超超臨界機(jī)組鍋爐省煤器出口集箱排氣管泄漏原因分析及處置

王 偉 孟德彪 劉川槐 劉 濤 王建明 朱 睿

淮浙煤電鳳臺(tái)發(fā)電分公司 安徽 淮南 232131

1 設(shè)備概況

某大型火力發(fā)電廠二期2×660MW 超超臨界機(jī)組配套鍋爐由上海鍋爐廠有限公司制造。鍋爐為SG-2009/28-M6004 型超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐,單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、Π 型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。BMCR工況下省煤器進(jìn)/出口給水溫度為301/328℃,省煤器進(jìn)/出口設(shè)計(jì)壓力為31.8/31.4MPa。省煤器出口集箱規(guī)格型號(hào)為Φ406×65,材質(zhì)：SA-106C。省煤器出口集箱排氣管規(guī)格型號(hào)：Φ34×7,材質(zhì)：SA210-C。

2 泄漏情況描述

2016年9月22日,該電廠3號(hào)爐后墻水冷壁懸吊管第1-9管壁溫測(cè)點(diǎn)溫度異常降低,由430℃突降至370℃,未見(jiàn)其他異常。點(diǎn)檢就地檢查發(fā)現(xiàn),大包穿墻管有連續(xù)滴水現(xiàn)象,大包內(nèi)有異音,判斷大包內(nèi)發(fā)生泄漏,向網(wǎng)調(diào)申請(qǐng)停機(jī)。

9月26日,檢修人員進(jìn)入3號(hào)爐爐頂大包廂內(nèi)進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)后墻水冷壁出口集箱A 側(cè)數(shù)第1-9管懸吊管保溫有吹損,且管壁有水蒸氣吹掃的痕跡。同時(shí)發(fā)現(xiàn)省煤器出口集箱排氣管在高再集箱靠A側(cè)上方管段脹粗嚴(yán)重并發(fā)生爆破泄漏,泄漏部位照片如圖1所示。

圖1 省煤器出口集箱排氣管泄漏照片

該排氣管經(jīng)光譜復(fù)核材質(zhì)與設(shè)計(jì)材質(zhì)一致,為SA210-C,泄漏部位管段外徑為40.5mm,與設(shè)計(jì)外徑34mm 相比脹粗6.5mm,脹粗率19%。爆管部位附近8米長(zhǎng)的管段內(nèi)均有不同程度的脹粗現(xiàn)象,距離泄漏點(diǎn)8米以外的部位,無(wú)明顯脹粗現(xiàn)象。

3 原因分析

3.1 長(zhǎng)期超溫過(guò)熱是造成該排氣管泄漏的直接原因

3.1.1 爆口的宏觀特征 圖1 所示：爆口部位呈明顯的脹粗撕裂,脆性斷口特征明顯,爆口斷面粗糙,邊緣為不平整的鈍邊,爆口處管壁厚度無(wú)明顯減薄現(xiàn)象。爆口附近管內(nèi)壁存在大量的與爆口方向一致的縱向裂紋,且爆口附近最大相對(duì)脹粗值高達(dá)19%等等,具有蠕變斷裂的一般特征。

3.1.2 爆口的微觀特征 泄漏部位管段的顯微組織金相圖如圖2(a～c)所示：

顯微組織分析可以看出,該排氣管爆口處材質(zhì)球化4 級(jí),爆口附近處材質(zhì)球化5級(jí),常規(guī)管球化2 級(jí)。同時(shí),硬度檢測(cè)三個(gè)部位的硬度值分別為122.6HB、159.4HB、127.6HB。分析結(jié)果認(rèn)為,該排氣管長(zhǎng)期處于450℃以上的環(huán)境溫度下運(yùn)行,導(dǎo)致材料的組織發(fā)生變化,珠光體球化嚴(yán)重,組織性能下降并最終發(fā)生爆管泄漏。

通過(guò)對(duì)爆口部位的宏觀特征及微觀特征分析可以看出,造成低溫省煤器出口集箱排氣管泄漏的主要原因?yàn)殚L(zhǎng)期超溫過(guò)熱。

圖2 排氣管取樣管段顯微組織

3.2 基建安裝期間,施工單位私自更改管道布置是造成該排氣管超溫泄漏的主要原因 排氣管道布置的設(shè)計(jì)要求：自省煤器出口集箱管接座引出后,排氣管平行于集箱走向直接穿出爐頂大包廂,并在大包廂外接至排氣集箱。但在基建安裝期間,施工單位為了集中布置,將所有集箱的排氣管在大包廂內(nèi)集中布置,最后經(jīng)過(guò)高溫再熱器和高溫過(guò)熱器區(qū)域后在屏過(guò)區(qū)域上方位置集中穿墻而出,最后接至爐頂排氣管集箱。

由于各排氣管均無(wú)保溫設(shè)計(jì),排氣管經(jīng)高溫集箱頂部區(qū)域時(shí)會(huì)受環(huán)境溫度影響而過(guò)熱。且機(jī)組運(yùn)行期間排氣管內(nèi)無(wú)冷卻介質(zhì)流動(dòng),更容易造成長(zhǎng)期超溫問(wèn)題。經(jīng)測(cè)量,機(jī)組正常運(yùn)行期間,大包廂內(nèi)高再和高過(guò)區(qū)域上方運(yùn)行溫度均在500℃以上,大大超出了SA210-C 材質(zhì)的最高允許運(yùn)行溫度,這是造成該管長(zhǎng)期嚴(yán)重超溫泄漏的主要原因。

3.3 設(shè)計(jì)選材等級(jí)較低是造成該排氣管泄漏的次要原因 該廠鍋爐省煤器出口集箱排氣管道設(shè)計(jì)選材為SA210-C,根據(jù)《火力發(fā)電廠金屬材料手冊(cè)》介紹,該材質(zhì)蒸汽管道長(zhǎng)期使用的最高壁溫≤450℃。該電廠運(yùn)行期間爐頂大包廂內(nèi)頂部溫度場(chǎng)分布實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：省煤器出口聯(lián)箱上方區(qū)域運(yùn)行溫度約450℃,高過(guò)和高再聯(lián)箱上方區(qū)域運(yùn)行溫度500℃以上,屏過(guò)上方區(qū)域運(yùn)行溫度470℃以上。對(duì)于省煤器出口集箱排氣管的實(shí)際布置情況而言,該管材質(zhì)選用SA210-C,其材料等級(jí)偏低,無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)組正常運(yùn)行的需要。

4 事故暴露出的問(wèn)題

4.1 基建安裝期間,監(jiān)理人員及管理人員存在管理上的過(guò)失基建安裝期間,施工單位在未征得鍋爐設(shè)計(jì)廠家同意的情況下,私自更改集箱排氣管道的布置。作為安裝質(zhì)量監(jiān)督的監(jiān)理人員及管理人員未能發(fā)現(xiàn),也未提出質(zhì)疑,管理上存過(guò)失。安裝過(guò)程中如能及時(shí)發(fā)現(xiàn),并征求鍋爐設(shè)計(jì)廠家的意見(jiàn),完全可以按照廠家設(shè)計(jì)方案重新布置排氣管的走向,或者通過(guò)提高省煤器出口集箱排氣管的材質(zhì)等級(jí),避免該排氣管超溫泄漏事故的發(fā)生。

4.2 爐頂大包廂內(nèi)高溫集箱保溫質(zhì)量差,造成大包廂內(nèi)整體環(huán)境溫度較高 根據(jù)鍋爐廠《爐墻及保溫說(shuō)明書(shū)》要求,該廠爐頂大包廂內(nèi)除高溫過(guò)熱器進(jìn)出口集箱與管束、高再進(jìn)出口集箱與管束、后屏過(guò)熱器出口集箱及管束等溫度大于520℃集箱、管束需要進(jìn)行保溫外,其余前屏過(guò)熱器進(jìn)出口集箱、低溫過(guò)熱出口集箱、低溫再熱器出口集箱等均不做保溫設(shè)計(jì)。而在實(shí)際測(cè)溫過(guò)程中,高溫過(guò)熱器、高溫再熱器及后屏過(guò)熱器區(qū)域的最高環(huán)境溫度均達(dá)到470℃以上,尤其是高溫過(guò)熱器及高溫再熱器區(qū)域,環(huán)境溫度甚至高達(dá)500℃以上,大大超過(guò)鍋爐廠480℃封閉的溫室空間設(shè)計(jì)要求。

5 防范措施

5.1 優(yōu)化爐頂大包廂內(nèi)高溫集箱及管束的保溫設(shè)計(jì) 該廠利用3、4號(hào)機(jī)組調(diào)停檢修的機(jī)會(huì),對(duì)高過(guò)、高再及后屏過(guò)熱器出口集箱及管束保溫重新進(jìn)行了優(yōu)化。在以上集箱和管束上鋪設(shè)一層不銹鋼板網(wǎng),然后用三層50mm 厚的硅酸鋁纖維針刺毯替代原來(lái)的兩層40mm厚的硅酸鋁纖維針刺毯,硅酸鋁纖維針刺毯錯(cuò)縫、壓縫、擠縫布置,并在保溫材料外用一層不銹鋼六角網(wǎng)包裹,用不銹鐵絲捆扎。通過(guò)保溫設(shè)計(jì)優(yōu)化,降低了高溫集箱及管束的散熱,降低爐頂大包廂內(nèi)密閉空間的環(huán)境溫度。

5.2 對(duì)省煤器排氣管材料升級(jí),提高其耐溫性能 該廠利用檢修機(jī)會(huì),將省煤器出口集箱排氣管從集箱管接座至大包廂外500mm范圍內(nèi)的管段全部進(jìn)行材料升級(jí)更換,材質(zhì)由SA210-C 更換為15Cr MoG,其中,高再、高溫及后屏過(guò)熱器區(qū)域管段材質(zhì)更換為12Cr1Mo VG,提高了排氣管的耐溫性能。

5.3 制定計(jì)劃,對(duì)各集箱排氣管道布置重新檢查調(diào)整 根據(jù)此次事故的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),該廠制定機(jī)組B 修計(jì)劃。對(duì)爐頂大包廂內(nèi)所有的排氣管道布置情況對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行全面的檢查,發(fā)現(xiàn)違反設(shè)計(jì)圖紙布置的管道,全面進(jìn)行管道壽命評(píng)估,并按照設(shè)計(jì)圖紙重新進(jìn)行管道布置調(diào)整,確保所有排氣管長(zhǎng)期運(yùn)行的安全可靠性。