600MW超临界锅炉末级过热器爆漏原因分析

第３０卷第１期华电技术Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．１２００８年１月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪａｎ．２００８·一线动态·６００ＭＷ超临界锅炉末级过热器爆漏原因分析Ｃａｕｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｂｕｒｓｔａｎｄｌｅａｋａｇｅａｔｆｉｎａｌｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｏｆ６００ＭＷｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｂｏｉｌｅｒ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１ＨＵＡＮＧＷｅｉ１，ＸＩＯＮＧＷｅｉｌｉ１，ＸＵＸｉａｎｇ－ｈｕ１，ＬＩＹｏｕｈｏｎｇ２，ＫＵＡＮＧＧｕｏｑｉａｎｇ２，ＹＡＯＹｕｍｉｎｇ２，ＨＥＪｕｎｍｉｎ１（１．湖南省电力试验研究院锅炉技术研究所，湖南长沙４１０００７；２．湖南华电长沙发电有限责任公司，湖南长沙４１０２０３）（１．ＨｕｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＴｅｓｔａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０００７，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｎａｎＨｕａｄｉａｎＣｈａｎｇｓｈａＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０２０３，Ｃｈｉｎａ）摘要：湖南华电长沙发电有限责任公司６００ＭＷ超临界锅炉在初带高负荷试运不到１０ｈ，发生末级过热器爆漏，其爆漏部位发生在中间第１６屏、外数第１０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：ＴＫ２２７．１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７４－１９５１（２００８）０１－００４２－０３Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｕｒｓｔａｎｄｌｅａｋａｇｅｔｏｏｋｐｌａｃｅａｔｔｈｅｆｉｎａｌｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｏｆ６００ＭＷｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｂｏｉｌｅｒ，ｗｈｅｎｔｈｅｔｒｉａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｌｏａｄｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０ｈｏｕｒｓ．Ｔｈｅｆａｕｌｔｓｗｅｒｅ，ｍａｉｎｌｙｌｏｃａｔｅｄａｔｔｈｅ１６ｔｈｍｉｄｄｌｅｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄｔｈｅ１０ｔｈｔｕｂｅｃｏｉｌ．Ｓｕｃｈｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇｏｆｂｏｉｌｅｒｓａｌｉｋｅ．Ｔｈｉｓｍａｉｎｌｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｐａｄｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｍｉｘｉｎｇｔｕｂｅｓａｔｔｈｅ２ｎｄｓｔａｇｅｄｅｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｆａｌｌｅｎｐａｄｅｎｔｅｒｅｄｉｎｔｏｔｈｅｉｎｌｅｔｈｅａｄｅｒｏｆｆｉｎａｌｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｂｌｏｃｋａｇｅ，ｔｒａｎｓｉｅｎｔｏｖｅｒｈｅａｔａｎｄｂｕｒｓｔａｔｆｉｎａｌｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ．Ｉｔｗａｓａｖａｉｌａｂｌｅｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｆｉｎａｌｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｆｒｏｍｂｕｒｓｔｉｎｇｂｙｃｈｅｃｋｉｎｇａｎｄｃｌｅａｎｉｎｇｔｈｅｐａｄｏｆｄｅｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒｍｉｘｉｎｇｐｉｐｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｂｏｉｌｅｒ；ｆｉｎａｌｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ；ｄｅｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ；ｂｕｒｓｔａｎｄｌｅａｋａｇｅａｎａｌｙｓｉｓ收稿日期：２００７－１１－２１０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２００７年１０月２日初带负荷试运中，锅炉高负荷累计运行不到１０ｈ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１６屏、外数第１０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（ＢＨＫ）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ＤＧ１９００／２５．４－Ⅱ１，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：６００ＭＷ超临界锅炉末级过热器爆漏原因分析·４３·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３１片屏，管排横向节距为６０９．６ｍｍ，管子纵向节距为５７ｍｍ。每片管屏由２０根管子并联绕制而成，其炉内受热面管子的材质均为国产ＳＡ２１３－ＴＰ３４７Ｈ，管屏内、外圈管采用不同的管子规格，外圈管为５０．８ｍｍ×８．９ｍｍ，其余的为４５ｍｍ×７．８ｍｍ。２机组运行、爆漏及检查情况２．１机组运行情况＃１机组从２００７年１０月１日首次并网进入带负荷试运过程，机组负荷在４８０ＭＷ以上运行不到１０ｈ，于１０月２日发末级过热器爆漏，此时锅炉主汽压力２１ＭＰａ、主汽温度５５０℃，烟风、汽水系统无异常，末级过热器管壁壁温最高为５６０℃。２．２爆漏情况爆漏部位在末级过热器中间第１６屏、外数第１０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４８～４９ｍｍ，有胀粗。爆漏材质（ＳＡ２１３－ＴＰ３４７Ｈ）系江苏宜兴市精密钢管厂（银环牌）依据ＡＭＳＥ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６６０ｍｍ、宽４０ｍｍ、厚４ｍｍ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１６屏位于末级过热器入口联箱中间部位，而外数第１０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４５ｍｍ×８ｍｍ，其对应的节流孔径分别为１３ｍｍ，１３．５ｍｍ，１４ｍｍ，１４．５ｍｍ，１５ｍｍ，１５．５ｍｍ；管子５０．８×９ｍｍ的节流孔径为３２．８ｍｍ。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１０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５０６ｍｍ×７８ｍｍ，材质为Ｐ９１，减温器混合管３３４ｍｍ×８ｍｍ，材质１２Ｃｒ１ＭｏＶ，设计允许工作压力２７．４ＭＰａ，·４４·华电技术第３０卷温度为５４７℃。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３１８ｍｍ×４０ｍｍ×４ｍｍ（内径×宽度×厚度）、材质１２Ｃｒ１ＭｏＶ，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１２Ｃｒ１ＭｏＶ，而用２０号碳钢，２０号碳钢最高允许温度为４８０℃。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１０℃引起的热应力均为１５～１７ＭＰａ，应该说承受５０℃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２０号碳钢而言，该处温度变化大、且超过材料最高允许温度达６０℃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２０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）６００ＭＷ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１６屏、外数第１０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，２００６．［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，２００７．［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，１９９７．［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，１９９２．（编辑：王书平）作者简介：黄伟（１９６４－），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４１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２００７年会报告集．济南：清洁高效燃煤发电技术协作网，２００７．［５］石磊