā)突然甩負(fù)荷，沖擊電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行；另電廠鍋爐啟動(dòng)次數(shù)增加，使電廠排放量增大，影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。爆管使鍋爐的安全運(yùn)行難以實(shí)現(xiàn)，因此有必要對(duì)爆管的因素分析論證。

鍋爐水冷壁爆管原因分析

由于百萬千瓦機(jī)組鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)大，爐膛火焰溫度高，鍋爐蒸汽壓力、溫度高，鍋爐受熱面管道合金鋼材質(zhì)更多原有的鍋爐安裝方法和工藝以及生產(chǎn)技術(shù)已不能完全適應(yīng)百萬千瓦機(jī)組鍋爐安裝要求，在實(shí)際安裝和生產(chǎn)中難免出現(xiàn)問題。實(shí)踐表明，在鍋爐運(yùn)行的初期，鍋爐水冷壁爆管主要是由于制造、安裝過程中管內(nèi)清潔度未控制好、焊口存在缺陷和受熱面管子母材存在缺陷等原因造成；在鍋爐運(yùn)行的有效壽命期，鍋爐水冷壁爆管原因主要是由于運(yùn)行、檢修原因造成的。

鍋爐制造中的缺陷

相對(duì)亞臨界和超臨界鍋爐而言，超超臨界鍋爐參數(shù)高，蒸汽流量小，受熱面管子口徑也小，相應(yīng)地管系中用于調(diào)節(jié)阻力損失的節(jié)流孔圈內(nèi)徑也小，彎管多易堵塞。節(jié)流孔板可以對(duì)流量合理進(jìn)行分配，鍋爐吸熱比較均勻。但鍋爐在其制造以及安裝時(shí)可能存在一些雜物，易造成節(jié)流孔嚴(yán)重堵塞甚至爆管，在設(shè)備制造過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)制造廠鍋爐受熱面管道錯(cuò)用鋼材；節(jié)流孔圈未鉆通；節(jié)流孔圈安裝錯(cuò)誤；管子偏心；聯(lián)箱內(nèi)有異物等現(xiàn)象，造成了管子超溫和爆管。

鍋爐安裝中的缺陷

在鍋爐安裝的過程中有可能存在管子、集箱等設(shè)備內(nèi)部不清潔 ，在組合和安裝前檢查、清理措施不完善以及清理不干凈，造成在后續(xù)過程中清理困難；施工方案中缺少磨口、割管、異物防范；焊縫不合格失效，管道彎制變形超標(biāo)或有機(jī)械損傷；水壓、酸洗、吹管時(shí)水沖洗方案不完善 ；檢驗(yàn)制度不完善等情況，這就可能造成一些鍋爐水冷壁爆管隱患帶到機(jī)組整套試運(yùn)環(huán)節(jié)中去。

運(yùn)行操作中的缺陷

1.鍋爐水冷壁壁管的磨損

因磨損使壁管厚度嚴(yán)重減薄是水冷壁產(chǎn)生爆管現(xiàn)象的重要因素，管道減薄部位因受力不均勻承擔(dān)不了該應(yīng)力。一次風(fēng)粉混合物噴進(jìn)爐膛時(shí)，若噴燃器安裝角度不恰當(dāng)、設(shè)計(jì)切圓過大、噴嘴在運(yùn)行中燒壞或變形以及穩(wěn)燃設(shè)施布置不當(dāng)?shù)?，將?huì)使煤粉氣流沖刷水冷壁管，引起管壁磨損減薄、漏泄。

2.水質(zhì)及其測(cè)量?jī)x表設(shè)備精度不符合要求

當(dāng)鍋爐熱負(fù)荷比較高，并且鍋爐水質(zhì)出現(xiàn)比較差的情況時(shí)，或者化學(xué)水檢測(cè)儀表設(shè)備精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，鍋爐水冷壁管內(nèi)容易產(chǎn)生結(jié)垢，管壁結(jié)垢又加劇了其傳熱惡化，形成惡性循環(huán)引起鍋爐水冷壁爆管。

3.氧化物沉淀堵塞爆管

如果鍋爐水在運(yùn)行中容易產(chǎn)生氧化物并且會(huì)沉積在鍋爐的某一部位影響鍋爐的運(yùn)行時(shí)，會(huì)因水冷壁氧化物沉淀而造成水冷壁被堵塞，嚴(yán)重時(shí)將使水冷壁產(chǎn)生超溫爆管事故。

4.爐溫不穩(wěn)定

因運(yùn)行操作等問題，使鍋爐水溫度不穩(wěn)定時(shí)，比如降溫速度過快等情況，會(huì)使?fàn)t管內(nèi)部的氧化皮產(chǎn)生大量脫落情況，會(huì)嚴(yán)重堵塞爐管的彎頭，使鍋爐產(chǎn)生超溫爆管。

5.鍋爐燃燒操作調(diào)整問題

鍋爐燃燒操作調(diào)整的不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏燒或者過燒現(xiàn)象，易使鍋爐的水冷壁產(chǎn)生超溫而造成爆管，另外，作為檢測(cè)爐管超溫的測(cè)量點(diǎn)數(shù)量達(dá)不到要求，不能使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐管產(chǎn)生超溫的情況等因素也會(huì)產(chǎn)生鍋爐水冷壁因超溫而爆管事故。

鍋爐水冷壁爆管預(yù)防措施

鍋爐制造控制措施

鍋爐制造過程采取多方共同監(jiān)督的方式。根據(jù)鍋爐制造進(jìn)度，安排有資質(zhì)的鍋爐監(jiān)造單位與建設(shè)單位分別派專人同時(shí)在制造現(xiàn)場(chǎng)全程監(jiān)督鍋爐制造過程，消除鍋爐受熱面的制造缺陷，避免發(fā)生用錯(cuò)材料、處理不規(guī)范，不認(rèn)真等情況。

鍋爐安裝控制措施

施工安裝單位、監(jiān)理單位及建設(shè)單位完善質(zhì)監(jiān)組織機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格監(jiān)視管子制造、安裝和檢修過程中質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

建設(shè)單位與施工安裝單位簽訂鍋爐安裝清潔度協(xié)議，對(duì)安裝過程中的鍋爐清潔度不定期檢查，并對(duì)施工安裝單位進(jìn)行考核。

要求施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況完善施工方案，確保管子、集箱清理干凈，杜絕安裝時(shí)異物進(jìn)入系統(tǒng)，保證焊接質(zhì)量，消除安裝缺陷；改進(jìn)水壓、酸洗、吹管施工措施 ；在易堵部位增加壁溫測(cè)點(diǎn)；完善質(zhì)檢計(jì)劃，吹管后對(duì)易堵管部位進(jìn)行檢查。

運(yùn)行操作控制措施

1.加強(qiáng)燃燒凋整，檢查消除磨損隱患

結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際情況，通過加強(qiáng)燃燒凋整、合理配風(fēng)等措施，避免煙氣直接沖刷水冷壁。

停爐檢查時(shí)仔細(xì)觀察水冷壁易磨損部位情況，檢查噴嘴情況，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求調(diào)整噴燃器安裝角度和穩(wěn)燃設(shè)施布置等。

加強(qiáng)吹灰管理，合理制定吹灰程序和參數(shù)。

2.強(qiáng)化儀表和化學(xué)水質(zhì)量管理

加強(qiáng)化學(xué)水在線儀表的維護(hù)和改造，保證儀表設(shè)備準(zhǔn)確可靠，及時(shí)消除化學(xué)水處理設(shè)備的缺陷。

鍋爐啟動(dòng)前加強(qiáng)系統(tǒng)的沖洗，啟動(dòng)后加強(qiáng)給水、爐水和凝結(jié)水的取樣、化驗(yàn)、加藥處理以及鍋爐排污，當(dāng)鍋爐投入正常運(yùn)行后，要確保鍋爐一定的連續(xù)排污量。

3.采用給水加氧的鍋爐水處理方式

在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，通過采用給水加氧的鍋爐水處理方式，使汽水系統(tǒng)中鐵離子濃度顯著降低，鍋爐的結(jié)垢速度明顯降低，這能提前預(yù)防水冷壁節(jié)流孔板產(chǎn)生氧化物堵塞導(dǎo)致的超溫爆管。

4.合理調(diào)整負(fù)荷

依據(jù)鍋爐特點(diǎn)優(yōu)化工藝操作方案和規(guī)程，嚴(yán)格按照方案和規(guī)程進(jìn)行操作，嚴(yán)禁負(fù)荷調(diào)整過快，避免工質(zhì)溫度變化過快造成內(nèi)部氧化皮脫落堵塞彎頭導(dǎo)致爆管。

5.降低超溫概率

為了更好的監(jiān)測(cè)局部超溫現(xiàn)象，防止爆管發(fā)生，在水冷壁易超溫區(qū)域增加熱電偶溫度測(cè)點(diǎn)，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)超溫情況并采取有效措施，降低鍋爐水冷壁超溫爆管的概率。

強(qiáng)化運(yùn)行人員安全生產(chǎn)意識(shí)，提高操作水平，優(yōu)化調(diào)整鍋爐運(yùn)行燃燒程序，制定安全可靠的應(yīng)急預(yù)案，杜絕偏燒、過燒造成局部管道過熱，避免鍋爐因超溫而爆管現(xiàn)象的發(fā)生。

使用磁性檢測(cè)方法定期對(duì)鍋爐底部管道彎頭的雜質(zhì)堆積情況進(jìn)行檢查，對(duì)存在的問題及時(shí)解決。

結(jié)束語

百萬千瓦機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行取決于鍋爐能否安全穩(wěn)定運(yùn)行，百萬千瓦機(jī)組鍋爐容量大，壓力溫度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使鍋爐水冷壁爆管的潛在因素增加，通過不斷提升鍋爐等設(shè)備的制造、安裝和運(yùn)行操作水平，達(dá)到降低鍋爐爆管的目的，提高百萬千瓦機(jī)組安全運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

春國成

大唐陜西府谷煤電有限責(zé)任公司

春國成（1973-）男，河南漯河人，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電技術(shù)管理工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.041