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电站锅炉、压力管道、管系事故分析方法及案例选编Theanalysismethodofaccidentsandcasesforutilityboiler,pressurevesselandpiping华东电力技术发展公司标准分享网－二○○五年十一月共分三个章节•事故的分析方法Theanalysismethodofaccidents原则、方法、程序、内容principle,method,procedure,content•影响锅炉部件安全运行的要素Thefactorshavinganinfluenceonsafeoperationofboilerparts煤种、设计、制造、安装、调试、检修、运行Thesefactorsincludekindsofcoal,structuraldesign,manufacture,erection,commissioning,maintenance,operationandsoon•锅炉、压力容器和管系典型事故案例选编Typitalaccidentcasesforutilityboiler，pressurevesselandpiping电站锅炉、压力容器、压力管道和支吊架失效均会导致机组强迫停用，甚至造成人身伤亡和设备严重损坏等灾难性事故。设备和部件的失效分析是一个牵涉到全过程、多专业的系统工程。事故后只有分析到位才能采取相应对策，避免同类事故重复出现。近年来，电力工业迅猛发展，2004年底的统计数字表明，全国发电装机容量已超过4.4亿千瓦，全年发电量达2.2亿千瓦•时左右，此二数字均仅次于美国，居世界第二位。已投产的300MW及以上容量大机组达390台左右，其中500MW及以上机组约占62台。这些年超临界、高效超临界机组占的比例不断上升，加之新技术、新工艺、新材料的不断涌现，煤质和环境政策的变化，必然影响到故障的形式，对安全的要求不断提高。第一章事故的分析方法锅炉监察工程师和相关检验人员工作的根本目的乃是预防锅炉、压力容器和管系事故的发生，确保设备和部件的安全运行。我们的工作重点应是：1建立全过程各阶段质保体系，制定并严格执行有关的规章制度；2做好技术档案管理等各项基础工作；3加强人员培训考核工作；4加强各类定期检验工作；5以国内外有关事故案例为借鉴，通过分析、试验，弄清本厂事故原因，并采取相应对策，杜绝同类事故的重演。第一节故障的定义及其分析目的故障的定义•运行中锅炉元部件及附属设备损坏或正常运行工况被破坏，使锅炉机组强迫停用或强迫降低其蒸发量者；•运行中锅炉参数超出允许范围，构成锅炉紧急停炉条件者；•在设计使用期限内，锅炉元部件故障损坏造成重大经济损失或影响机组正常投运者。故障分析的目的与重要性•目的：找出故障原因，经采取针对性措施，防止类似故障发生。•重要性：1避免事故重演，挽回经济损失；2引出经验教训，为改进设计、制造工艺和使用、管理提供科学依据；3进口设备的故障分析，为索赔提供可靠证据或技术仲裁；4有利于掌握先进技术和技术引进项目；5为技术规范、规程、标准的修订提供可靠的依据；6使检验工作更有针对性并使其收到良好的效果；7故障分析的结论和技术是制订各种经济法的必要资料；8故障统计资料是系统设计、科技规划、经济发展规划的重要依据；9各级领导正确处理现场技术问题决断性科学依据；10有利于提高锅炉制造质量；11有利于分清责任、加强责任制。第二节事故分析原则•整体观念或称全过程原则锅炉部件牵涉到设计、制造、安装、运行、检修与改造各阶段，锅炉故障不仅与全过程各阶段有关，而且牵涉到材料、焊接、热处理、锅炉运行、锅炉检修、化水、热工自动各专业，锅炉事故分析是一个系统工程。•以有关规程和制造厂有关安装、使用说明为依据的原则对照相应规程和制造厂有关安装、使用说明将会有利于分析工作的进行。•从现象到本质的原则高温高压管道的爆破仅仅是一种现象，必须经过全面的分析找到事故发生的本质才能避免事故重演。•一分为二的原则不对进口设备盲目信任，我国引进设备不少故障是属于设计、用材、制造工艺欠妥引起的。漏检或免检会使我们丧失索赔的权利。第三节判别故障原因的具体方法•系统方法：是否与全过程的某个阶段有关，或与某个专业有关，深入查阅有关资料和进行测试，找出具体故障原因。采用“消去法”把不可能造成问题的疑点逐个审查消去，对剩余的问题再作细致研究，以最终确定故障的真实原因。•比较方法：选择一个没有发生故障，与故障系统类似的系统对比，发现差异，找出故障的真实原因。•历史方法：按同样设备，在同样使用条件下过去曾发生过类似故障的资料和变化规律，运用演绎法和归纳法推断故障原因。•逻辑方法：根据背景材料，进行分析、比较、综合、归纳和概括，作出判断和推论。•从宏观到微观的分析方法：例如受热面管爆破，先观察爆口特征、爆破口附近氧化铁层厚度、爆破口边缘壁厚和管径变化等；再作微观检查，通过金相检验，观察爆口组织和结构的变化。第四节故障分析程序与内容•调查•观察与检查•测试•试验或模拟试验•分析与结论•反馈与回访调查•现场调查，现场调查的内容：1时间与部位，故障经过；2爆口、碎片与主体的相对位置与尺寸；3第一手样品收集，保护好断口，不被损坏和污染，及时放入干燥器；4部件的变形与其他设备的损伤情况；5目击者证词和运行人员对运行工况的口述记录；6仪表、阀门、自动、保护、闭锁装置的状态与事故过程中的变化；7自动记录、运行记录及事故追记装置记录。•收集下列故障部件的背景材料：1制造及安装单位的技术记录、验收文件和质量检验报告；2设备的检验及检修记录；3锅炉技术登录薄；4锅炉运行历史档案，包括有关的试验报告；5设计图纸及设计变更资料；6控制、保护装置的定值；7使用说明与现场运行规程。观察与检查•损坏部件的目测检验；•针对设计图纸校对尺寸；•断口宏观与微观（扫描电镜）检查；•断口附近及非损坏区金相检查。测试•无损探伤；•化学成分分析（常规分析与局部成份分析）；•机械性能测试，包括硬度测量；•断裂韧性测试（在有条件并必要时进行）；•应力—强度寿命分析。试验或模拟试验•锅炉运行工况下部件工作状态的测试;•故障机理的确定;•在试验室内按所确定的机理进行部件的模拟试验。分析与结论•对所取得的信息及数据作分析、评价；•提出故障原因；•提出判断的判据；•写出故障分析报告并提出反事故措施。反馈与回访•把分析结果反馈给设计、制造、安装、使用等各有关单位；•对所提反事故措施的执行情况及效果进行回访，以便事故原因与反事故措施日趋完善。事故分析步骤及方法二例实例一：受热面管子短时过热爆破某电厂，300MW机组，锅炉水冷壁管爆破，材质为15CrMo，规格为φ38×5.0。运行参数：365℃、运行压力：17.7MPa、运行时间约1个月。爆破位置：前墙B侧第14根、标高28米。爆破原因：前墙B侧标高21米处第13根水冷壁管鳍片损坏并泄漏，泄漏的水、汽喷射到第14根管子上，导致第14根管子被吹损并泄漏。第14根管子泄漏后，管子内部汽水流量相应减少，管子在短时超温过热（过热温度达到或超过相变温度），最终在28米处发生爆管。事故分析步骤及方法二例事故的分析步骤及方法：1成分分析：管子材质15CrMo（材质未用错）。2宏观检查：爆破口长度85mm、爆破口张开宽度30mm、破口处壁厚2.9mm，管子内、外壁无明显氧化结垢。宏观检查结论：破口具有短时过热爆破特征。事故分析步骤及方法二例3微观金相组织检查：破口处金相组织为贝氏体（正常组织应为铁素体+珠光体），见图2；远离破口处金相组织为铁素体+珠光体，见图3。微观金相组织检查结论：破口处金相组织已经发生了相变（出现了贝氏体），说明爆破管子短时过热温度曾超过Ac1（约750℃）。事故分析步骤及方法二例事故分析步骤及方法二例实例二：受热面管子长时过热爆破某电厂，125MW机组，锅炉过热器管爆破，材质为12Cr1MoV、规格为φ42×5.0，运行温度为540℃，运行压力为9.81MPa、运行时间约9.2万小时。爆破原因：由于长时过热，金相组织严重球化并出现蠕变孔洞、蠕变裂纹，最终因性能下降导致爆管。事故分析步骤及方法二例事故的分析步骤及方法：1成分分析：管子材质12Cr1MoV（说明管子材质未用错）。2宏观检查：爆破管的破口位置位于炉前侧弯头背部，破口沿管子纵向开裂,长度约110mm、破口张开最宽7mm，见图4。破口处壁厚4.3mm，管子外壁无明显结垢，而内壁破口处有结垢，厚度为0.2mm。宏观检查结论：爆破管的破口呈粗糙脆性断口，管壁减薄不明显，破口处内壁存在结垢现象等，认为管子爆破属长时过热。事故分析步骤及方法二例3微观金相组织检查：破口处金相组织严重球化并出现大量呈单个蠕变孔洞，见图5，以及大量蠕变裂纹，见图6；破口背部的金相组织为回火贝氏体（组织正常）；远离爆破处的金相组织为回火贝氏体（组织正常）。微观金相组织检查结论：破口处金相组织严重球化并出现蠕变孔洞及大量蠕变裂纹，说明破口处部位曾长时受到过热影响。事故分析步骤及方法二例第二章导致锅炉高温部件事故的各种因素•汽包炉水冷壁内存在的倒流及汽水分层问题，此乃结构设计上存在的问题。•对于水冷壁,由于炉膛热负荷不均引起其超温而导致高温腐蚀、爆管，可通过改进燃烧器的布置、调整燃烧器的位置或加强运行调节使热负荷均匀。•过热器、再热器热偏差，包括屏间和同屏热偏差，一般说，此乃设计和调试上存在的问题。•由煤质原因导致磨损：•热膨胀问题•由于焊接原因而导致的事故•做好运行调整试验工作，避免事故发生•煤种对锅炉运行安全性的影响水冷壁倒流及汽水分层问题•当循环流速在0.3-0.4m/s以下时，有可能产生停滞、倒流现象，故在设计时一般选取＞0.5m/s。•对螺旋上升管而言，一般水冷壁倾角在14℃左右，当重量流速偏低时，则可能会产生汽水分层现象，这会破坏锅炉水动力，导致事故。•鉴于设计时螺旋上升管根数可自由选定，能自由控制流量，故制造厂在设计时可通过选择一定数量的管子根数来防止出现汽水分层的最低流量，以避免汽水分层。热负荷不均引起高温腐蚀、爆管•当发生高温腐蚀时，水冷壁工质温度一般为350℃左右。•产生高温腐蚀的条件为:–对于水冷壁而言，管外壁温度在500℃左右，而对于过热器和再热器来说，则要在600℃以上;–缺氧导致还原性气氛(当炉管结焦时,也会起隔绝氧气的作用);–在水冷壁部位,当燃料中含S量较高(＞1.5～2)时，会产生H2S—高温腐蚀的介质；•上述三条件必须同时具备才会产生高温腐蚀。•此外，燃烧器区域采用低氧燃烧的方式，在降低NOX的同时，可能会产生高温腐蚀。热负荷不均引起高温腐蚀、爆管避免高温腐蚀的措施：–加贴壁风，即增加该区域含氧量；–在燃烧器区域不采用低氧燃烧的方式，对于条件具备的发电厂可在燃烧器区域上部采用天燃气补燃的方式（必须选择合适的补燃量和投入部位等）；–在降低NOX的同时要关注是否产生高温腐蚀，此外要注意飞灰含碳量变化，以免影响经济性，即在重点关注安全性的同时要兼顾经济性。过热器、再热器热偏差•上述偏差包括屏间和同屏热偏差，一般说，此乃设计和调试上存在的问题。•设计上可采用若干种减少屏间或同屏热偏差以避免超温的手段，就水动力侧而言有：–在集箱上开不等径孔，以解决静压差产生的不均匀性；–采用节流孔板；–采用不等径管。•就烟气侧而言（即降低炉膛出口烟温偏差）有：–燃烧器采用正反切；–采用前后墙对冲燃烧；–采用塔式炉型相对较好。过热器、再热器热偏差四角切圆燃烧炉膛出口烟温按马鞍型分布（可在高烟温区采用较好的材料解决热偏差）同屏管一般分布方式（高温部位可采用较好的材料。此外，按不同温度等级采用多段异种钢连接方式也是一种设计思路）煤质原因导致磨损（主要指省煤器）要核对设计时的尾部烟速值，消除烟气走廊，采用合适的防磨措施和注意挡板调温时的工况。在煤质变化时，更应关注锅炉尾部烟道磨损情况，主要是省煤器部位。以上就水冷壁、过热器、再热器及省煤器各部件谈及了爆管的一些观点，下面再就其他有关方面谈一些看法。热膨胀问题安装中必须按设计图纸预留膨胀间隙，此外，在第一次起动