摘 要:本文從安全生產(chǎn)的角度出發(fā),對(duì)“四管”爆漏的機(jī)理和失效特征進(jìn)行了分析;提出了防磨防爆的經(jīng)驗(yàn)措施;對(duì)超(超)臨界機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的新問(wèn)題進(jìn)行了慎重思考,并提出了預(yù)防和改進(jìn)措施。為機(jī)組防磨防爆技術(shù)管理提供了有益的借鑒,為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了重要保障。
鍋爐過(guò)熱器、再熱器、水冷壁及省煤器(簡(jiǎn)稱“四
管”)的爆破泄漏事故一直是火力發(fā)電廠關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題,更是導(dǎo)致非計(jì)劃停機(jī)的主要因素。雖然現(xiàn)在的鍋爐設(shè)備采取了很多預(yù)防措施,但是隨著舊機(jī)組服役時(shí)間的增加及新機(jī)組參數(shù)的提高,這類事故仍有逐年上升的趨勢(shì)。[1,2]
做為保障發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電網(wǎng)安全的重要手段,鍋爐“四管”的防磨防爆便更加受到各方重視。防磨防爆工作是一個(gè)綜合、系統(tǒng)的工程,涉及鍋爐、金屬、化學(xué)、熱工、焊接等專業(yè)。
因此,鍋爐“四管”的防磨防爆是火力發(fā)電企業(yè)技術(shù)工作的重中之重。
本文從技術(shù)管理的角度,就鍋爐“四管”爆漏機(jī)理及失效特征、“四管”防磨防爆措施、近年來(lái)超(超)
臨界機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的新問(wèn)題等方面進(jìn)行了分析,并提出了切實(shí)可行的技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)。
“四管”爆漏的原因包含設(shè)計(jì)、制造、施工、檢修、
運(yùn)行、管理和煤種等諸多方面,并且各種爆漏事故往往不是由單一因素造成,而是幾個(gè)因素交互作用的結(jié)果。
1. 超溫過(guò)熱
超溫過(guò)熱爆管分為短期超溫和長(zhǎng)期超溫。主要發(fā)生在鍋爐的高溫對(duì)流過(guò)熱器及高溫再熱器管段上,但當(dāng)點(diǎn)火時(shí)爐火、汽溫控制不嚴(yán)和尾部煙道再燃燒時(shí),低溫過(guò)熱器管和省煤器管也會(huì)存在超溫過(guò)熱現(xiàn)象。
短期過(guò)熱是指當(dāng)管壁溫度超過(guò)材料的下臨界溫度時(shí),材料強(qiáng)度明顯下降,在內(nèi)壓力作用下,發(fā)生的脹粗和爆管現(xiàn)象。短期過(guò)熱按過(guò)熱程度分為瞬時(shí)過(guò)熱爆管(溫度在Ac3
以上)、短期直接過(guò)熱爆管、小鼓包爆管。
短期過(guò)熱爆管的特征為管徑有明顯脹粗,管壁減薄呈刀刃狀;爆口較大呈喇叭狀,典型薄唇形爆破;爆口周圍管材硬度明顯升高。
長(zhǎng)期過(guò)熱是指管壁溫度長(zhǎng)期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材料的下臨界溫度,超溫幅度不大但時(shí)間較長(zhǎng),管子力學(xué)性能急劇惡化,導(dǎo)致在較薄弱部位發(fā)生脆裂的爆管。長(zhǎng)期過(guò)熱根據(jù)工作應(yīng)力水平可分為高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型和氧化減薄型。
長(zhǎng)期過(guò)熱爆管的特征:管徑?jīng)]有明顯的脹粗,管壁幾乎不減??;一般爆口較小,斷口呈顆粒狀,爆口周圍存在縱向開裂的氧化皮[3]。
2. 磨損
磨損爆管的特征為斷口處管壁減薄,呈刀刃狀;磨損表面平滑;金相組織無(wú)變化;管徑一般無(wú)變化。磨損主要分為吹灰器蒸汽吹損、機(jī)械磨損及煙氣飛灰磨損。
● 吹灰器吹損
吹灰器內(nèi)漏、吹灰器不旋轉(zhuǎn)、蒸汽帶水、蒸汽壓
力過(guò)高、噴嘴進(jìn)入爐膛的距離不足、桿與受熱面的不垂直等都容易造成受熱面管子吹損。發(fā)生在吹灰通道附近的鍋爐“四管”上。
● 機(jī)械磨損和損傷
管卡、支吊架松動(dòng);定位塊脫落;定位管、夾持管膨脹;管子彎曲出列等造成管卡與管子、管子與管子金屬間粘著磨損。主要發(fā)生在過(guò)熱器及再熱器管段,
在冷灰斗的水冷壁管段還容易發(fā)生爐膛落渣磨損。
● 飛灰沖刷產(chǎn)生的磨粒磨損
飛灰沖刷主要出現(xiàn)在對(duì)流受熱面,煙氣攜帶的灰份顆粒在尾部煙道中造成的沖刷較為嚴(yán)重。3. 腐蝕
雖然腐蝕爆管比例較低,但由于其具有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性,一旦發(fā)生,往往造成大面積的受熱面損壞。腐蝕爆管的特征為管壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀腐蝕,腐蝕形狀為典型的貝殼狀;腐蝕區(qū)的金相組織不發(fā)生變化;裂紋為橫斷面開裂,爆口寬而鈍。依據(jù)腐蝕的機(jī)理可分為水側(cè)腐蝕和煙氣側(cè)腐蝕[4]。
水側(cè)腐蝕主要指氧腐蝕、垢下腐蝕、氫損傷等。氧腐蝕(點(diǎn)蝕)容易發(fā)生在省煤器、過(guò)熱器及再熱器管段;垢下腐蝕主要發(fā)生在水冷壁和低溫過(guò)熱器管段;氫損傷主要出現(xiàn)在水冷壁管段。
煙氣側(cè)腐蝕主要是低溫硫腐蝕和高溫硫腐蝕。低溫硫腐蝕主要發(fā)生在省煤器管段;高溫硫腐蝕主要發(fā)生在水冷壁、過(guò)熱器及再熱器管段。
4. 熱疲勞熱疲勞是指鍋爐管受鍋爐啟停引起的熱應(yīng)力、汽膜的反復(fù)出現(xiàn)和消失引起的熱應(yīng)力及由振動(dòng)引起的交變應(yīng)力作用而發(fā)生的疲勞損壞。熱疲勞爆管的特征為從外表向里發(fā)展的環(huán)形裂紋;以橫向裂紋為主的龜狀裂紋;裂紋短而粗,且裂紋中充滿腐蝕產(chǎn)物的楔狀裂紋[3,5]。
造成熱疲勞的原因有:爐膛使用水吹灰,管壁溫度急劇變化,產(chǎn)生熱沖擊;超溫導(dǎo)致管材的疲勞強(qiáng)度嚴(yán)重下降;基本負(fù)荷機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行,頻繁啟停和變負(fù)荷運(yùn)行[3,6,7]。主要發(fā)生在鍋爐“四管”上。
“四管”防磨防爆經(jīng)驗(yàn)對(duì)策1. “四管”防磨防爆小組形成例會(huì)制度
每月定期召開“四管”防磨防爆小組工作會(huì)議,
通報(bào)近期“四管”防磨防爆檢查情況、吹灰器等相關(guān)設(shè)備維護(hù)情況、受熱面焊口及無(wú)損檢測(cè)情況,對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常進(jìn)行分析;對(duì)入爐煤質(zhì)情況、鍋爐運(yùn)行汽溫情況,
爐水水質(zhì)記錄情況進(jìn)行通報(bào);公布獎(jiǎng)勵(lì)及考核內(nèi)容,并對(duì)下階段防磨防爆工作進(jìn)行統(tǒng)籌安排。
及時(shí)召開“四管”防磨防爆專題技術(shù)會(huì)議,進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。分析設(shè)備存在問(wèn)題,制定針對(duì)性措施和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃;加強(qiáng)案例分析學(xué)習(xí),汲取經(jīng)驗(yàn),提高專業(yè)技術(shù)水平。
2. 逢停必檢、分區(qū)域落實(shí)責(zé)任
在“人”的方面,通過(guò)專項(xiàng)培訓(xùn),使檢查人員能夠很好地掌握防檢工作的管理方法和工作經(jīng)驗(yàn)。
在“機(jī)”的方面,檢查人員配備必要的照明、測(cè)量、標(biāo)記、記錄、拍照工具。
在“環(huán)境”的方面,用高壓水對(duì)受熱面沖洗,可避免檢查遺留死角。
在“制度及管理”方面,“四管”防磨防爆小組成員,盡可能全員參與防磨防爆檢查活動(dòng)。按照受熱面結(jié)構(gòu)和方便工作的原則劃分責(zé)任區(qū)。根據(jù)檢修工期的長(zhǎng)短安排2~3次交換責(zé)任區(qū)進(jìn)行互查,防止出現(xiàn)漏檢。小組成員群體再進(jìn)行一次普查,充分發(fā)揮多人、多視角、多思路的檢查優(yōu)勢(shì)。對(duì)于檢查出的缺陷,以任務(wù)書的方式安排分析、處理,以便追溯,形成閉環(huán)管理。
3.建立健全“四管”技術(shù)臺(tái)賬
完善對(duì)設(shè)備的監(jiān)督和技術(shù)管理,以便總結(jié)“四管”
爆漏的規(guī)律性,積累技術(shù)監(jiān)督和管理經(jīng)驗(yàn),把握重點(diǎn)防治部位,提出有效預(yù)防措施。
4. 加強(qiáng)吹灰裝置維護(hù)保障吹灰器的俯仰角度適宜,防止吹灰系統(tǒng)凝結(jié)水淋淌到爐墻管子上,導(dǎo)致爐墻管子熱疲勞失效。根據(jù)入爐煤質(zhì)、鍋爐排煙溫度情況,積累各個(gè)煙溫區(qū)域吹灰器蒸汽流量、吹灰時(shí)長(zhǎng)、頻次和吹灰效果的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定較佳吹灰方案。5. 重視汽、水品質(zhì)、加強(qiáng)超溫考核做好汽、水品質(zhì)監(jiān)督,重點(diǎn)抓好防治凝汽器泄漏、精處理的投入(100%)和溶氧問(wèn)題。
運(yùn)行人員規(guī)范操作、合理控制參數(shù),防止出現(xiàn)風(fēng)速過(guò)高、熱負(fù)荷過(guò)分集中、火焰偏斜、燃燒中心不合適、
煙溫偏差過(guò)大等問(wèn)題導(dǎo)致的結(jié)焦、高溫腐蝕和對(duì)流受熱面超溫等事件。
超(超)臨界機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的新問(wèn)題1. 高參數(shù)、大機(jī)組鍋爐“四管”防磨防爆難度增大
● 鍋爐溫度和壓力參數(shù)提高,蒸汽溫度達(dá)到鋼材
的高溫氧化臨界值,使得過(guò)熱器及再熱器的高溫段極易產(chǎn)生蒸汽側(cè)高溫氧化腐蝕,從而導(dǎo)致氧化皮脫落堆積。因此,氧化皮剝落、堵管、爆管的防治已成為業(yè)
界關(guān)注的焦點(diǎn)。
● 大機(jī)組鍋爐必須考慮均流問(wèn)題,若過(guò)熱器節(jié)流孔設(shè)置不合理,容易導(dǎo)致鍋爐管子溫差過(guò)大,局部管子超溫運(yùn)行。
● 壓力高,管子壁厚增大,焊接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大,易產(chǎn)生低周疲勞失效;管子內(nèi)徑小,汽水循環(huán)脆弱,管內(nèi)異物容易造成管子超溫、過(guò)熱乃至爆管失效。
● 爐膛尺寸和部件尺寸明顯增大,在高溫作用下,各類部件的膨脹量增大,結(jié)構(gòu)應(yīng)力必然增大,也易產(chǎn)生低周疲勞失效。
● 鍋爐受熱面布置密度大,受熱面結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,
管子之間的碰磨的可能性增加,煙氣粉塵產(chǎn)生的沖刷磨損問(wèn)題也復(fù)雜化。
2. 配煤摻燒,“四管”爆漏幾率增大近年來(lái),在煤電聯(lián)動(dòng)不協(xié)調(diào)、高煤價(jià)壓力下,火力發(fā)電企業(yè)不得不燃用大幅度偏離設(shè)計(jì)的燃煤,甚至摻燒劣質(zhì)煤。燃煤種類和品質(zhì)超出范圍,勢(shì)必會(huì)造成燃燒不穩(wěn),參數(shù)波動(dòng)大,在過(guò)大的熱應(yīng)力沖擊下引發(fā)
鍋爐“四管”疲勞損壞。燃煤的發(fā)熱量高,灰熔點(diǎn)較低,
造成爐膛結(jié)焦,水冷壁腐蝕減??;發(fā)熱量較低,灰分及煤矸石等雜質(zhì)含量高,受熱面管磨損加?。缓蚋?,水冷壁管高溫腐蝕嚴(yán)重。因此,應(yīng)加強(qiáng)和完善入爐煤質(zhì)的配比和預(yù)報(bào)管理,使運(yùn)行人員了解實(shí)際燃煤的特性,比如灰熔點(diǎn)、灰份、揮發(fā)份、含硫量等,及時(shí)調(diào)整優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)和配風(fēng)策略。
(1)掌握鍋爐“四管”的爆漏原因和爆管的失效特征,有助于加強(qiáng)電廠的金屬技術(shù)監(jiān)督工作,以便在防磨防爆檢查時(shí),提前消除隱患,能夠有效減少鍋爐“四
管”的爆漏。
(2)防磨防爆技術(shù)管理是個(gè)系統(tǒng)工程,只有建立防磨防爆體制,重視運(yùn)行的規(guī)范操作和精確控制,重視設(shè)備的更新改造,規(guī)范細(xì)致地開展防磨防爆檢查工作,才能逐漸提高鍋爐設(shè)備的健康水平,將鍋爐“四管”
泄漏降到較低。
(3)隨著超(超)臨界機(jī)組的運(yùn)行,新材料、新結(jié)構(gòu)、
新工藝的應(yīng)用,涌現(xiàn)出了大量的新課題,防磨防爆技術(shù)管理需不斷的更新檢查工藝和方案,杜絕檢查死角,并加強(qiáng)人員的技術(shù)交流,才能滿足防磨防爆工作日益提高的技術(shù)要求。