CFB鍋爐防磨防爆管理提升分析

杜佳軍,張 鵬,陳建斌

(1.神華集團(tuán)循環(huán)流化床技術(shù)研發(fā)中心，陜西 西安 710065;2.四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司，四川 內(nèi)江 641000)

2013年—2017年，某電力集團(tuán)135 MW及以上各等級容量22臺CFB機(jī)組共發(fā)生非停事件60起，其中因CFB鍋爐“四管”泄漏導(dǎo)致機(jī)組非停事件39起，由此看出鍋爐“四管”泄漏仍是影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

鍋爐防磨防爆工作是機(jī)組生產(chǎn)全過程管理的重要內(nèi)容，也是及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理“四管”問題的有效途徑，CFB鍋爐獨(dú)有燃燒方式?jīng)Q定了“四管”磨損明顯嚴(yán)重于其他鍋爐，因此防磨防爆工作對CFB鍋爐更加重要。通過研究分析CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件，不僅可以查找鍋爐防磨防爆工作存在不足，還可以為設(shè)備管理提升提供明確工作方向及思路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鍋爐“四管”安全可靠性真正可控、在控[1]。

1 非停事件分析

電站鍋爐“四管”常見失效類型有管材缺陷、焊接缺陷、過熱爆管、磨損減薄、應(yīng)力集中、疲勞開裂、機(jī)械損傷、腐蝕、錯(cuò)用材質(zhì)等[2]。近年來該集團(tuán)CFB鍋爐“四管”泄漏涵蓋了上述多數(shù)失效型式，但各受熱面泄漏失效類型又有所差別，其中水冷壁以管材缺陷和焊接缺陷為主，過熱器主要以為焊接缺陷和疲勞開裂為主，再熱器和省煤器均以磨損減薄為主。

1.1 水冷壁泄漏

水冷壁泄漏主要失效類型有管材缺陷、焊接缺陷、磨損減薄及應(yīng)力集中等。水冷壁管材缺陷主要出現(xiàn)在耐火材料覆蓋區(qū)域、風(fēng)室及布風(fēng)板等隱蔽部位，焊接缺陷主要為密封鰭片制造及安裝焊縫損傷管子、管排出廠銷釘焊接及熔覆焊接熔深過深傷及母材等，磨損減薄為鰭片安裝不平整、耐火材料脫落等造成物料沖刷磨損，應(yīng)力集中為密封盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，運(yùn)行中拉裂水冷壁管(見圖1)。

圖1 熔敷焊接熔深過深(左)及鰭片不平整(右)磨損爆管

1.2 過熱器泄漏

過熱器泄漏失效類型有焊接缺陷、磨損減薄、過熱爆管、疲勞開裂及應(yīng)力集中等(見圖2)。其中，焊接缺陷為鰭片焊縫及對接焊縫存在嚴(yán)重咬邊缺陷，在管屏存在較大熱偏差及變形條件下開裂泄漏。磨損減薄是爐內(nèi)耐火材料、尾部防磨瓦脫落后管子裸露磨損爆管，過熱爆管為受熱面檢修焊渣等雜物落入管內(nèi)造成異物堵塞超溫爆管。疲勞開裂為屏式受熱面受機(jī)組頻繁調(diào)峰影響焊縫熱影響區(qū)、彎頭銷釘焊接處及疏水管接管座焊縫等部位在長期交變應(yīng)力作用下開裂泄漏。應(yīng)力集中是屏式受熱面管子異種鋼焊縫一側(cè)內(nèi)部車削臺階加工不當(dāng)造成應(yīng)力集中開裂泄漏。

1.3 再熱器泄漏

再熱器泄漏失效類型有管材缺陷、焊接缺陷、磨損減薄及疲勞開裂等。管材缺陷為屏式受熱面管材存在裂紋缺陷導(dǎo)致泄漏。焊接缺陷是屏式受熱面鰭片焊縫存在嚴(yán)重咬邊缺陷，在管屏存在較大熱偏差及變形下開裂泄漏。磨損減薄為屏式受熱面局部變形嚴(yán)重物料沖刷、彎頭部位耐火材料脫落磨損及尾部受熱面吹灰器漏氣吹損后泄漏。疲勞開裂為屏式受熱面變形部位采用馬蹄型焊縫造成開裂泄漏(見圖3)。

圖2 鰭片焊縫(左)和管子對接焊縫(右)開裂

圖3 鰭片焊縫嚴(yán)重咬邊(左)及彎頭耐火材料脫落(右)泄漏

1.4 省煤器泄漏

省煤器泄漏失效類型有管材缺陷、焊接缺陷及磨損減薄等。管材缺陷為機(jī)組投產(chǎn)初期個(gè)別管子母材存在缺陷造成開裂泄漏。焊接缺陷是基建安裝中，焊縫存在未熔合缺陷并隨著機(jī)組運(yùn)行周期的增加逐步擴(kuò)展開裂泄漏。磨損減薄為管子在防磨瓦脫落、穿墻密封漏風(fēng)沖刷等情況下磨損泄漏，個(gè)別為管子前次泄漏吹損未及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理后進(jìn)一步磨損泄漏(見圖4)。

圖4 焊縫未熔合缺陷(左)及穿墻密封漏風(fēng)(右)

2 防磨防爆問題

電站鍋爐“四管”泄漏既有管理原因，也有技術(shù)原因。防止鍋爐“四管”泄漏工作是否有效，歸根到底還在于管理是否有效[3]。從上述CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件分析可以看出，現(xiàn)階段鍋爐防磨防爆管理存在以下幾方面問題。

2.1 基礎(chǔ)管理

鍋爐防磨防爆管理制度不完善及責(zé)任落實(shí)不到位，尤其是在目前檢修工作外包和部分檢查外委模式下，導(dǎo)致自身人員防磨防爆檢查及責(zé)任主體淡化，進(jìn)而影響鍋爐防磨防爆工作質(zhì)量。同時(shí)，防磨防爆檢查計(jì)劃不全面，人力配備不足且技能水平有限，加之重視不足及責(zé)任心不強(qiáng)，多次出現(xiàn)設(shè)備缺陷檢查不到位等現(xiàn)象。

2.2 受熱面管材

在39起鍋爐“四管”泄漏非停事件中，有10起事件是因受熱面管子母材存在裂紋等原始缺陷導(dǎo)致的，可以看出受熱面管材存在入廠驗(yàn)收及使用管理不到位現(xiàn)象，未嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程及制度要求進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收把關(guān)，尤其是機(jī)組基建安裝過程中材料管理不到位問題，直接給投產(chǎn)后設(shè)備可靠運(yùn)行埋下了嚴(yán)重安全隱患，在鍋爐防磨防爆金屬檢驗(yàn)不到位情況下導(dǎo)致多起“四管”泄漏事件發(fā)生。

2.3 隱蔽缺陷

鍋爐受熱面隱蔽缺陷主要是管理不到位、防磨防爆檢查手段單一而未能及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)。原因主要是在機(jī)組檢修中缺少對隱蔽缺陷管理的內(nèi)容，使部分隱蔽缺陷不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除，給鍋爐設(shè)備安全可靠運(yùn)行帶來較大隱患。例如受熱面鰭片焊縫嚴(yán)重咬邊缺陷、穿墻密封漏風(fēng)等。

2.4 檢修質(zhì)量

鍋爐受熱面檢修工藝不規(guī)范、質(zhì)量管理不到位，導(dǎo)致受熱面管內(nèi)落入焊渣等異物、鰭片安裝不平整、吹灰器提升閥內(nèi)漏嚴(yán)重等問題發(fā)生。同時(shí)設(shè)備檢修及新技術(shù)應(yīng)用中風(fēng)險(xiǎn)評估不足，對屏式受熱面變形后采用馬蹄型焊縫、熔覆防磨水冷壁變形等帶來危險(xiǎn)未能引起足夠重視。

2.5 焊接施工

鍋爐受熱面監(jiān)造、基建安裝及檢修焊接施工管理不規(guī)范，施工工藝及質(zhì)量驗(yàn)收把關(guān)不嚴(yán)，直接導(dǎo)致受熱面焊縫等存在較多缺陷。如水冷壁出廠銷釘焊接、熔覆施工不當(dāng)導(dǎo)致熔深過深等缺陷，水冷壁及屏式受熱面鰭片焊縫存在嚴(yán)重咬邊等缺陷，省煤器安裝焊縫存在未熔合缺陷等。

2.6 耐火材料

未將耐火材料納入鍋爐防磨防爆進(jìn)行統(tǒng)一管理，未落實(shí)專人負(fù)責(zé)耐火材料檢查、檢修及使用管理等工作。耐火材料攪拌、澆注、振搗、養(yǎng)護(hù)、烘干等環(huán)節(jié)管理不嚴(yán)，新舊耐火材料施工未嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及廠家要求，最終導(dǎo)致耐火材料脫落頻繁發(fā)生。同時(shí)未在機(jī)組啟動(dòng)或停運(yùn)過程中采取相應(yīng)措施控制耐火材料開裂等問題。

2.7 運(yùn)行管理

運(yùn)行管理存在薄弱環(huán)節(jié)，機(jī)組參數(shù)變化及異常監(jiān)視判斷不到位，未及時(shí)開展相關(guān)分析工作及采取相關(guān)措施，致使設(shè)備問題持續(xù)發(fā)展及擴(kuò)大。鍋爐燃燒異常、超溫等風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識不足，事故預(yù)想不到位及應(yīng)急處理措施不完善，直接影響事故處理及時(shí)性、準(zhǔn)確性。運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)及事故處理能力不足，在“四管”泄漏等事件發(fā)生后操作不果斷、不及時(shí)，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 管理提升措施

為有效遏制及減少CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件的發(fā)生，切實(shí)提升CFB鍋爐防磨防爆管理水平及設(shè)備運(yùn)行安全可靠性，現(xiàn)針對非停事件暴露問題制定管理提升措施。

3.1 管理措施

健全鍋爐防磨防爆管理體系，明確防磨防爆組織機(jī)構(gòu)成員為防磨防爆責(zé)任落實(shí)主體，將內(nèi)部檢查與外委隊(duì)伍檢修有機(jī)結(jié)合，徹底排查及消除鍋爐“四管”存在缺陷及安全隱患。嚴(yán)格按照“分片承包、責(zé)任到人”的原則落實(shí)責(zé)任，通過制定切實(shí)有效、操作性強(qiáng)的激勵(lì)機(jī)制，充分調(diào)動(dòng)防磨防爆工作人員的積極性和主動(dòng)性。

強(qiáng)化鍋爐防磨防爆基礎(chǔ)管理，制定檢查計(jì)劃、作業(yè)文件、臺帳檔案等技術(shù)資料管理清冊和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行防磨防爆有關(guān)規(guī)程及制度要求，形成檢查策劃、過程控制、缺陷處理等各環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。同時(shí)，定期總結(jié)防磨防爆工作及開展人員專業(yè)培訓(xùn)，結(jié)合實(shí)際組織交叉更換檢查區(qū)域，通過理論實(shí)踐相結(jié)合方式持續(xù)提高人員技能。

3.2 技術(shù)措施

a.加強(qiáng)承壓部件管材管理。新管材使用前進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋、撞傷、折皺、分層、腐蝕等缺陷，對彎管橢圓度、背弧壁厚進(jìn)行檢查，不符合設(shè)計(jì)要求的不得使用[4]。水冷壁或屏式受熱面銷釘高度和密度符合設(shè)計(jì)要求，銷釘焊縫無裂紋和咬邊等缺陷，焊縫熔深符合要求，必要時(shí)進(jìn)行著色探傷檢查。所有制造廠家焊縫做外觀檢查，外形尺寸及表面質(zhì)量符合技術(shù)要求，并按規(guī)定進(jìn)行焊縫抽檢。

b.強(qiáng)化鍋爐受熱面檢修管理。受熱面管子、鰭片應(yīng)保持平整，對存在“凸出”或“凹陷”的部位及時(shí)進(jìn)行處理。受熱面換管時(shí)管子及鰭片不得錯(cuò)口，更換后向火面管子及鰭片焊縫應(yīng)打磨平滑，并嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收[5]。對于使用爐內(nèi)檢修平臺消缺的，每年至少安排一次對爐內(nèi)受熱面進(jìn)行全面檢查。水冷壁新防磨材料、新技術(shù)工藝使用前進(jìn)行充分技術(shù)論證、調(diào)研及風(fēng)險(xiǎn)評估。

c.加強(qiáng)尾部煙道防磨裝置管理。受熱面防磨裝置逢停必查，尤其是內(nèi)彎防磨瓦的磨損和松動(dòng)情況檢查處理。阻流板、防磨瓦等防磨裝置無脫落、歪斜和移位，磨損厚度超過1/2應(yīng)更換。用點(diǎn)焊固定護(hù)板時(shí)，充分考慮防磨瓦與管道之間相對膨脹，防磨瓦一般加3道固定卡箍，防止防磨瓦變形脫落或移位。尾部煙道四周及角落區(qū)域應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流板，防止產(chǎn)生“煙氣走廊”導(dǎo)致管道局部沖刷磨損[6]。

d.提高承壓管道焊接質(zhì)量。承壓部件焊接應(yīng)嚴(yán)格審核焊工資質(zhì)，焊接前應(yīng)有焊接工藝評定，焊接時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝卡，焊縫進(jìn)行100%探傷。焊接材料選擇、焊接工藝、焊后熱處理、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)及質(zhì)量評定等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。原則上不得在現(xiàn)場進(jìn)行異種鋼焊接，迫不得已時(shí)須進(jìn)行試驗(yàn)性焊接，合格后方可進(jìn)行正式焊接工作。水冷壁密封鰭片及管子對接焊縫不得有漏焊、夾渣、咬邊等缺陷。

e.預(yù)防承壓管道異物堵塞。受熱面換管時(shí)宜采用機(jī)械切割，如需采用火焰切割時(shí)火焰角度應(yīng)與管道相切，割管后管口要及時(shí)用專用堵頭封堵。采用氬弧焊對管道內(nèi)口進(jìn)行封堵時(shí)應(yīng)采用焊接專用水溶紙，并盡可能減少用紙量。受熱面管在組合和安裝前必須分別進(jìn)行通球試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后及時(shí)做好封堵措施。受熱面聯(lián)箱和節(jié)流孔應(yīng)按規(guī)定定期進(jìn)行內(nèi)部檢查和清理，確保聯(lián)箱及節(jié)流孔清潔無異物。

f.規(guī)范耐火材料檢查檢修。將耐火材料納入防磨防爆統(tǒng)一管理，并落實(shí)專人負(fù)責(zé)。耐火材料攪拌、澆注、振搗、養(yǎng)護(hù)、烘干等嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求。外觀正常的耐火材料使用“錘擊聽音法”等檢查其牢固情況，如有空響或松動(dòng)現(xiàn)象立即更換[7]。耐火材料大面積脫落應(yīng)分析原因并制定預(yù)防措施，局部脫落清理成規(guī)則形狀后重新敷設(shè)。經(jīng)常脫落、磨損嚴(yán)重和形狀不規(guī)則部位，宜在耐火材料中添加不銹鋼纖維提高強(qiáng)度。

g.控制吹灰器吹損受熱面。根據(jù)鍋爐排煙溫度確定受熱面吹灰周期，吹灰頻次超過設(shè)計(jì)值50%時(shí)，應(yīng)分析原因并制定整改措施。吹灰時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)調(diào)取吹灰蒸汽壓力和調(diào)節(jié)閥開度曲線，對比與吹灰器運(yùn)行實(shí)際對比是否一致。安排專人進(jìn)行吹灰現(xiàn)場跟蹤監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)吹灰器卡澀、劇烈晃動(dòng)或未退到位等情況及時(shí)處理。檢修時(shí)應(yīng)對吹灰器支架變形、扭曲、移位、磨損等進(jìn)行檢查處理，槍管彎曲超標(biāo)應(yīng)及時(shí)更換[8]。

h.強(qiáng)化隱蔽部位承壓部件管理。被耐火材料覆蓋及安裝到位后，難以檢查的受熱面管道除按照要求進(jìn)行檢驗(yàn)外，在安裝焊接前還應(yīng)進(jìn)行100%管道內(nèi)外檢查，必要時(shí)進(jìn)行無損檢測。所有處于隱蔽部位的焊縫應(yīng)進(jìn)行100%無損檢驗(yàn)。針對歷次非停事件出現(xiàn)的穿墻密封開裂等隱蔽部位缺陷，應(yīng)制定專項(xiàng)整改計(jì)劃并在檢修中組織進(jìn)行檢查處理，徹底消除鍋爐“四管”存在的安全隱患。

3.3 其他措施

a.規(guī)范運(yùn)行操作及合理控制參數(shù)。嚴(yán)格按照規(guī)程要求控制鍋爐汽水品質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)，嚴(yán)密監(jiān)視各受熱面管壁溫度，防止超溫超壓現(xiàn)象發(fā)生。機(jī)組啟停及升降負(fù)荷期間，避免鍋爐運(yùn)行參數(shù)大起大落，減少熱偏差及控制受熱面變形[9]。嚴(yán)格控制入爐煤粒度在合格范圍內(nèi)，并防止過大一次流化風(fēng)量加劇受熱面磨損[10]。鍋爐啟停過程中合理控制升降溫速率，防止耐火材料大面積損壞。

b.提升不安全事件防范及應(yīng)急處置能力。分析機(jī)組投產(chǎn)以來CFB鍋爐發(fā)生的不安全事件，對照事件逐一制定及落實(shí)防范措施。排查不安全事件應(yīng)急處置措施，討論研究運(yùn)行中可能出現(xiàn)鍋爐燃燒異常、“四管”泄漏等不安全情況，結(jié)合實(shí)際編制完善不安全事件應(yīng)急處置措施。組織人員學(xué)習(xí)不安全事件防范及應(yīng)急處置措施，定期開展不安全事件應(yīng)急演練，提升人員應(yīng)急處置能力。

4 結(jié)論

通過深入研究CFB鍋爐“四管”泄漏非停事件，分析水冷壁、過熱器、再熱器及省煤器泄漏失效類型及導(dǎo)致原因，查找出鍋爐防磨防爆基礎(chǔ)管理、受熱面管材、隱蔽缺陷、檢修質(zhì)量、焊接施工、耐火材料及運(yùn)行管理等方面暴露問題和存在不足，進(jìn)而從承壓部件母材、鍋爐受熱面檢修、尾部煙道防磨裝置、承壓部件焊接質(zhì)量、承壓管道異物堵塞、耐火材料檢查檢修、吹灰器吹損受熱面、隱蔽部位承壓部件、運(yùn)行操作參數(shù)控制、不安全事件防范及提升應(yīng)急處置能力等方面提出了切合實(shí)際的管理提升措施，在夯實(shí)防磨防爆工作基礎(chǔ)及持續(xù)提高管理水平的同時(shí)，進(jìn)一步提高CFB鍋爐設(shè)備安全可靠性。