低氮燃燒器改造水冷套管子局部鼓包原因分析及處理

孔維剛

河北國華定州發(fā)電有限責(zé)任公司 河北 定州073000

0 前言

某發(fā)電公司的鍋爐是亞臨界壓力、中間一次再熱、控制循環(huán)爐，型號為SG—2008/17.47—M903。噴燃器采用四角切圓方式，單爐膛Π 型露天布置，運轉(zhuǎn)層以下采用緊身封閉，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣。

2013年5月完成了低氮燃燒器的改造，燃燒器采用水冷套結(jié)構(gòu)，水冷套管子規(guī)格為Φ51×6.5 mm，管子材質(zhì)為SA-210 A1的內(nèi)螺紋管，制造廠家由某鍋爐廠有限公司委托某鍋爐制造有限公司。

2013年10月檢修時發(fā)現(xiàn)水冷套管子存在多處鼓包現(xiàn)象，影響了鍋爐的安全運行。

1 宏觀檢查

水冷套管子鼓包點共計58點，對管子鼓包的脹粗值進行測量，測量的結(jié)果在0.7 mm-1.6mm 之間，脹粗率在1.37%-3.14%范圍內(nèi)。鼓包點脹粗值為0.9 mm 的數(shù)量11個，占19%，有50個點分布在0.8-1.3 mm 的區(qū)間，占總數(shù)量的86%。

對管子鼓包部位表面進行脫漆清理，發(fā)現(xiàn)管子表面呈藍黑顏色并有輕微脫碳現(xiàn)象。

2 金相組織

經(jīng)檢查，金相組織均為正常的鐵素體+珠光體，未見異常。

3 力學(xué)性能

該材質(zhì)要求抗拉強度≥415 MPa，屈服強度≥255 MPa。試驗結(jié)果管子取樣力學(xué)性能指標滿足標準要求。

4 原因分析

根據(jù)對鍋爐流場的研究，煤粉火炬一般在離開噴口800 mm～1000 mm后著火，且最高溫度一般發(fā)生在火炬的下游，即煤粉噴嘴向火側(cè)2～3 m 處。發(fā)生脹粗的位置在燃燒器噴嘴兩側(cè)，此處不正面面對火炬，熱負荷較低。在鍋爐運行期間，未發(fā)現(xiàn)有超溫現(xiàn)象，而熱負荷較高的水冷壁區(qū)域并沒有發(fā)生脹粗現(xiàn)象。并結(jié)合金相組織、力學(xué)性能試驗結(jié)果確定鼓包原因不是在運行期間造成的。

制造廠家水冷套的加工工藝是通過管子間加裝扁鋼焊接完成密封，密封焊接采用半自動二氧化碳氣體保護焊。經(jīng)對廠家現(xiàn)場進行考察發(fā)現(xiàn)，由于焊接的工作量較大，為了提高效率，密封焊接速度較快，焊接順序和過程無技術(shù)管控要求，也無采取防止焊接變形的措施，管屏焊完后變形很大。在變形部位采取火焰熱校正過程中，同時采取強力對正，且火焰溫度無監(jiān)控措施，火焰加熱后管子表面呈蘭黑色并有脫碳現(xiàn)象，見圖1。焊接和校正完后并未采取任何消應(yīng)力處理措施，大量的焊接、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等無法得到有效釋放而殘留其中。

由此斷定，水冷套管子鼓包的原因為制造時密封焊接、熱校正工藝不當，過程管控不嚴格，在火焰熱校正過程中造成管子局部超溫，并且在采取強力校正過程中致使管屏中殘留大量的結(jié)構(gòu)、焊接等殘余應(yīng)力。在運行中應(yīng)力得到釋放造成了管子局部鼓包現(xiàn)象。

圖1 火焰加熱及強力校正圖

5 處理措施

1.加強對制造廠家制造工藝的監(jiān)控，對火焰加熱溫度進行監(jiān)測，防止熱校正過程出現(xiàn)超溫，并嚴禁杜絕強力校正現(xiàn)象。

2.對水冷壁管子外徑脹粗超過3.5%的部位進行更換；對金相組織、力學(xué)性能超標的部位進行更換。未進行更換的水冷套管子可考慮開應(yīng)力釋放槽。

3.加強運行監(jiān)督，在運行中防止超溫超壓運行；注意定排、連排的正確使用，避免水動力異常，防止溫度和壓力的大幅度波動。

4.利用停爐機會對鼓包部位進行監(jiān)督檢查，持續(xù)跟蹤鼓包變化情況。5.建議廠家采取焊后熱處理，增加焊后消除應(yīng)力措施，防止管屏變形過大和減少殘余應(yīng)力。