余熱鍋爐低壓蒸發(fā)器出口管泄漏原因分析及處理對(duì)策

周 軍

江蘇華電儀征熱電有限公司

余熱鍋爐低壓蒸發(fā)器出口管泄漏原因分析及處理對(duì)策

周 軍

江蘇華電儀征熱電有限公司

E級(jí)燃機(jī)配套余熱鍋爐低壓蒸發(fā)器出口管存在著投產(chǎn)時(shí)間不長易泄漏的缺陷。本文以江蘇華電儀征熱電有限公司西門子E級(jí)燃機(jī)配套余熱鍋爐為例，從流體力學(xué)、傳熱學(xué)、設(shè)計(jì)參數(shù)等方面對(duì)其泄漏原因分析，以所監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，找出造成低壓蒸發(fā)器出口管泄漏的原因，同時(shí)提出相應(yīng)處理對(duì)策，可為燃機(jī)電廠防止余熱鍋爐“四管”泄漏提供借鑒。

余熱鍋爐；低壓蒸發(fā)器；腐蝕；對(duì)策

一、前言

江蘇華電儀征熱電有限公司E級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組配有三臺(tái)余熱鍋爐，型號(hào)DG233.9/7.95/57.4/0.63-M106，為雙壓、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)鍋爐，由高、低壓兩個(gè)壓力等級(jí)系統(tǒng)組成，高壓過熱蒸汽額定出口壓力7.95MPa，額定出口溫度523.4℃；低壓過熱蒸汽額定出口壓力0.63MPa、額定出口溫度225.7℃；低壓蒸發(fā)器出口額定壓力為0.63MPa，額定溫度為225.7℃。

低壓蒸發(fā)器依序布置5排管屏，每排分左右2組，共計(jì)10組管屏，每個(gè)管屏出口設(shè)置一個(gè)出口聯(lián)箱，共計(jì)10個(gè)出口聯(lián)箱，前三排每個(gè)出口聯(lián)箱上各布置3根出口管，規(guī)格為Φ168×5mm，后兩排每個(gè)出口聯(lián)箱布置2根出口管，規(guī)格為Φ133×5mm，出口管經(jīng)過3個(gè)彎頭后進(jìn)入低壓汽包。

三臺(tái)余熱鍋爐在投產(chǎn)運(yùn)行一年多時(shí)間后，均發(fā)生低壓蒸發(fā)器出口管侵蝕減薄甚至爆管的問題。

二、出口管泄漏后檢查

通過對(duì)余熱鍋爐（以#4為例）低壓蒸發(fā)器出口管兩個(gè)泄漏口檢查，均位于第一排，分別為最東側(cè)和最西側(cè)，兩個(gè)泄漏點(diǎn)均在出口管與聯(lián)箱管座的焊縫處，為腐蝕減薄穿孔。出口管內(nèi)存在明顯的腐蝕分界帶，從管口看，腐蝕減薄區(qū)域角度大約在180°范圍，內(nèi)壁腐蝕減薄較平滑，未形成溝槽，腐蝕減薄方向性較強(qiáng)，發(fā)生在朝爐中心線側(cè)，最嚴(yán)重處與煙氣流向呈45°角。

為分析低壓蒸發(fā)器出口管減薄原因，對(duì)部分出口管進(jìn)行抽樣測厚，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，出口管減薄主要集中在前3排（所測厚最小數(shù)據(jù)在第一排西側(cè)彎頭處，為1.79mm），從前往后減薄程度逐漸變小，并且減薄最嚴(yán)重部分位于模塊的最東側(cè)和最西側(cè)，即靠近爐墻的部分。

三、原因分析

1.流動(dòng)加速腐蝕

流動(dòng)加速腐蝕(FAC)是一種可以導(dǎo)致敏感系統(tǒng)中碳鋼材料大量損失的一種產(chǎn)生管道壁面材料剝侵蝕機(jī)理[1-4]。受液體流動(dòng)影響，常發(fā)生于局部區(qū)域，通常情況下發(fā)生在90～230℃之間。

低壓蒸發(fā)器性能保證工況下工作溫度為167℃，正常運(yùn)行時(shí)溫度大約在150℃，處于FAC活動(dòng)區(qū)域。對(duì)運(yùn)行工況下低壓蒸發(fā)器出口管的流速進(jìn)行了計(jì)算，并與性能保證工況下數(shù)據(jù)對(duì)比，低壓蒸發(fā)器流量超過額定約6t/h（額定值57.4t/h，實(shí)際值63.6t/h），上升管流速由21.15m/s上升為27.81m/s，更加劇了腐蝕速度，流動(dòng)加速腐蝕為低壓蒸發(fā)器出口管減薄泄漏的主要原因。

2.溫度場偏離設(shè)計(jì)

余熱鍋爐內(nèi)部受熱模塊與煙道兩側(cè)墻之間空隙較大，雖然設(shè)置了煙氣擋板，但現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)煙氣擋板之間存在較大空隙，使得煙氣旁通；受熱各模塊之間存在較大孔隙，未設(shè)置煙氣擋板，形成煙氣漏流通道；每組受熱面上下集箱和不帶鰭片的連接管的位置雖設(shè)置了煙氣擋板，但熱態(tài)余熱鍋爐膨脹后產(chǎn)生間隙（原設(shè)計(jì)未考慮膨脹后密封），同時(shí)由于部分煙氣擋板安裝工藝不良造成膨脹受阻，這樣不可避免使?fàn)t膛內(nèi)煙氣流場偏離設(shè)計(jì)值，從而使?fàn)t膛內(nèi)溫度場發(fā)生變化，造成部分換熱管吸熱量過大，提高低壓蒸發(fā)器上升管內(nèi)的兩相流體流速，進(jìn)一步加快管材腐蝕。

3.低壓汽包壓力過低

低壓蒸汽系統(tǒng)采用滑壓模式運(yùn)行，目前運(yùn)行情況下，汽機(jī)未達(dá)到額定負(fù)荷，低壓補(bǔ)汽流量已高達(dá)63.6t/h，遠(yuǎn)超額定值57.4t/h。同時(shí)，低壓汽包的運(yùn)行壓力也僅為0.5MPa（額定值為0.67MPa），飽和水溫度也相應(yīng)降至150℃左右。溫度降至150℃和低壓蒸發(fā)器流量增大進(jìn)一步加強(qiáng)了低壓蒸發(fā)器出口管的腐蝕。

4.pH值無法有效監(jiān)測

按制造廠說明書，低壓爐水pH值控制不低于9.5[5]，但低壓爐水取樣點(diǎn)位于低壓汽包連排管，加藥點(diǎn)位于低壓汽包內(nèi)，不能直接監(jiān)測低壓蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽的pH值，不能確保pH值控制符合要求。

四、處理對(duì)策

1.升級(jí)出口管材質(zhì)

碳鋼材質(zhì)極易發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕，可將低壓蒸發(fā)器出口管材質(zhì)由20G升級(jí)為15CrMoG。該合金鋼中含有的Cr、Mo等合金元素有助于在管壁表面形成致密耐腐蝕氧化膜，減緩流動(dòng)加速腐蝕速率。

2.改造煙氣阻隔版

由于安裝原因，受熱面兩端及管屏之間間隙過大，運(yùn)行中形成煙氣走廊。可對(duì)現(xiàn)有各模塊兩端及管屏中間間隙進(jìn)行測量，重新設(shè)計(jì)煙氣阻隔板，消除煙氣走廊現(xiàn)象。

3.定壓低壓蒸汽運(yùn)行

將低壓蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行定壓模式運(yùn)行，提高低壓蒸汽的壓力，相應(yīng)低壓蒸發(fā)器內(nèi)介質(zhì)溫度會(huì)上升，流量也會(huì)降低，可合理避開流動(dòng)加速腐蝕最嚴(yán)重的運(yùn)行區(qū)間，有效減緩流動(dòng)減速腐蝕。

4.優(yōu)化取樣加藥點(diǎn)

針對(duì)不能有效監(jiān)控低壓蒸發(fā)器內(nèi)介質(zhì)pH值的情況，將取樣點(diǎn)移至低壓汽包定排管上，使所測pH值接近于低壓蒸發(fā)器內(nèi)介質(zhì)的pH值；將加藥點(diǎn)移至低壓汽包下降管上，使得藥品直接加至低壓蒸發(fā)器內(nèi)，可準(zhǔn)確地對(duì)低壓蒸發(fā)器內(nèi)介質(zhì)pH值監(jiān)控，確保低壓汽包PH值不小于9.5，滿足制造廠設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)語

由于多數(shù)制造廠家在設(shè)計(jì)和制造E級(jí)燃機(jī)配套余熱鍋爐時(shí)經(jīng)驗(yàn)不足，已有多家E級(jí)燃機(jī)電廠投運(yùn)時(shí)間約2年后發(fā)生此類問題。本文通過實(shí)例，對(duì)低壓蒸發(fā)器出口管泄漏原因進(jìn)行分析并提出處理對(duì)策，并在實(shí)際工作中加以實(shí)施，取得成效，可為其它燃機(jī)電廠防止“四管”泄露提供借鑒。

[1]王利宏，單建明，李偉，屈昌文.聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐中的流動(dòng)加速腐蝕[J].發(fā)電設(shè)備，2010，6（24）：409-413.

[2]Masanori Naitoh，陳耀東，Shunsuke Uchida，Hidetoshi Okada.流動(dòng)加速腐蝕引起的管壁減薄分析及驗(yàn)證[J].金屬學(xué)報(bào),2011，47(7):784-789.

[3]張東興，朱文濤，黃昊等.凝結(jié)水系統(tǒng)流動(dòng)加速腐蝕處理方法的研究[J].發(fā)電與空調(diào)，2015(3):27-30.

[4]陳菁，鄧勉.余熱鍋爐中流動(dòng)加速腐蝕預(yù)防[J].中國科技信息，2015(19)92-94.

[5]東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司.余熱鍋爐使用說明書[Z].2010:55.

周軍（1970-），男，江蘇省揚(yáng)州市人，就職于江蘇華電儀征熱電有限公司，高級(jí)工程師，碩士學(xué)位，從事電力基建和生產(chǎn)管理的研究。