关于如东过热器爆管的分析及设计注意事项_20140304

第1页，共6页关于如东过热器爆管的分析及设计注意事项针对如东业主江苏天楹环保能源有限公司的王（鹏）总所撰写的《垃圾电站卧式锅炉过热器及其疏水管道爆管原因分析》一文，对公司的如东I期、II期项目的图纸重新进行查对和比较。对王总在文中提出的爆管原因及措施一一进行分析与说明，并提出几点针对卧式垃圾焚烧余热锅炉过热器设计及布置的注意事项，供大家参考。一、如东I、II期项目的过热器及疏水管情况简介1.如东I期过热器参数及结构说明：如东I期是2x250t/d的垃圾焚烧项目。蒸汽参数：400℃，4.0MPa。余热锅炉制造厂家是无锡太湖锅炉有限公司。过热器共设三级：低温、中温、高温。每级过热器的情况如下表：名称管子规格材质结构低温过热器低温过热器管系Φ42X520G(GB5310)横向排数20横向间距（mm)130纵向排数16纵向间距（mm)120低过疏水管Φ32X420G(GB5310)每根下集箱有1根疏水管，16根下集箱（左右各8根）共16根疏水管。同侧的8根疏水管穿出烟道后，再汇总进一根疏水母管（共2根母管）。中温过热器中温过热器管系Φ51X515CrMoG(GB5310)横向排数18横向间距（mm)145纵向排数16纵向间距（mm)120中过疏水管Φ32X415CrMoG(GB5310)每根下集箱有1根疏水管，16根下集箱（左右各8根）共16根疏水管。同侧的8根疏水管穿出烟道后，再汇总进一根疏水母管（共2根母管）。高温过热器高温过热器管系Φ51X515CrMoG(GB5310)横向排数18横向间距（mm)145第2页，共6页纵向排数10纵向间距（mm)120高过疏水管Φ32X415CrMoG(GB5310)每根下集箱有1根疏水管，10根下集箱（左右各5根）共10根疏水管。同侧的5根疏水管穿出烟道后，再汇总进一根疏水母管（共2根母管）。。过热器，见“附图1如东I期_过热器”。疏水管布置图，见“附图二”。2.如东II期过热器参数及结构说明：如东II期是1x500t/d的垃圾焚烧项目。蒸汽参数：400℃，4.0MPa。余热的锅炉制造厂家是南通万达锅炉有限公司。每级过热器的情况如下表：名称管子规格材质结构低温过热器低温过热器管系Φ42X520G(GB5310)横向排数38横向间距（mm)130纵向排数16纵向间距（mm)120低过疏水管Φ25X412Cr1MoVG(GB5310)左右各8根下集箱，每根左右各有1根疏水管。每侧相临的2根疏水管在烟道内汇合成1根穿出烟道。左右各4根（共8根）疏水管，无汇集母管。中温过热器中温过热器管系Φ51X520G(GB5310)横向排数38横向间距（mm)130纵向排数16纵向间距（mm)120中过疏水管Φ25X412Cr1MoVG(GB5310)左右各8根下集箱，每根左右各有1根疏水管。每侧相临的2根疏水管在烟道内汇合成1根穿出烟道。左右各4根（共8根）疏水管，无汇集母管。高温过热器高温过热器Φ51X512Cr1MoVG(GB531横向排数34第3页，共6页管系0)横向间距（mm)145纵向排数12纵向间距（mm)120高过疏水管Φ25X412Cr1MoVG(GB5310)左右各6根（共12根）下集箱，各有1～2疏水管，每侧汇成4根（共8根）疏水管穿出烟道。（汇合方式与一、二级过热器疏水管的方式不同。）过热器，见“附图三”。疏水管布置图，见“附图四”。二、过热器爆管情况简要说明根据如东业主的反映：所有爆管点均出现在中温过热器。同时存在因中温过热器爆管后未及时发现，而导致高温过热器换热管被泄漏的蒸汽吹爆的情况。I期项目的过热器爆管主要集中在：烟气迎风面第一排疏水管正对的过热器换热管。管子爆管点靠近过热器下集箱的焊缝处。因为爆破力的巨大作用下，换热管被撕裂并弹至上方挂杆处。而II期项目的爆管泄漏点则是烟气迎风面第1排疏水管上。疏水管正对的过热器换热管未出现爆管，但已严重变形前弓。三、事故原因分析根据王总对事故原因的分析，其认为：1.对如东I期项目，是因为疏水管Φ32x4的管径过大，且未加装阀门，造成运行时，原本串联的过热器管束通过疏水管及疏水母管形成短路，因温差引发管子金属疲劳而产生断裂。2.而如东II期项目的爆管原因，则是因为过热器所配的疏水管Φ25x4的流通截面过小，从而使滞留的蒸汽成为死汽，诱发管子金属壁温超温，加剧疏水管内壁氧化。同时因连续运行、过热器积灰加剧、换热效率降低等因素，使流入过热器的进口烟温提高到～650℃，对管子外壁的高温腐蚀也日趋严重。最终因管内、外的双重腐蚀作用而爆发泄漏。3.对业主运行情况的分析与说明根据如东王总对I、II期锅炉运行记录的描述：II期项目，蒸汽流量为40t/h（设计图纸标注为25t/h），负荷正常。蒸汽压力为3.8～3.9MPa（设计参数为4.0MPa），正常运行；蒸汽温度为390～400℃,在正常范围。锅炉中温过热器的进口烟温设计值为556℃，连续运行2个月后的实际烟温接近600℃，超出设计值第4页，共6页约～50℃。如遇未及时清焦，则实际烟温会超出设计值约～100℃。同时，中温过热器的工质出口温度也会由设计值365℃提升50～80℃。说明：根据公司各项目的设计资料或运行情况来看，要求进入高温过热器的烟气温度应控制在600℃以下的原则（日立造船的培训教材要求）并没有被很好地贯彻执行。4.其他说明：根据管材金相分析，出现爆管事故的过热器管材材质与图纸是相一致，排除材料以低代高的原因。四、整改措施及注意事项如东王总在文中，共提出3点解决方案：1.疏水管道单独接出炉外并设置独立阀门，炉内段管道应采取保温措施；说明：针对带有上、下小集箱结构的过热器，根据规定在下集箱应设置疏水管道，以利于锅炉启停炉时的疏水。在锅炉正常运行时，过热器中充满的都是过热蒸汽，无需疏水，所以应关闭疏水阀。针对王总“疏水管单独接出炉外并设置独立阀门”的建议是有利于运行的。因为考虑热膨胀的因素，疏水管不是以最短长度穿出烟道，而是会设置多个弧度转角后再穿出烟道，所以在疏水管穿出烟道后，直接串联疏水阀，有利于防止短路，并减少正常运行时滞留在疏水管中的死汽量。但对炉内管道进行保温的可操作性有待商榷。因为疏水管的管径通常都比较小，而工质温度又是较高的过热蒸汽，所以导致如需要保温，则其所需要的保温厚度将远大于疏水管管径。（1）采用软性保温管壳材料进行保温的话，在穿墙密封、焊缝处的处理有难度。如果处理不好，会造成烟道泄漏，降低锅炉效率。（2）如采用浇注料，则会发生因保温材料和金属材料的膨胀系数不同，影响热膨胀的自由性。更甚者，如果浇注料发生剥落，则会堵塞烟道下部灰斗出灰通道。2.取消过热器下联箱所有的疏水管。说明：前述所已说，如果是带有上下小集箱结构的过热器，根据相关规范，下集箱必需设置相应的疏水管。如果设计图纸上没有体现，将不能通过相关监察机构的审核。所以，一概而论的取消过热器的疏水管是不可行的。还需要从设计之初，因地制宜的选择好过热器的结构形式才是设计首要之则，和安全运行的保证手段。3.在设计阶段将下联箱两侧伸出余热侧包墙外，疏水点接在联箱两侧。说明：将下联箱伸出烟道，使疏水管全部设置在烟道外，可以消除疏水短路的不良影响。但对于卧式锅炉，过热器的膨胀固定点（或相对膨胀固定点）一般设置在上集箱或过热器吊挂点，其下集箱不设置固第5页，共6页定，自由位移。所以将下集箱伸出烟道的建议会带来诸如：烟道密封、消除下集箱膨胀位置等难题。所以第3点措施不适合用在卧式结构锅炉。五、几点建议与要求综合上述，对过热器及疏水管道的设计及布置应从以下几点原则及要求考虑：1.综合考虑项目安装地的天气环境等因素，合理地选择过热器是采用上、下小集箱，或是蛇形管的结构，从源头杜绝爆管隐患。在南方地区，选用蛇形管结构。在北方地区，选用上、下小集箱结构。2.对各级过热器换热管的壁厚进行控制，对锅炉制造厂家提出最小壁厚要求，见下表：管子规格Φ42Φ48Φ51最小壁厚4．54.55同时，对采用上、下小集箱结构的过热器疏水管提出材质要求，见下表：名称低温过热器中温过热器高温过热器材质20G(GB5310)12Gr1MoVG(GB5310)12Gr1MoVG(GB5310)名称低温过热器疏水管中温过热器疏水管高温过热器疏水管材质20G(GB5310)15CrMoG(GB5310)12Gr1MoVG(GB5310)注：此要求针对4.0MPa，400℃参数的余热锅炉过热器。对其他参数需要相应修正。3.如确定选择带有小集箱的结构，则在烟道内部的疏水管道的设计必需充分考虑消除各个方向的热膨胀量。如东I、II期项目的疏水管道的布置上，用于自身吸收热膨胀的弯头太少，比对日立造船的原设计，其疏水管在烟道内的走势较复杂，布置的弯头数量也相对较多。可以在新项目上尝试一下日立造船的疏水管布置方案，见附图五。4.合理选择疏水管径。每根下集箱单独设置疏水管引出烟道后再汇总；尽量减少或不在烟道内汇合各集箱的疏水管，以避免蒸汽短路。5.在下集箱的合理位置上布置疏水接管的位置。疏水管管座的位置应布置在2根换热管的中间，尽量不要正对换热管；以免锅炉运行中，蒸汽直接冲入疏水管而滞留或短路到其他管程中去。6.另从垃圾焚烧炉的长期、安全地运行角度，建议业主不要过度地超负荷运行，及时清灰清焦，控制进入过热器的烟温控制在～600℃以下。同时加强日立造船提出的余热锅炉设计条件的贯彻。日立造船的余热锅炉设计条件包括：（1）燃烧室出口烟气温度不大于950℃，且温度保持在850℃停留时间达2秒以上；（2）第二烟道的烟气流速不大于6m/s；并且在第一烟道水冷壁内侧敷设耐磨浇注料以保护管壁；（3）第三烟道进口烟温不大于650℃；烟气流速不大于6m/s；蒸发器的换热管纵向间距在100mm以第6页，共6页上；（4）高温过热器进口烟温不大于600℃；烟气流速不大于6m/s；对流受热面的管子纵向间距在100mm（5）按烟气方向依次布置高温、中温、低温过热器；高温过热器是顺流布置，中温和低温过热器是逆流布置。说明：上述条件是针对卧式锅炉的设计要求。7.为更好地控制各余热锅炉厂家的设计、制造质量，以及垃圾焚烧炉性能要求，工艺部将着手编制汇总一份《余热锅炉设计注意要点及说明》，对余热锅炉的各部件一一分别列出设计要点或注意事项，要求各余热锅炉厂家必须执行，以保证垃圾焚烧锅炉整体设备的长期、安全、可靠地运行要求。（此《说明》暂定为计划，将在整理汇总之后再提交。）2014.03.04