火電廠高溫再熱器SA-213TP310HCBN（HR3C）管材爆管技術(shù)管理探討

楊有文

（神華神東電力重慶萬州港電有限責(zé)任公司，重慶 404027）

火電廠高溫再熱器SA-213TP310HCBN（HR3C）管材爆管技術(shù)管理探討

楊有文

（神華神東電力重慶萬州港電有限責(zé)任公司，重慶 404027）

在火電廠中，高溫再熱器的主要作用是將已經(jīng)完成做功的低壓蒸汽進(jìn)行再次加熱，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，提升電廠熱效率，同時(shí)也可以將汽輪機(jī)末級葉片的蒸汽溫度控制在合理范圍內(nèi)，完成對汽輪機(jī)葉片的保護(hù)。本文以1050MW超超臨界機(jī)組為例，對其高溫再熱器SA-213TP310HCBN（以下簡稱HR3C）管材的爆管問題進(jìn)行了分析。

火電廠；高溫再熱器 ；HR3C管材；爆管；原因

就目前現(xiàn)狀而言，火電廠鍋爐運(yùn)行的各類事故頻發(fā)。受熱面爆管占比最大，這主要是由于鍋爐管道內(nèi)部處于且將長期處于高溫高壓的惡劣環(huán)境當(dāng)中，與此同時(shí)，其外部管道也遭受到高溫?zé)煔獾母g與侵害。這不僅會對于鍋爐的使用壽命以及正常運(yùn)行產(chǎn)生惡劣影響，事故發(fā)生后更會對于火電廠的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。因此，這便要求采取有效的防治措施，并以此預(yù)防鍋爐管道的爆裂以及泄漏，進(jìn)而有效保障鍋爐設(shè)備以及全體員工的安全。

案例：某火電廠1050MW超超級臨界機(jī)組，最大連續(xù)蒸發(fā)量達(dá)到3035t/h，過熱器出口的蒸汽溫度為605℃，蒸汽壓力29.3MPa，再熱器出口的蒸汽溫度達(dá)到623℃，蒸汽壓力5.8MPa。2015年4月，鍋爐高溫再熱器HR3C管道出現(xiàn)爆管事故。

在高溫再熱器管道中，采用的是HR3C管材，其主要成分為25Ci-20Ni-Nb-N，是在TP310的基礎(chǔ)上加入了Nb和N形成的一種奧氏體耐熱鋼，具有良好的抗高溫?zé)煔飧g能力和抗高溫蒸汽氧化能力。且在該機(jī)組中，高溫再熱器管道通過滑動副（定位塊）的方式進(jìn)行連接，構(gòu)成緊密的互鎖結(jié)構(gòu)，能夠有效限制管道的移動和變形，防止機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)飛灰磨損以及碰磨現(xiàn)象出現(xiàn)，而在機(jī)組運(yùn)行環(huán)節(jié)，受啟動/停止以及運(yùn)行參數(shù)波動的影響，管道的變形和膨脹應(yīng)力不一致，相互之間形成了外加作用力，與蒸汽引發(fā)的工作應(yīng)力以及焊接殘余應(yīng)力疊加在一起，集中在接頭位置，使得焊縫根部的熱影響區(qū)域應(yīng)力水平較高，容易引發(fā)開裂問題，而一旦開裂，在應(yīng)力的作用下裂紋發(fā)展的速度極快，換言之，焊縫根部位置高度集中的應(yīng)力，極有可能是此次導(dǎo)致爆管問題的力學(xué)原因。不過，爆管后至停機(jī)時(shí)間較長高溫再熱器管道損傷較為嚴(yán)重，因此無法確切判斷其爆管原因。因此，這里結(jié)合該機(jī)組的實(shí)際情況，對HR3C管材的爆管原因進(jìn)行分析。

1 管材超溫

1.1 管道超溫的原因分析

指在運(yùn)行過程中，管材短時(shí)溫度超出材料的承受極限，或者長時(shí)期處于超溫運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致爆管問題。對機(jī)組進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)水冷壁存在比較嚴(yán)重的積灰問題，爐膛出口位置的煙氣溫度相比較設(shè)計(jì)溫度更高，導(dǎo)致了主汽溫和再熱汽溫的升高。

緩解管道超溫現(xiàn)象的出現(xiàn)有可能是多重因素所導(dǎo)致的，將其主要原因歸納為以下幾個方面：（1）管道出現(xiàn)嚴(yán)重積灰的現(xiàn)象定會對于管道超溫埋下伏筆。（2）煤粉過粗會使得整個鍋爐的燃燒時(shí)間持續(xù)延長，而時(shí)間延長必定會導(dǎo)致鍋爐管道超溫現(xiàn)象的出現(xiàn)。（3）當(dāng)鍋爐啟動過程中再熱器內(nèi)存在積水，若此時(shí)鍋爐開始燃燒，必定會使得積水快速蒸發(fā)，進(jìn)而在形成水塞的同時(shí)，致使鍋爐部分管道出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。（4）當(dāng)鍋爐爐膛火焰位置不科學(xué)，必然會造成鍋爐爐膛的出口煙氣溫度形成較大的偏差，進(jìn)而使得鍋爐部分管道發(fā)生超溫的現(xiàn)象。總而言之，這一系列的因素必定會致使鍋爐出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，及時(shí)采取鍋爐超溫的防治措施刻不容緩。

1.2 鍋爐管道超溫防治措施

首先，盡量保證鍋爐煤粉的精細(xì)度，并以此將煤粉燃燒時(shí)間縮短，減少鍋爐出現(xiàn)三次以上的風(fēng)帶過量煤粉的產(chǎn)生，并有效防止鍋爐不完全燃燒情況的發(fā)生；如果鍋爐機(jī)組處于負(fù)荷升降頻繁的不利狀態(tài)，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)地進(jìn)行滑壓運(yùn)行，并以此避免鍋爐管道出現(xiàn)超溫；定期對鍋爐管道采取吹灰、除焦等防護(hù)措施，以此保障鍋爐管道受熱面的清潔；對于前后墻對沖燃燒器的鍋爐，在其運(yùn)行過程中二次風(fēng)主要實(shí)行等比分配的形式，并以此糾正鍋爐爐膛火焰偏差，避免鍋爐管道超溫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

為了降低鍋爐管道溫度過高對生產(chǎn)進(jìn)行的影響，在管理上應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對鍋爐管道的監(jiān)督和檢測，對鍋爐的溫度進(jìn)行及時(shí)檢測，采取增加測點(diǎn)方式對管排進(jìn)行多點(diǎn)分布監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度的異常變化，對于出現(xiàn)管道超溫時(shí)及時(shí)采取應(yīng)對措施，避免因?yàn)殄仩t管道溫度過高導(dǎo)致爆管，引起機(jī)組非停。

2 管道焊接質(zhì)量

在分析大量數(shù)據(jù)資料后發(fā)現(xiàn)在火力發(fā)電廠事故中，鍋爐泄漏事故的發(fā)生率高達(dá)60%～70%，而究其主要原因一般在于鍋爐管道的焊接出現(xiàn)瑕疵。而鍋爐焊口出現(xiàn)問題的客觀原因?yàn)橐韵滤姆矫?。?）一般由于焊口質(zhì)量不佳，出現(xiàn)裂紋或氣孔，然而探傷過程中未發(fā)現(xiàn)此問題。（2）在管道對口過程中，出現(xiàn)錯口、折扣等現(xiàn)象，致使焊口出現(xiàn)拉裂等現(xiàn)象。（3）在管道的質(zhì)量與焊材質(zhì)量，管道材質(zhì)與原始材質(zhì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致出現(xiàn)異種鋼焊接但焊絲選用不對，致使焊口出現(xiàn)裂紋等較為嚴(yán)重缺陷，探傷過程中亦未發(fā)現(xiàn)此問題。（4）管道附件滑動副（定位塊）等焊接過程中，焊縫出現(xiàn)咬邊、裂紋等現(xiàn)象但檢查未發(fā)現(xiàn)此問題。鍋爐焊接質(zhì)量較差的人為因素：由于工作人員的疏忽大意以及僥幸心理，導(dǎo)致在安裝或是檢修的過程中降低了鍋爐的金屬強(qiáng)度，進(jìn)而使得管道的承壓能力大大降低，最終可能導(dǎo)致爆管現(xiàn)象的出現(xiàn)。

鑒于焊接水平的重要影響，需要火電廠管理人員考慮到不同地區(qū)的溫度和環(huán)境因素，在管道的正常變形和膨脹范圍內(nèi)進(jìn)行施工，避免受氣溫和濕度的影響出現(xiàn)爆管，前期的設(shè)計(jì)和后期的定期維護(hù)都可以在一定程度上減少這類安全隱患的出現(xiàn)。

正是因?yàn)楣艿篮附淤|(zhì)量對安全生產(chǎn)產(chǎn)生極大的隱患，所以需要管理人員在管道焊接質(zhì)量的問題上加大重視，在采購環(huán)節(jié)中首先需要對管道的材質(zhì)嚴(yán)加管控，在驗(yàn)收過程中加大光譜檢測力度，其次需要在焊接完畢后加大探傷力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對可能存在的影響進(jìn)行及時(shí)處理，避免因?yàn)槿藶橐蛩卦斐勺鳂I(yè)中的安全隱患。

3 鍋爐正常運(yùn)行過程中的飛灰磨損

近幾年來，由于我國煤炭市場供求關(guān)系的日益緊張，我國的煤價(jià)也由此不斷增長。而就此導(dǎo)致的是燃煤質(zhì)量的逐漸降低。并且伴隨著國家去產(chǎn)能的不斷深入，煤礦資源開發(fā)腳步的逐漸放緩，使得電煤形勢日益緊張。

飛灰磨損帶有一定的不可控性，所以在管道迎風(fēng)面、煙氣流場較強(qiáng)、易形成煙氣走廊的管道處，應(yīng)采取防磨措施，對管道加以保護(hù)，且應(yīng)當(dāng)采用較為敏感的煙道檢測系統(tǒng)，隨時(shí)對管道內(nèi)的煙、粉塵進(jìn)行檢測。并應(yīng)盡量控制煤炭采購中煤炭的質(zhì)量，盡量防止飛灰對管道的磨損。

4 設(shè)計(jì)可能存在少許問題

在鍋爐的設(shè)計(jì)過程中往往存在許多問題，主要表現(xiàn)為設(shè)計(jì)者或者設(shè)計(jì)單位沒有充分考慮到各承壓部件的位置，雖然過硬的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能進(jìn)一步緩解這個問題，但是在設(shè)備的具體安裝過程中仍然會因?yàn)榘惭b現(xiàn)場的實(shí)際情況受到位置的限制，最終影響到鍋爐的質(zhì)量水平。就目前形式而言，鍋爐廠一昧地追求經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致設(shè)施的安裝流程缺乏科學(xué)的規(guī)范，使得鍋爐的安裝時(shí)間明顯縮短的同時(shí)，嚴(yán)重威脅到鍋爐質(zhì)量的問題。與此同時(shí)，這樣的安裝操作會導(dǎo)致管道并沒有按照具體規(guī)定工藝給每一個焊口都留有相應(yīng)的足夠的位置，使得鍋爐設(shè)備在正式投入生產(chǎn)之后會明顯地暴露出一系列的質(zhì)量問題，進(jìn)而影響整個企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

設(shè)計(jì)方面的影響需要火電廠管理人員在審核設(shè)計(jì)的同時(shí)，要考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中的諸多因素，避免設(shè)計(jì)中提出的方案與實(shí)際生產(chǎn)脫產(chǎn)，影響安全生產(chǎn)運(yùn)行。

5 結(jié)語

在火電廠生產(chǎn)中，由于本身的工作條件，高溫再熱器管道存在著爆裂的隱患，會影響電廠的正常穩(wěn)定運(yùn)行。對于管理人員和技術(shù)人員而言，應(yīng)該對管道爆裂的原因進(jìn)行深入分析，對引發(fā)爆管問題的原因進(jìn)行有效應(yīng)對，從而保證機(jī)組的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

[1]秦承鵬,王亮,李梁等.超超臨界1000MW機(jī)組鍋爐末級再熱器爆管原因分析[J].熱力發(fā)電,2012,(10):69-72.

[2]杜寶帥,魏玉忠,張忠文,李新梅.1000MW 超超臨界機(jī)組HR3C 鋼再熱器爆管失效分析[A].全國電站焊接學(xué)術(shù)論文討論會,2013.

[3]陳春華.火電廠鍋爐四管泄漏成因及其預(yù)防和改造技術(shù)設(shè)計(jì)[J].設(shè)計(jì)周刊，2011，25（04）：51-56.

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