干渣機鋼帶事故分析

陳 德

(華能應(yīng)城熱電有限責任公司，湖北 孝感 432400)

0 引言

某火力發(fā)電廠350 MW鍋爐是東方鍋爐廠制造的超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐，一次再熱、平衡通風、單爐膛、尾部雙煙道，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、前后墻對沖燃燒的全懸吊結(jié)構(gòu)π型鍋爐。鍋爐排渣采用較為先進的風冷干式排渣系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有占地少、耗水量少、運行費用低、煤渣綜合利用價值高等優(yōu)點，系統(tǒng)與兩個漏斗形渣斗間采用非金屬膨脹節(jié)進行密封，主要包含爐底排渣裝置、液壓破碎機、鋼帶機、碎渣機、渣倉等。2021年2月初，該電廠2號機組發(fā)生了一起鋼帶機鋼帶嚴重跑偏事故。

1 事故過程及處理

1.1 第1次跳閘及處理

2021-02-04T09:45，電廠2號機組鋼帶機異常跳閘。檢修人員現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象，于是就地方式啟動鋼帶機運行，10 min左右鋼帶機再次跳閘，檢修運行人員就地排查故障原因，排除了非電氣及熱工保護信號誤動作跳閘的同時，發(fā)現(xiàn)鋼帶機頭部鋼帶向爐前嚴重跑偏出軌，爐后側(cè)承載鋼板垂直部分(立板)與導(dǎo)料板發(fā)生錯位，爐前側(cè)局部耳板存在單獨或連續(xù)變形、翹起等現(xiàn)象。

鋼帶機主要參數(shù)見表1。

表1 鋼帶機主要參數(shù)

初步判斷鋼帶機跳閘直接原因為立板與導(dǎo)料板錯位卡死所致。

為查明立板與導(dǎo)料板開始錯位的初始位置，決定從鋼帶機頭部開始往下沿鋼帶上升段上殼體依次開面積約0.4 m2的天窗孔，同步通過鋼帶機頭部的主動滾筒軸承座進行鋼帶中心調(diào)偏工作。由于鋼帶內(nèi)部溫度很高且為受限空間，搶修初期不具備進入條件，故增加開孔至4處由外向內(nèi)觀察，基本查明錯位初始點在爐后鋼帶機頭部向下大約20 m處，同時發(fā)現(xiàn)頭部至開始錯位點間的立板均已向?qū)Я习逋鈧?cè)連續(xù)傾斜變形，爐前側(cè)鋼帶承載鋼板連帶立板連續(xù)或單獨變形損壞20 m左右。

檢修人員告知運行人員需穩(wěn)定鍋爐負荷并暫時停止爐膛吹灰等操作，以便開展緊急搶修，。

檢修人員為加快檢修速度，組織了3組人員進行火割作業(yè)的同時，執(zhí)行錯位初始點到頭部干涉立板的導(dǎo)料板邊條割除工作；組織另外一組人員將頭部爐后側(cè)主動滾筒向尾部調(diào)整了4 mm，經(jīng)過4次少量往復(fù)調(diào)整后，頭部鋼帶中心基本回正。

19:30，錯位導(dǎo)料板邊條割除工作完成；23:20，鋼帶中心已基本穩(wěn)定在中心線位置，同時已將鋼帶機上余渣排空至渣倉，使得鋼帶機具備了空轉(zhuǎn)試運行條件。

1.2 第2次跳閘及處理

空轉(zhuǎn)至2021-02-05T00:40，由于爐底渣斗大量結(jié)焦、積渣，鋼帶機開始排渣運行。2月5日03:20，鋼帶機再次跳閘。嘗試反轉(zhuǎn)兩次均未成功，且反轉(zhuǎn)時發(fā)生鋼帶打滑現(xiàn)象。

(1) 檢查發(fā)現(xiàn)鋼帶頭部和尾部未出現(xiàn)明顯跑偏，但爐后側(cè)再次出現(xiàn)錯位，繼續(xù)向下開第5處天窗孔發(fā)現(xiàn)此次初始錯位點，較上次下移大約5 m。

(2) 檢查發(fā)現(xiàn)鋼帶上部尤其是過渡段焦量較多，且立板與割除邊條后的導(dǎo)料板間夾渣過多。分析認為本次跳閘的直接原因是運行人員放渣過快，渣量控制不均勻，短時排渣量過大，異常增大的夾渣處摩擦力加劇導(dǎo)料板變形與立板錯位卡死。

在割除新增的干涉立板導(dǎo)料板邊條后，鑒于缺失導(dǎo)料板邊條易使大焦渣進入導(dǎo)料板內(nèi)側(cè)增大與立板的摩擦力，回焊寬厚度為60 mm×5 mm的扁鋼替補導(dǎo)料板邊條，以恢復(fù)導(dǎo)料板完整功能。

14:00，完成回焊，隨后進行鋼帶機空轉(zhuǎn)試運，并通過控制液壓破碎機的擠壓頭開關(guān)數(shù)量及擠壓頻次來控制放渣量。

(3) 現(xiàn)場檢查鋼帶輸渣正常，但上升段有明顯間斷性異音，認真排查異音非輸運焦渣間擠壓聲，判斷為鋼帶內(nèi)部金屬摩擦聲。

(4) 現(xiàn)場對鋼帶機托輪、托輥和防偏輪進行逐一排查，發(fā)現(xiàn)爐前側(cè)鋼帶機頂部回程段前5處托輪軸承座斷裂、爐前側(cè)上升段多處防偏輪有明顯磨損劃傷及10處防偏輪軸承上蓋缺失。分析認為，鋼帶向爐前側(cè)跑偏后將耳板與防偏輪的正常間隙12 mm縮小至零從而發(fā)生摩擦致相互干涉使耳板變形，部分變形耳板翹起導(dǎo)致防偏輪軸承上蓋刮掉，并且翹起變形耳板運行至回程段時對托輪刮碰力較大，依次使前面托輪不正常受力致軸承座斷裂。

更換損壞托輪及防偏輪后，在鋼帶機尾部對爐前側(cè)變形的耳板進行校正或割除，并對爐后的傾斜立板進行校正恢復(fù)。此過程持續(xù)時間較長，一方面由于校正恢復(fù)等工作量較大，且在校正恢復(fù)過程中還有新增異常變形情況發(fā)生，另一方面需間斷停止檢修以交叉適量放渣，避免渣斗滿焦、蓬焦等其他異常情況發(fā)生。連續(xù)工作至2月7日09:40，對爐前及爐后嚴重變形耳板割除200余件，回焊恢復(fù)耳板150余件，校正承載鋼板30余件。

1.3 鋼帶機受控放渣導(dǎo)致再次變形

大量輕微變形耳板校正完畢后，鋼帶機開始交由運行人員進行受控放渣工作，但在輸渣過程中檢查發(fā)現(xiàn)，爐后側(cè)鋼帶耳板又有不少偶發(fā)連帶立板嚴重變形的情況發(fā)生。

2021-02-08T02:00，檢修人員再次校正爐后側(cè)鋼帶變形耳板及立板并且切除超高點，但校正切割后還存在其他少量新發(fā)立板陸續(xù)發(fā)生嚴重變形，專業(yè)人員分析推斷在爐后側(cè)鋼帶某處還存在不正常碰磨點。

臨時組建6組打焦人員輪番上陣進行渣斗內(nèi)打焦掏焦外排，但渣斗內(nèi)渣量一直處于較高水平，隨時存在渣井內(nèi)大焦蓬焦搭橋風險。經(jīng)過綜合考量，暫交運行人員受控放渣，同時加強設(shè)備跟蹤檢查，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)爐后側(cè)部分耳板嚴重變形偶發(fā)連帶承載鋼板變形甚至撕裂、鋼板固定螺栓拔起等現(xiàn)象。

2021-02-10T11:00，鍋爐專業(yè)組織鋼帶機技術(shù)分析會，重點分析5種可能致爐后側(cè)新增耳板等變形撕裂的原因，列出了相關(guān)原因查找技術(shù)方案并同步進行方案執(zhí)行。

14:00左右，在爐后側(cè)從鋼帶過渡段至上升段方向側(cè)面外殼體處依次割開300 mm×200 mm觀察孔，在線觀察導(dǎo)料板、立板、耳板、托輪、防偏輪等內(nèi)部構(gòu)件的運行情況，發(fā)現(xiàn)爐后側(cè)上升段存在立板與導(dǎo)料板間隙大小參差不齊且普遍較小，存在部分相互干涉點。進一步觀察發(fā)現(xiàn)爐后側(cè)上升段距鋼帶頭部約10 m處一立板與導(dǎo)料板發(fā)生嚴重碰磨，立板變形并連帶鋼帶承載鋼板局部撕裂，同時發(fā)出“嘣”響聲。

停運鋼帶機，關(guān)閉爐底排渣裝置，做好相關(guān)安措后待鋼帶溫度降至50 ℃以下時，通過殼體所開天窗孔進入鋼帶機內(nèi)部。檢查發(fā)現(xiàn)上升段爐前、爐后側(cè)導(dǎo)料板均存在異常變形情況，普遍成波浪形，兩側(cè)立板與導(dǎo)料板間隙存在多處小于10 mm甚至5 mm情況，遠小于正常情況下的標準值50 mm。鋼帶機過渡段及爐底水平段導(dǎo)料板與立板間隙基本均勻、正常，導(dǎo)料板未見明顯變形現(xiàn)象。由此判斷導(dǎo)料板波浪形變形后與立板相互干涉為新增耳板變形等的直接原因。

組織兩組人員同時通過邊烘烤邊用葫蘆校正的方式對變形導(dǎo)料板進行恢復(fù)以釋放干涉空間。22:20，校正完畢并完成鋼帶機搶修，使鋼帶機恢復(fù)正常運行。

2 原因分析

2.1 電機跳閘原因

鋼帶機導(dǎo)料板受熱超限局部變形過大，導(dǎo)致承載鋼板立板與變形導(dǎo)料板發(fā)生碰磨并在大量排焦及焦塊擠壓作用下突發(fā)錯位，是本次異常跳閘事故的主因。分析認為，變形導(dǎo)料板與鋼帶立板一旦發(fā)生錯位，會擠壓鋼帶后續(xù)立板逐次傾倒，傾倒立板進入導(dǎo)料板外側(cè)反向擠壓導(dǎo)料板加劇立板外移。當從錯位點到頭部鋼帶都脫軌進入導(dǎo)料板外側(cè)時鋼帶中心跑偏，渣塊進入錯位的鋼帶立板和導(dǎo)料板間進一步加劇中心跑偏并帶動初始錯位點繼續(xù)向下延伸。隨著鋼帶的偏移跑偏，爐前側(cè)鋼帶耳板與限位輪開始接觸刮碰，因爐后側(cè)的立板已錯位至導(dǎo)料板外側(cè)，導(dǎo)致鋼帶的大范圍不正常偏移，此時爐前側(cè)的限位輪已起不到鋼帶找正、限位作用。當初始錯位點向下延伸移動時立板與導(dǎo)料板碰磨力、渣塊在錯位鋼帶立板與導(dǎo)料板間摩擦力、鋼帶跑偏對側(cè)的鋼帶耳板與防偏輪接觸摩擦力、鋼帶立板與托輪接觸摩擦力等種種外力之和，超過電機設(shè)定的相應(yīng)力矩時則觸發(fā)跳閘。

2.2 導(dǎo)料板受熱超限原因

鋼帶機導(dǎo)料板受熱超限主要原因為鋼帶頭部主冷卻風風門控制不合理，以及位于鋼帶兩側(cè)面對稱布置的60個輔助冷卻小風門全部封堵起不到冷卻作用，導(dǎo)致鋼帶運行溫度長期過高。通過SIS歷史曲線追溯，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生前兩個月內(nèi)主冷卻風門開度均在3 %以內(nèi)，基本接近關(guān)閉狀態(tài)，鋼帶過渡段和頭部溫度最高達到了545 ℃，339 ℃，而事故發(fā)生時鋼帶過渡段和頭部溫度分別為367 ℃，230 ℃，均未嚴格執(zhí)行鋼帶過渡段溫度最高不超過200 ℃及頭部溫度最高不超過150 ℃的運行規(guī)程。

2.3 導(dǎo)料板不正常變形原因

鋼帶機上升段導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不良等因素加劇了導(dǎo)料板的不正常變形。上升段導(dǎo)料板材質(zhì)為16 Mn，厚度5 mm，耐熱性能劣于水平段和過渡段導(dǎo)料板(材質(zhì)為20鋼，厚度8 mm)；上升段每段導(dǎo)料板長約3 000 mm，遠大于水平段和過渡段普遍的1 450 mm/段；每段導(dǎo)料板兩端均有三角鋼板滿焊固定，受熱超限后上升段過長的導(dǎo)料板沿長度方向的線性膨脹得不到完全釋放，加劇了導(dǎo)料板的不正常波浪形變形。

2.4 電機跳閘保護整定不合理

鋼帶機的電機跳閘保護整定不合理是本次事故擴大的另一個原因。鋼帶機第一次跳閘即已發(fā)生立板與導(dǎo)料板錯位，再次啟動運行10 min左右才再次觸發(fā)跳閘，說明電機跳閘過流保護定值設(shè)置偏大，在此錯位運行期間未及時有效執(zhí)行跳閘保護，加劇了錯位點向下延伸，同時造成兩側(cè)大量耳板、立板變形、托輪、防偏輪等損壞。本次鋼帶機電機未及時跳閘保護直接導(dǎo)致鋼帶機爐后側(cè)頭部以下約20 m長的鋼帶立板脫軌進入導(dǎo)料板外側(cè)，鋼帶爐前側(cè)立板連帶承載鋼板和耳板集中變形損壞長達20 m左右。

2.5 鋼絲襯網(wǎng)壽命超期

鋼帶機承載鋼板下部的鋼絲襯網(wǎng)壽命超期是本次異常事故的潛在原因。

(1) 根據(jù)設(shè)備說明書要求，鋼帶鋼絲網(wǎng)壽命為20 000 h，實際使用壽命已超35 000 h。

(2) 鋼帶鋼絲要求磨損達1/3時更換，實際鋼絲普遍磨損量已超1/3，部分鋼絲磨損達到1/2。

(3) 發(fā)現(xiàn)爐前側(cè)耳板下部鋼絲焊接頭存在大量脫開情況，加劇了鋼帶中心爐前爐后兩側(cè)搖擺幅度，而且現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)最大搖擺幅度達到20 mm，遠超說明書要求整機中心線偏差小于8 mm的規(guī)定。

2.6 日常管理維護不到位

鋼帶機設(shè)備管理維護不力滋長了事故的發(fā)生。

(1) 檢修維護人員未對2020年5月份2C+修期間已發(fā)現(xiàn)的局部鋼絲磨損超標現(xiàn)象制定防范措施和密切跟蹤檢查。

(2) 設(shè)備管理和使用人員未對日常巡檢中發(fā)現(xiàn)的鋼帶內(nèi)部異音予以高度重視，且未進一步查明異音的來源。

(3) 相關(guān)人員未對設(shè)備進行深入有效的隱患排查和治理，未及時發(fā)現(xiàn)輔助冷卻小風門全部封堵等較大隱患。

3 防范措施

3.1 嚴格控制干渣機系統(tǒng)運行參數(shù)

(1) 運行人員應(yīng)通過密切監(jiān)視鋼帶機相關(guān)溫度，及時合理控制鋼帶機頭部主冷卻風門及輔助冷卻風門開度，保證不超溫。

(2) 適當控制放渣量，保證放渣平穩(wěn)均勻，尤其在吹灰運行期間，放渣量不應(yīng)超過12 t/h。

(3) 干渣機鋼帶運行頻率應(yīng)不超過20 Hz，不宜長時間超過25 Hz等。

3.2 優(yōu)化鋼帶機電機保護跳閘設(shè)定值

(1) 鋼帶機電機跳閘保護由過流1.5倍額定電流持續(xù)60 s保護來觸發(fā)，此設(shè)置優(yōu)化需結(jié)合廠家意見，并考慮鍋爐負荷及實際的燃煤煤質(zhì)特性結(jié)合相關(guān)試驗確定，以確保擁有最大連續(xù)輸渣不停運、異?？ㄈ麜r及時停運的能力。

(2) 鋼帶機電流實時數(shù)據(jù)需上傳至SIS系統(tǒng)以方便各方參考監(jiān)視。

3.3 加強檢查與管理

(1) 加強鋼帶機頭部和尾部跑偏情況檢查，發(fā)現(xiàn)鋼帶立板與導(dǎo)流板間隙小于15 mm時，要及時停運處理。

(2) 要重視對鋼帶機上升段內(nèi)部異音的辨別與排查。

(3) 發(fā)現(xiàn)鋼帶機頭部或尾部出現(xiàn)立板、耳板等明顯變形情況，要盡早查明原因并處理。

(4) 減少設(shè)備的超期服役，對超期服役的設(shè)備做好事故預(yù)想與防范措施。

(5) 要密切關(guān)注干渣機搶修時渣井的結(jié)焦、積焦情況。

3.4 結(jié)構(gòu)及材質(zhì)優(yōu)化升級

(1) 要做好檢修項目和備品備件的準備。

(2) 要做好導(dǎo)料板材質(zhì)升級和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在5月份進行的2 A修已將過渡段和上升段導(dǎo)料板材質(zhì)升級更換為20鋼，厚度增加至8 mm，保留3個支撐固定，每節(jié)縮短至1.5 m，每節(jié)之間連接間隙保留5 mm，并由新增的導(dǎo)流護板保護，導(dǎo)流護板一側(cè)固定在前導(dǎo)料板上，另一端在后導(dǎo)料板覆蓋，不固定。

(3) 要做好鋼帶材質(zhì)升級和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。鋼帶承載板和鋼絲材質(zhì)由304不銹鋼升級為更耐溫、耐磨的316L不銹鋼，并同步進行爐底排渣裝置、液壓系統(tǒng)、碎渣機等系統(tǒng)的檢修維護，確保干渣機系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

3.5 增加在線檢測與制動裝置

探索增加鋼帶跑偏在線監(jiān)測與制動裝置，旨在方便運行人員及時發(fā)現(xiàn)和處理鋼帶跑偏故障。