火電機(jī)組積焦垮塌砸傷水冷壁管事故案例分析與研究

摘要：山東某發(fā)電廠應(yīng)用的1號(hào)鍋爐焦垮塌砸傷水冷壁管故障嚴(yán)重影響設(shè)備的安全高效運(yùn)行。通過對(duì)2024年1月24日積焦垮塌砸傷水冷壁管事故進(jìn)行分析，查明導(dǎo)致該事故的原因3項(xiàng)，暴露設(shè)計(jì)和技術(shù)問題2項(xiàng)，并針對(duì)性地提出10項(xiàng)防范措施。通過對(duì)垮塌砸傷水冷壁管事故的研究和分析，為設(shè)備的安全可靠運(yùn)行打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組；積焦；垮塌；水冷壁管

水冷壁管概況

山東某發(fā)電廠應(yīng)用的1號(hào)鍋爐為超臨界參數(shù)鍋爐，型號(hào)為SG-1185/25.73-M4416，該型號(hào)的鍋爐具有單爐膛、一次中間再熱、固態(tài)排渣等特點(diǎn)，鍋爐設(shè)計(jì)最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）為1185噸/小時(shí)，設(shè)定額定蒸汽壓力為25.83兆帕，溫度為574℃。水冷壁材質(zhì)及結(jié)構(gòu)：1號(hào)鍋爐的水冷壁采用環(huán)形集箱，下集箱外徑為324毫米，水冷壁管是前后墻下集箱冷卻水的主要路線，冷卻水經(jīng)過螺旋水冷壁管進(jìn)入爐膛起到冷卻效果，水冷螺旋管圈高度約為37.5米，螺旋角度為17.2353°，該系統(tǒng)包含372根水冷螺旋管。水冷壁螺旋管的材質(zhì)為15CrMoG，型號(hào)為32×5.5毫米，水冷螺旋管的間距為48毫米。

事故現(xiàn)象及檢查情況

事故現(xiàn)象

2024年1月24日5時(shí)50分左右，1號(hào)機(jī)組的工況如下：機(jī)組負(fù)荷255兆瓦，主汽壓力21.65兆帕，主汽溫度561℃，再熱汽溫565℃，給水流量956噸/小時(shí)，主汽流量908噸/小時(shí)，均顯示較為正常。輔機(jī)的運(yùn)行情況總體較為平穩(wěn)，A、B、C、D制粉系統(tǒng)運(yùn)行正常，A、B送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、汽動(dòng)給水泵運(yùn)行均為正常狀態(tài)。

1月24日6時(shí)01分，給水流量突升至1020t/h，主汽壓力降至20.55兆帕。巡檢人員就地檢查發(fā)現(xiàn)前墻冷灰斗水冷壁泄漏，泄漏管為#3角左數(shù)第38根、標(biāo)高約12.5米處。當(dāng)班值班人員立即申請(qǐng)降負(fù)荷降壓運(yùn)行，8時(shí)30分機(jī)組解列。

事故檢查情況

巡檢人員就地檢查發(fā)現(xiàn)前墻冷灰斗水冷壁（7.5米）泄漏后，及時(shí)開展對(duì)1號(hào)機(jī)組水冷壁管的現(xiàn)場檢查工作，檢查情況如下：

（1）現(xiàn)場對(duì)冷灰斗水冷壁管排進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)1處水冷壁管向外泄漏，其余水冷壁管未見吹損減薄、脹粗、過熱（該區(qū)域不受熱）情況；泄漏區(qū)域5根管段存在較嚴(yán)重塑性變形；進(jìn)入爐膛內(nèi)清除積焦后發(fā)現(xiàn)冷灰斗區(qū)域水冷壁管有30余處機(jī)械損傷情況。

（2）現(xiàn)場查閱1號(hào)爐泄漏區(qū)域圖紙，確認(rèn)本次泄漏管段的設(shè)計(jì)材質(zhì)為15CrMo，規(guī)格為32×5.5毫米，與設(shè)計(jì)相符。

（3）檢查泄漏區(qū)域?qū)?cè)（3號(hào)角）上方冷灰斗水冷壁發(fā)現(xiàn)有重的積焦情況，沿3號(hào)角冷灰斗區(qū)域積焦高度約5.5米。

（4）對(duì)比檢查1號(hào)機(jī)組大屏、高溫過熱器、高溫再熱器受熱結(jié)焦情況，未見明顯結(jié)焦現(xiàn)象。

（5）調(diào)取近兩個(gè)月入爐煤質(zhì)報(bào)告，入爐煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，可以看出實(shí)際入爐煤與設(shè)計(jì)的校核煤2接近，能夠滿足鍋爐設(shè)計(jì)要求，入廠煤灰熔點(diǎn)在鍋爐設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（6）通過查閱歷史機(jī)組運(yùn)行調(diào)整參數(shù)，并與運(yùn)行人員交流確認(rèn)1號(hào)鍋爐現(xiàn)有的二次風(fēng)配風(fēng)情況為頂層燃燼風(fēng)開度過大，底層二次風(fēng)風(fēng)量偏小，二次風(fēng)壓力偏低。

（7）該鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，為防止冷灰斗1、3號(hào)角水冷壁磨損，在1、3號(hào)角敷有澆注料，清除積焦后，檢查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域澆注磨損嚴(yán)重，部分銷釘已外露。

事故原因分析

（1）4號(hào)角水冷壁冷灰斗位置泄漏原因?yàn)椋籂t膛3號(hào)角積焦垮塌，掉落后砸傷本次泄漏區(qū)域水冷壁管，使水冷壁管發(fā)生嚴(yán)重塑性形拉裂鰭片與管子焊縫熔合線。

（2）冷灰斗1、3號(hào)角在安設(shè)過程中敷設(shè)部分澆筑料，該澆筑料的存在對(duì)積焦有較大影響。澆筑料的存在一方面導(dǎo)致冷灰斗處水冷壁吸熱能力減弱，從而大大削弱冷渣效果，導(dǎo)致熔融的焦滴在冷卻不充分的情況下落在冷灰斗斜坡面上產(chǎn)生凝結(jié)；另一方面澆注料表面粗糙，流動(dòng)阻力較大，熔焦易在此處凝結(jié)堆積，并因此造成惡性循環(huán)，導(dǎo)致1、3號(hào)角冷灰斗區(qū)域積焦嚴(yán)重，從而導(dǎo)致3號(hào)角冷灰斗處出現(xiàn)積焦垮塌現(xiàn)象。

（3）爐內(nèi)配風(fēng)不佳，主燃區(qū)風(fēng)量小，二次風(fēng)剛性不足，爐內(nèi)燒實(shí)際切圓過大，熔融態(tài)的灰粒撞擊壁面概率增加，容易通過貼壁下落到達(dá)冷灰斗坡面，加之冷灰斗敷設(shè)的澆注料表面摩擦阻力較大，容易在該區(qū)域積焦。

（4）采用弱磁掃查法對(duì)水冷壁爆口附近及爐膛四面墻水冷壁管進(jìn)行掃查，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的部位進(jìn)行超聲波測(cè)厚，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，爐右墻后墻內(nèi)壁腐蝕較為嚴(yán)重，且內(nèi)壁腐蝕較為嚴(yán)重部位厚度在4.5毫米左右，但未及時(shí)更換。

暴露的問題

（1）鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)1、3號(hào)角冷灰斗區(qū)域敷設(shè)澆注料時(shí)僅考慮到防磨問題，未能考慮積焦風(fēng)險(xiǎn)。

（2）針對(duì)鍋爐已出現(xiàn)的積焦問題，雖已引起重視，并制定運(yùn)行措施，但采取的措施不夠有力，比如鍋爐運(yùn)行氧量表不準(zhǔn)確、二風(fēng)壓力低等問題。

處理及防范措施

（1）根據(jù)檢查情況，對(duì)砸傷區(qū)域變形嚴(yán)重的5根水冷壁管進(jìn)行換，形成10道新增焊口；對(duì)140余處機(jī)械損傷部位進(jìn)行補(bǔ)焊，換管及補(bǔ)焊過程嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，并對(duì)新增焊口采取射線檢測(cè)方式進(jìn)行檢查，檢測(cè)率100%。

（2）本次搶修過程中，加強(qiáng)換管過程技術(shù)監(jiān)督，更換管材通光譜驗(yàn)證符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格執(zhí)行砂輪片割管，嚴(yán)禁電焊燒割，坡口制作時(shí)管口封堵，坡口完成時(shí)對(duì)管內(nèi)金屬異物進(jìn)行全部清理，杜絕金屬等異物進(jìn)入水冷壁管內(nèi)。

（3）在后期防磨防爆檢查工作中，結(jié)合機(jī)組實(shí)際情況擴(kuò)大檢查，做到舉一反三，對(duì)發(fā)現(xiàn)的機(jī)械損傷、變形等異常情況及時(shí)處理，消除安全隱患。

（4）本次停機(jī)搶修期間在1號(hào)鍋爐1、3號(hào)角冷灰斗區(qū)域各加裝2只吹灰器。通過2號(hào)鍋爐改造后運(yùn)行情況來看，該措施能夠明顯改善積焦情況。

（5）針對(duì)目前鍋爐燃燒配風(fēng)方式，加以調(diào)整，建議配風(fēng)方式可嘗試將原來上部7層全部開啟的二次風(fēng)門及縮發(fā)風(fēng)門僅間隔開啟3～4層，其他風(fēng)門關(guān)至15%～20%，提高二次風(fēng)壓，使煤粉在燃燒器區(qū)域大部分燃盡，避免上部強(qiáng)烈燃燒造成結(jié)焦；保持原二次風(fēng)和29周界風(fēng)門開度不變，如果效果不好再改回原來的配風(fēng)方式。底部AA層二次風(fēng)也建議適當(dāng)關(guān)?。ǜ鶕?jù)爐渣可燃物的量予以變動(dòng)）。

（6）針對(duì)運(yùn)行人員反映的鍋爐氧量表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)的問題，及時(shí)校驗(yàn)儀表，為運(yùn)行人員調(diào)整提供準(zhǔn)確依據(jù)。

（7）優(yōu)化吹灰方式，要求運(yùn)行管理人員在爐膛及屏區(qū)吹灰時(shí)注意各層及各墻落渣量的情況，對(duì)于掉渣偏多的位置應(yīng)適當(dāng)增加吹灰頻次，避免結(jié)焦偏重區(qū)域形成嚴(yán)重結(jié)焦。

（8）鍋爐在供熱期長時(shí)高負(fù)荷運(yùn)行后，嘗試向調(diào)度申請(qǐng)降負(fù)荷。短時(shí)降低爐內(nèi)熱負(fù)荷，有助于已經(jīng)形成的小面積結(jié)焦脫落而降低對(duì)鍋爐運(yùn)行的威脅。

（9）開展燃燒調(diào)整試驗(yàn)，針對(duì)目前再熱氣溫高、后墻懸吊管溫高問題，組織優(yōu)化燃燒，確定合理的運(yùn)行方式。

（10）采用弱磁掃查法對(duì)水冷壁爆口附近及爐膛四面墻水冷壁管進(jìn)行掃查，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的部位進(jìn)行超聲波測(cè)厚，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，爐右墻后墻內(nèi)壁腐蝕較為嚴(yán)重，且內(nèi)壁腐蝕較為嚴(yán)重部位厚度在4.5毫米左右，根據(jù)以上檢測(cè)結(jié)果，須采取換管處理。

結(jié)論

通過對(duì)山東某發(fā)電廠應(yīng)用的1號(hào)鍋爐積焦垮塌砸傷水冷壁管故障進(jìn)行分析，查明導(dǎo)致該事故的原因3項(xiàng)，暴露設(shè)計(jì)和技術(shù)問題2項(xiàng)，并針對(duì)性地提出10項(xiàng)防范措施。通過對(duì)垮塌砸傷水冷壁管事故的研究和分析，保障了發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。