CFB鍋爐省煤器吊掛管泄漏原因分析

王文濤，楊 坤，董 鵬，陳 明

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.中國石油撫順石化公司熱電廠，遼寧 撫順 113004)

省煤器內(nèi)的受熱面“四管”是火電廠重要的設(shè)備部件，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在鍋爐運(yùn)行的各類事故和故障中，“四管”泄漏次數(shù)最多，占比高達(dá)30%[1]，是造成火電機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)最主要的原因[2]。某電廠1號(hào)鍋爐為無錫光華鍋爐廠設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為UG-745/13.7-M的超高壓一次中間再熱循環(huán)流化床鍋爐。2020年1月，省煤器發(fā)生泄漏，機(jī)組被迫停運(yùn)。

1 事故經(jīng)過

2020年1月18日09:58，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷135.48 MW，主蒸汽壓力11.15 MPa，爐膛負(fù)壓36.35 Pa，主蒸汽溫度533 ℃，總?cè)剂狭?03.95 t/h，主蒸汽流量480.5 t/h，主給水流量515.54 t/h，運(yùn)行氧量3.28%。1A、1B引風(fēng)機(jī)和1A、1B一次風(fēng)機(jī)與1A、1B二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，A、B、C、D 4臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行。各風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、鍋爐負(fù)壓均無明顯變化。10:00檢修人員發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部煙道存在異音，懷疑受熱面管發(fā)生泄漏。經(jīng)電網(wǎng)調(diào)度同意，17:50機(jī)組降負(fù)荷，19:00機(jī)組解列停機(jī)。

2 泄漏情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐標(biāo)高55 m尾部煙道共存在5處爆口，其中省煤器吊掛管3處爆口，包墻過熱器管2處爆口。省煤器吊掛管沿爐左、右方向布置82組管排，每組布置3根，規(guī)格為D44.5×8 mm，材質(zhì)為15CrMoG，包墻過熱器規(guī)格為D51×6 mm、材質(zhì)為20G。爆口A、B位于包墻過熱器第14、15根管，距離頂棚610 mm、650 mm。爆口C、D、E標(biāo)高相同，位于水平煙道入口第1排第2、3根省煤器吊掛管，爆口D距離頂棚770 mm，各爆口及位置見圖1。

(a)泄漏位置

5處爆口及鄰近管經(jīng)宏觀檢查未見脹粗鼓包、腐蝕、明顯氧化等異常現(xiàn)象。爆口D尺寸為10 mm×4 mm，位于前后2塊護(hù)瓦裝配間隙處。爆口邊緣較薄，周圍有護(hù)瓦缺失，護(hù)瓦邊緣鋒利，實(shí)測(cè)護(hù)瓦邊緣厚度0.7～1.1 mm(鄰近外觀完好護(hù)瓦實(shí)測(cè)厚度2.95～3.20 mm)。爆口D上、下豎直方向存在寬8 mm溝槽，溝槽最深5 mm，深度由爆口處向兩側(cè)減小，溝槽表面較光滑。背風(fēng)側(cè)爆口D上方至頂棚約700 mm長護(hù)瓦發(fā)生斷裂掉落。

爆口C尺寸為15 mm×3 mm，其附近母材壁厚實(shí)測(cè)值為1.1～3.4 mm，壁厚減薄明顯。該管520 mm長管子側(cè)面及背風(fēng)側(cè)存在明顯飛灰磨損痕跡，管子外形磨損異形化，外徑最小處約37.5 mm，實(shí)測(cè)壁厚1.1～4.0 mm，見圖2。該段磨損管子起點(diǎn)距頂棚350 mm，終點(diǎn)位于爆口D上方護(hù)瓦斷裂處。迎風(fēng)面?zhèn)茸皂斉锲鹣蛳?50 mm長護(hù)瓦缺失，護(hù)瓦斷裂處壁厚未見明顯減薄(見圖3)，該段缺失護(hù)瓦處管子外表面未見異常，實(shí)測(cè)壁厚值7.7～7.8 mm，壁厚未見異常。因處于磨損環(huán)境惡劣的迎風(fēng)面，據(jù)此可以推斷該段護(hù)瓦為發(fā)生泄漏時(shí)或泄漏前短時(shí)間內(nèi)斷裂脫落。

圖2 磨損情況

圖3 迎風(fēng)面護(hù)瓦斷面

爆口E尺寸25 mm×5 mm，與爆口D斜向相對(duì)，爆口E下方管子沿護(hù)瓦組合間隙存在明顯介質(zhì)吹損痕跡，見圖4。爆口A尺寸50 mm×20 mm，邊緣鋒利，爆口朝向爐前側(cè)，緊挨爆口一圈管子壁厚0.9～1.4 mm。爆口B周圍存在明顯介質(zhì)吹損溝槽，溝槽方向與A、B爆口連線一致。爆口B周圍管子實(shí)測(cè)壁厚1.7～1.79 mm。2處爆口間密封鰭片吹損減薄損壞，依據(jù)鰭片吹損痕跡，現(xiàn)場(chǎng)檢查可判斷鰭片損傷為A、B爆口介質(zhì)泄漏導(dǎo)致。包墻過熱器管見圖5。

圖4 管子被吹損痕跡

圖5 包墻過熱器管

3 擴(kuò)大檢查

為減少磨損影響，泄漏前電廠已在Ⅲ段裝配了防磨護(hù)瓦，見圖6。擴(kuò)大檢查發(fā)現(xiàn)距頂棚450～700 mm未裝設(shè)護(hù)瓦的Ⅱ段與Ⅲ段間存在明顯的磨損界線，界線整齊清晰可見，見圖7。進(jìn)行壁厚檢測(cè)發(fā)現(xiàn)第11-15根管管段Ⅱ存在明顯磨損減薄情況，實(shí)測(cè)壁厚4.4～4.8 mm，見表1。

圖6 護(hù)瓦及其磨損

圖7 Ⅱ段與Ⅲ段磨損界線

表1 包墻過熱器管壁厚檢測(cè)結(jié)果 mm

省煤器吊掛管自西向東數(shù)第1根護(hù)瓦位置完好，但在背風(fēng)面護(hù)瓦上發(fā)現(xiàn)一處長約120 mm磨損區(qū)域(位置距離頂棚650～770 mm)，該區(qū)域?qū)崪y(cè)護(hù)瓦厚度0.9～1.7 mm，見圖6。宏觀檢查爆口鄰近第4-8根省煤器管，防磨護(hù)瓦完好不偏轉(zhuǎn)，未見明顯磨損痕跡。對(duì)處于相同運(yùn)行環(huán)境下對(duì)稱側(cè)(東側(cè))省煤器吊掛管進(jìn)行了擴(kuò)大檢查，檢查發(fā)現(xiàn)同樣存在防磨護(hù)瓦變形、吊掛管磨損嚴(yán)重問題。

4 取樣試驗(yàn)

對(duì)泄漏及鄰近管外觀完好部位割管取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，取樣情況見表2。

表2 割管取樣情況

4.1 化學(xué)成分分析

采用SPECZROMAXx 型直讀光譜儀對(duì)6根管樣進(jìn)行了化學(xué)成分檢測(cè),結(jié)果表明，6根管樣的化學(xué)成分各元素含量均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，不存在材質(zhì)錯(cuò)用情況。

4.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

采用CMT5305型電子萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)各支管樣進(jìn)行常溫拉伸力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果見表3、表4?？梢?支管樣常溫各項(xiàng)力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 省煤器取樣力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

表4 包墻過熱器管取樣力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

4.3 顯微組織分析

對(duì)5處爆口進(jìn)行金相顯微組織分析，經(jīng)檢查組

織未見異常，爆口D、A金相組織見圖8。

(a)省煤器爆口D

5 檢修及運(yùn)行情況

2019年，3次檢修期間進(jìn)行受熱面防磨防爆檢查，經(jīng)檢查包墻過熱器無明顯磨損情況，省煤器吊掛管部分防磨瓦存在損壞情況，但均在停機(jī)期間及時(shí)進(jìn)行了修復(fù)，未見其他異常。

截至本次停機(jī)，機(jī)組已累計(jì)運(yùn)行64 216 h。省煤器前、后排吊掛管共設(shè)置24個(gè)壁溫測(cè)點(diǎn)，壁溫報(bào)警值為440 ℃。統(tǒng)計(jì)查看機(jī)組停機(jī)前3個(gè)月運(yùn)行壁溫?cái)?shù)據(jù)，未見超溫情況，符合運(yùn)行及標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 原因分析

爆口及鄰近管經(jīng)宏觀檢查未見脹粗鼓包、腐蝕、明顯氧化且各項(xiàng)取樣分析未見不合格情況，可排除過熱、腐蝕原因造成泄漏的可能。爆口C、D所在的省煤器第2根吊掛管表面存在區(qū)域性減薄情況，管子外表已呈非圓形異形化，且該區(qū)域未裝設(shè)吹灰器，可判斷該減薄泄漏非介質(zhì)吹損是由飛灰磨損造成。運(yùn)行期間第2根吊掛管護(hù)瓦間隙及背風(fēng)側(cè)護(hù)瓦遭受飛灰磨損不斷減薄的同時(shí)，護(hù)瓦與管壁間產(chǎn)生飛灰渦流，磨損間隙處管子母材不斷減薄直至泄漏，形成爆口D。可知省煤器吊掛管爆口D為第1泄漏點(diǎn)。爆口D上方護(hù)瓦磨損嚴(yán)重后減薄脫落，管子母材繼續(xù)遭受飛灰磨損，壁厚減薄處發(fā)生泄漏形成爆口C。爆口C泄漏的介質(zhì)向西側(cè)噴出，其方向在第1根吊掛管上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，介質(zhì)吹損包墻過熱器管形成泄漏點(diǎn)A，泄漏介質(zhì)造成爆口B及鰭片損傷。爆口D泄漏介質(zhì)吹損鄰近第3根吊掛管，管子減薄泄漏形成爆口E。

7 結(jié)束語

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢驗(yàn)試驗(yàn)并結(jié)合檢修及運(yùn)行情況認(rèn)為：飛灰磨損是本次省煤器吊掛管泄漏的最主要原因。循環(huán)流化床鍋爐的磨損要比其他類型鍋爐嚴(yán)重，本次磨損為CFB鍋爐典型類型。針對(duì)泄漏原因，首先對(duì)損傷減薄的管子及護(hù)瓦進(jìn)行更換、重新安裝；其次應(yīng)對(duì)本次泄漏鄰近區(qū)域，對(duì)稱側(cè)相同位置進(jìn)行全方面防磨防爆檢查，并注意對(duì)防磨瓦及其結(jié)合部位等處進(jìn)行檢查[4]。另外，應(yīng)研究磨損區(qū)域、磨損程度等方面特點(diǎn)規(guī)律，指導(dǎo)運(yùn)行科學(xué)調(diào)整[5-6]。最后，必要時(shí)可采用增加均流裝置，安裝假管、加大管排橫向截距等方式降低煙氣流速及不均勻性，從而降低省煤器磨損，提升可靠性。