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第 3 0 卷 第 1 期华电技术V o l . 3 0 N o . 1 2 0 0 8 年 1 月 H u a d i a nT e c h n o l o g yJ a n . 2 0 0 8 一线动态 6 0 0 M W超临界锅炉末级过热器爆漏原因分析 C a u s e a n a l y s i s o nt h e b u r s t a n dl e a k a g e a t f i n a l s u p e r h e a t e r o f 6 0 0 M W s u p e r c r i t i c a l b o i l e r 黄伟1, 熊蔚立1, 徐湘沪1, 李又红2, 匡国强2, 姚宇鸣2, 何军民1 H U A N GWe i 1 , X I O N GWe i l i 1 , X UX i a n g -h u 1 , L I Y o u h o n g 2 , K U A N GG u o q i a n g 2 , Y A OY u m i n g 2 , H EJ u n m i n 1 ( 1 . 湖南省电力试验研究院 锅炉技术研究所, 湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ; 2 . 湖南华电长沙发电有限责任公司, 湖南 长沙4 1 0 2 0 3 ) ( 1 . H u n a nE l e c t r i c P o w e r T e s t a n dR e s e a r c hI n s t i t u t e , C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ,C h i n a ; 2 . H u n a n H u a d i a nC h a n g s h a P o w e r G e n e r a t i o nC o . ,L t d . , C h a n g s h a 4 1 0 2 0 3 ,C h i n a ) 摘要 湖南华电长沙发电有限责任公司 6 0 0 M W超临界锅炉在初带高负荷试运不到 1 0 h , 发生末级过热器 爆漏, 其爆漏部位发生在中间第 1 6 屏、 外数第 1 0 内圈管, 而类似情况在同类型锅炉调试其间也曾多次发生。 其原因为过热器二级减温器混合管的制造工艺用衬垫材质与设计要求不符, 导致衬垫脱落并进入末级过热 器进口联箱, 引起末级过热器管部分堵塞而短期过热爆漏。因此, 通过检查、 清理减温器混合管衬垫可有效 防止末级过热器失效损坏。 关键词 超临界锅炉; 末级过热器; 减温器; 爆漏原因分析 中图分类号 T K2 2 7 . 1文献标识码 B 文章编号 1 6 7 4 - 1 9 5 1 ( 2 0 0 8 ) 0 1 - 0 0 4 2 - 0 3 A b s t r a c t T h e b u r s t a n dl e a k a g e t o o k p l a c e a t t h e f i n a l s u p e r h e a t e r o f 6 0 0 M Ws u p e r c r i t i c a l b o i l e r ,w h e n t h e t r i a l o p e r a t i o n w i t hh i g hl o a dw a s l e s s t h a n 1 0h o u r s . T h e f a u l t s w e r e ,m a i n l y l o c a t e da t t h e 1 6 t h m i d d l e d i v i s i o na n dt h e 1 0 t ht u b e c o i l . S u c h f a i l u r e o f t e no c c u r r e di nt h ec o m m i s s i o n i n go f b o i l e r s a l i k e .T h i s m a i n l yb e c a u s eo f t h ei n c o n s i s t e n c eb e t w e e nt h e p r a c t i c a l p a dm a t e r i a l s a n dt h e d e s i g n r e q u i r e m e n t s f o r t h e m i x i n g t u b e s a t t h e 2 n d s t a g e d e s u p e r h e a t e r a s a r e s u l t ,t h e f a l l e np a d e n t e r e d i n t o t h e i n l e t h e a d e r o f f i n a l s u p e r h e a t e r ,w h i c h r e s u l t e d i n t h e b l o c k a g e ,t r a n s i e n t o v e r h e a t a n d b u r s t a t f i n a l s u p e r h e a t e r . I t w a s a v a i l a b l e t o p r e v e n t t h e f i n a l s u p e r h e a t e r f r o mb u r s t i n g b y c h e c k i n g a n dc l e a n i n gt h ep a do f d e s u p e r h e a t e r m i x i n g p i p e . K e yw o r d s s u p e r c r i t i c a l b o i l e r ; f i n a l s u p e r h e a t e r ; d e s u p e r h e a t e r ; b u r s t a n dl e a k a g e a n a l y s i s 收稿日期 2 0 0 7 - 1 1 - 2 1 0 引言 湖南华电长沙发电有限责任公司( 以下简称长 沙电厂) #1 机组于 2 0 0 7 年 1 0 月 2 日初带负荷试运 中, 锅炉高负荷累计运行不到 1 0 h 就发生了末级过 热器管爆漏。需要指出的是, 同类型锅炉末级过热 器在调试期间也曾多次发生末级过热器中间第 1 6 屏、 外数第 1 0 内圈管爆漏, 因此, 有必要分析末级过 热器爆漏的原因, 避免再次发生类似的失效损坏。 1 锅炉类型及过热器 长沙电厂一期工程 # 1 , #2锅炉采用东方锅炉 ( 集团) 股份有限公司( 以下简称东锅厂) 引进日本巴 布科克 - 日立公司( B H K ) 技术设计制造的国产超临 界参数、 变压、 直流、 本生型锅炉, 其型号为 D G 1 9 0 0 / 2 5 . 4 -Ⅱ 1 , Π型布置、 单炉膛、 一次中间再热、 尾部双 烟道, 带有脱硝装置, 采用平行挡板调节再热汽温、 固态排渣、 全钢构架、 全悬吊结构、 平衡通风、 露天布 置, 采用内置式启动分离系统。 该炉采用前后墙对冲燃烧方式, 设计燃用山西 第 1 期黄伟, 等 6 0 0 M W超临界锅炉末级过热器爆漏原因分析 4 3 潞安矿业集团有限公司贫煤。炉膛上部布置屏式过 热器, 水平烟道依次布置末级过热器和末级再热器, 尾部竖井的四周为包墙过热器。 过热器系统流程 顶棚过热器→包墙过热器→ 一级过热器→一级喷水减温器→屏式过热器入口汇 集集箱→屏式过热器入口小集箱→屏式过热器出口 小集箱→屏式过热器出口汇集集箱→二级喷水减温 器→末级过热器。 末级过热器蛇形管布置在水冷壁折焰角上, 沿 炉宽方向布置有 3 1片屏, 管排横向节距为 6 0 9 . 6 m m , 管子纵向节距为 5 7 m m 。每片管屏由 2 0 根管子 并联绕制而成, 其炉内受热面管子的材质均为国产 S A 2 1 3 -T P 3 4 7 H , 管屏内、 外圈管采用不同的管子规 格, 外圈管为 5 0 . 8 m m 8 . 9 m m , 其余的为 4 5 m m 7 . 8 m m 。 2 机组运行、 爆漏及检查情况 2 . 1 机组运行情况 #1 机组从2 0 0 7 年1 0 月1 日首次并网进入带负 荷试运过程, 机组负荷在 4 8 0M W 以上运行不到 1 0 h , 于 1 0 月 2 日发末级过热器爆漏, 此时锅炉主汽 压力 2 1 M P a 、 主汽温度 5 5 0 ℃, 烟风、 汽水系统无异 常, 末级过热器管壁壁温最高为 5 6 0 ℃。 2 . 2 爆漏情况 爆漏部位在末级过热器中间第1 6 屏、 外数第1 0 内圈管。爆口形状为喇叭口状, 边部减薄、 刃状, 爆 口附近管径为 4 8 ~ 4 9 m m , 有胀粗。 爆漏材质( S A 2 1 3 -T P 3 4 7 H ) 系江苏宜兴市精密 钢管厂( 银环牌) 依据 A M S E标准生产, 晶粒度控制 在 4 ~ 7 级。 对爆漏的管子外观、 测厚、 蠕胀进行检查并进行 了金相检查和机械性能试验, 从获取爆漏样及现场 检查发现, 出列的管样均满足相关标准要求。管子 金相组织为奥氏体 + 夹杂物 + 少量碳化物沿晶界集 聚, 基本正常, 爆口端部向火侧金相组织为奥氏体 + 夹杂物 + 少量蠕变孔洞。经作者分析认为, 爆漏原 因为短期过热[ 1 ]。 2 . 3 末级过热器入口联箱检查情况 用内窥镜检查末级过热器入口联箱, 发现联箱 中存在长 6 6 0 m m 、 宽 4 0 m m 、 厚 4 m m的扁钢, 扁钢两 边均匀点焊, 其一端有明显新断裂痕迹, 对扁钢其中 的一面中间焊接痕迹进行光谱分析, 确认焊接痕迹 含有合金成分。 3 爆漏原因分析和措施 3 . 1 扁钢来源 过热器二级减温器前后的导汽管在安装前已清 理。对于屏式过热器出口联箱、 末级过热器入口联 箱, 在安装前已经由建设、 监理及施工单位对联箱内 部进行了检查确认, 并在吹管后打开手孔, 未发现有 异物存在, 因此, 该扁钢不应来自联箱, 而是来自过 热器二级减温器。经对照过热器二级减温器图纸, 初步判定该扁钢为减温器制造过程中的工艺材 料 减温器混合管拼缝处内侧衬垫脱落, 后经东 锅厂传真证实确为减温器混合管内脱落的焊缝衬垫 出现问题而造成爆漏[ 2 ]。 3 . 2 扁钢堵塞易造成的故障 左数第 1 6 屏位于末级过热器入口联箱中间部 位, 而外数第 1 0 根在联箱底部。末级过热器联箱设 计为两端进汽, 且在末级过热器进口联箱设计了防 止运行中汽温分布不均的节流孔。末级过热器进口 联箱管接头管子为 4 5 m m 8 m m , 其对应的节流孔 径分别为 1 3 m m , 1 3 . 5 m m , 1 4 m m , 1 4 . 5 m m , 1 5 m m , 1 5 . 5 m m ; 管子 5 0 . 8 9 m m的节流孔径 为 3 2 . 8 m m 。由于末级过热器入口联箱管接头节流 孔孔径小, 因此, 从末级过热器之前带过来的杂物便 在此被“ 截留” , 扁钢便被堵在末级过热器入口联箱 中间底部接头节流孔处。在高负荷时导致末级过热 器中间屏、 外数第 1 0 内圈管堵管处蒸汽流量不足, 从而引起该管短期过热爆漏。 从同类型超临界机组锅炉调试期间爆漏部位统 计数据来看, 异物堵塞易造成该部位的管子短期过 热爆漏。 3 . 3 减温器混合管拼缝处内侧衬垫脱落 过热器二级减温器采用笛形管直套筒喷水减温 器, 其作用是通过减温水吸收过热蒸汽的热量, 使减 温水汽化并与过热蒸汽混合达到降低汽温之目的。 它不仅可用于调节过热器的出口汽温, 而且还能起 到均衡两侧汽温的作用。减温器设计的任务是保证 减温水在减温器内部汽化, 以免水珠接触过热器联 箱内壁引起热交变应力导致联箱热应力疲劳破 坏[ 3 ]。为了防止尚未汽化的减温水滴直接击中减温 器的联箱内壁, 致使联箱内壁受交变热应力作用而 产生裂纹, 该减温器内在喷水管后均设有混合管。 东锅厂设计的过热器二级减温器规格为 5 0 6 m m 7 8 m m , 材质为 P 9 1 , 减温器混合管 3 3 4 m m 8 m m , 材质1 2 C r 1 M o V , 设计允许工作压力2 7 . 4 M P a , w w w . b z f x w . c o m 4 4 华电技术第 3 0 卷 温度为 5 4 7 ℃。由于过热器二级减温器混合管拼接 后长度长、 直径小, 焊缝根部会产生尺寸较大的焊 瘤, 而工艺措施上无法彻底清除, 焊瘤极易在运行过 程中脱落而堵塞高温过热器管子。因此, 东锅厂减 温器制造工艺规定在减温器混合管拼缝处内侧需采 用衬垫, 规格为 3 1 8 m m4 0 m m4 m m ( 内径 宽 度 厚度) 、 材质 1 2 C r 1 M o V , 衬垫与混合管未要求点 焊, 这样, 既可保证焊缝根部( 内侧) 成型好, 又可有 效防止焊缝根部产生焊瘤。正常情况下, 该衬垫和 拼缝处母材通过焊缝自然融合为一体, 在混合管拼 缝完成后, 该衬垫可不必去掉。 实际上的衬垫材质未按要求采用 1 2 C r 1 M o V , 而 用 2 0 号碳钢, 2 0 号碳钢最高允许温度为 4 8 0 ℃。衬 垫与混合管仅仅是局部点焊, 由于拼缝处两端间距 过小, 使得焊缝根部位置抬高, 且衬垫未与混合管母 材熔为一体。 众所周知, 很多部件在交变热应力下工作并不发 生故障, 关键在于交变应力的大小、 变化频率及本身 应力状态等[ 4 ]。该减温器内部装置所受的压应力不 大, 温差 1 0 ℃引起的热应力均为 1 5 ~ 1 7 M P a , 应该说 承受 5 0 ℃ 以下的温度变化而又没有其他附加应力 时, 是不足以引起疲劳破坏的。但对 2 0 号碳钢而言, 该处温度变化大、 且超过材料最高允许温度达 6 0 ℃以 上, 其本身引起的热应力屈服点塑性变形就会造成衬 垫疲劳, 也就是在机组启动、 运行过程中, 在交变热应 力作用下 2 0 号碳钢的衬垫与混合管就会分开、 脱落。 3 . 4 采取的措施 锅炉过热器二级减温器混合管拼缝处内侧衬垫 取出后, #1锅炉末级过热器再未发生类似的失效 损坏。 4 结束语 ( 1 ) 6 0 0 M W超临界锅炉末级过热器发生异物堵 塞引起的短期过热爆漏, 其爆漏部位多发生在中间 第 1 6 屏、 外数第 1 0 内圈管。 ( 2 ) 由于制造工艺用的过热器二级减温器混合 管衬垫材质用错, 导致衬垫脱落, 并进入末级过热进 口联箱, 引起末级过热器管部分堵塞而失效损坏。 ( 3 ) 建议制造厂完善制造工艺, 严格执行已有 的规定, 加强质量控制, 防止异物进入锅炉受热 面管。 ( 4 ) 要求锅炉减温器安装前及检修中, 均对减 温器混合管衬垫进行检查、 清理。 参考文献 [ 1 ]湖南省电力试验研究院. 长沙电厂一期工程#1 锅炉末 级过热器泄漏原因分析报告[ R ] . 长沙 湖南省电力试 验研究院, 2 0 0 6 . [ 2 ]东方锅炉( 集团) 股份有限公司. 关于长沙电厂#1 炉过 热器二级减温器混合管衬垫脱落[ R ] . 绵阳 东方锅炉 ( 集团) 股份有限公司, 2 0 0 7 . [ 3 ]宋汉武. 蒸汽锅炉减温器[ M ] . 重庆 科技文献出版社重 庆分社, 1 9 9 7 . [ 4 ]刘尚慈. 火力发电厂金属断裂与失效分析[ M ] . 北京 水 利电力出版社, 1 9 9 2 . ( 编辑 王书平) 作者简介 黄伟( 1 9 6 4 -) , 男, 湖南长沙人, 湖南省电力公司试验研究院锅 炉技术研究所副所长, 高级工程师, 锅炉检验师, 主要从事电站锅炉 欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍 基建调试、 电站锅炉事故分析、 锅炉理论和技术的试验研究。 ( 上接第 4 1 页) [ 4 ]石祥彬. 单排管外空气流动和传热的数值模拟[ C ] / / 清 洁高效燃煤发电技术协作网 2 0 0 7 年会报告集. 济南 清 洁高效燃煤发电技术协作网, 2 0 0 7 . [ 5 ]石磊. 直接空冷排汽管道系统湿蒸汽的数值模拟[ C ] / / 第 2 届全国火电空冷机组技术交流论文集. 北京 中国 电力企业联合会, 2 0 0 6 . [ 6 ]石磊. S P X某直接排汽管道内湿蒸汽的数值研究[ J ] . 节 能技术, 2 0 0 7 ( 1 2 ) . ( 编辑 王书平) 作者简介 石磊( 1 9 7 3 -) , 男, 河南信阳人, 北京交通大学土木建筑工程学 院高级工程师, 工学博士, 主要从事直接空冷凝汽器系统模拟和优化 方面的研究。
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