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电站锅炉换热器管爆漏原因分析及预防措施点击：2091 日期：[ 2014-04-26 22:01:07 ] |
| 电站锅炉换热器管爆漏原因分析及预防措施 田 红1,杨 晨1,廖正祝2 1.重庆大学动力工程学院,重庆 400044 2.茂名学院机电工程学院,广东茂名 525000 [摘要] 电站锅炉的换热器管经常发生爆破和泄漏事故,严重影响锅炉运行安全。按照换热器 管的设计、制造、安装、运行和维修等先后顺序以及所处位置和运行环境的不同,论述了 电站锅炉换热器管产生爆漏的原因及应采取的对 策。 [关键词] 电站锅炉;换热器管;水冷壁;过热器;再热器;省煤器;爆漏 [中图分类号] TK223.3 [文献标识码] A [文章编号] 1002-3364(2008)12-0035-03 电站锅炉换热器管主要包括水冷壁、过热器、再热 器及省煤器管。由于设计、制造以及工作环境恶劣等 原因电站锅炉换热器管经常发生爆裂和泄漏事故。本 文从电站锅炉换热器管的设计、制造、安装、运行,以及 不同换热器管在锅炉不同的位置和运行时不同的工作 环境等方面分析了发生爆破和泄漏的原因以及预防措 施,为锅炉制造、电厂设计、建设以及运行与维护提供 了借鉴。 1 设 计 1.1 水冷壁 正确选取炉膛容积热强度和断面热强度以及炉膛 高度。如果炉膛容积热强度和断面热强度过高,这样 虽然可以减少炉膛尺寸和受热面金属用量,降低造价, 但是水冷壁的安全裕度就比较小,一旦运行工况偏离 设计工况,如:炉膛结焦、热力偏差、水动力偏差、吹灰 时间过长、水位过低、放水孔泄漏等,将导致部分水冷 壁管过热、蠕变乃至爆破。如果炉膛高度设计过低,由 于煤种变化、煤粉较粗、煤粉着火延迟等将使燃烧火焰 中心上移,炉膛上部温度过高,从而使炉膛上部过热器超温引起爆管。 设计时需要选取适当的炉膛容积和断面强度和较 高的炉膛高度,选取较大的安全裕度,采取适当的防磨 措施,避免水冷壁及过热器管的爆漏。同时,水冷壁结 构设计合理,温差波动小,可减少因此而引起的热应力 破坏。 1.2 过热器 由于燃煤偏离设计煤种,锅炉可能偏离设计工况 而产生结焦。另外,蒸汽分配不均以及高压加热器不 能正常投入运行等会导致过热器区域的部分管子壁温 超过设计值和材料的许用温度值。同时,有些锅炉炉 内燃烧区域敷设卫燃带,当煤质变好时过热器就可能 出现超温现象。 在设计过热器管内流速时,如果过热器管内蒸汽 的质量流速偏低,蒸汽带走的热量减少,也即过热器管 壁对蒸汽的放热减少,会导致管壁超温过热而爆管;过 热器结构布置欠妥,过热器面积布置过多等也会造成 过热器超温爆管。因此,在设计时需要注意以下几点: (1)管材有较大的安全裕度和较大的许用温度裕量; (2)较高的炉膛高度;(3)过热器的蒸汽流程中需要有轴向混合和交叉混合,使蒸汽混合均匀;(4)管材需采 用同一种材料,避免膨胀不均而产生拉裂;(5)应力分 布合理,防止产生应力集中;(6)对易腐蚀部位的水冷 壁管采取必要的防腐措施;(7)设计适当的喷水减温位 置及次数。 1.3 再热器 由于再热蒸汽压力低、比热容小,对热偏差的敏感 性比过热蒸汽要强。如果炉膛没有足够的高度,一、二 次风速较大或燃烧调整不好,则炉膛出口烟气的残余 旋转动量会导致炉膛出口到水平烟道的两侧流场与温 度存在很大偏差,将导致再热器超温爆管。另外,由于 水平烟道下部烟温高于上部烟温,以及下部存在烟气 走廊等因素造成竖井内的烟温前端大于后端,蒸汽流 量偏差正好同炉烟热力偏差正向叠加,则会使再热器 左右侧温度出现偏差。 设计时,需要避免再热器两侧流场与温度存在偏 差,以及产生烟气走廊,从而避免受热不均产生超温以 及温度偏差;合理设计事故喷水减温级数、再热蒸汽混 合交叉次数;对于包墙屏式再热器,需要考虑运行中的 受热膨胀问题,避免造成膨胀不畅。 1.4 省煤器 由于省煤器处于尾部烟道,采用顺列布置可减少 飞灰的磨损;省煤器管组与炉墙间隙过大、管排排列不 整、管卡受热变形或部分脱焊、管间留杂物、防磨瓦部 分脱落等均可形成烟气走廊,造成烟速过高而加剧管 壁的磨损。 设计时需要注意以下几点:(1)结构合理,避免形 成烟气走廊;(2)省煤器管上可设置180°半圆形防磨 瓦,对于横向节距较小的省煤器,应特别注意防磨瓦的 设计,避免带来负面影响;(3)适当选取漏风系数,因为 漏风量大,将使烟气量增加,烟速升高,而且炉膛漏风 还会使炉膛出口烟温升高,这些均会造成省煤器管爆 漏。 2 制 造 制造原因引起锅炉换热器管发生爆漏主要由焊接 质量引起,主要表现为夹渣、气孔、咬边、未焊透、焊接 时碰伤母材以及裂纹等。 (1)焊接裂纹产生的原因是没有严格按照焊接规 程和焊接工艺进行焊接,焊接前后热处理不当。焊后因残余应力过大,运行中又由于零件之间的热胀不畅, 附加应力增大,很容易造成焊口泄漏。由于异种钢焊 接接头各部的化学成分、导热系数和热胀系数不同,运 行中极易造成焊缝接头处等薄弱环节的焊缝开裂。国 产省煤器管的焊接都采用摩擦焊或碰焊,质量较差。 对此,应重视焊接一次合格率,使用合格的焊接材料, 异种钢焊前应进行详细的焊接工艺评定,并严格按评 定工艺进行施焊和焊后焊缝检查,彻底消除因焊接质 量问题而产生的爆漏事故。 (2)换热器管的弯头在挤压弯制过程中容易使弯 头壁厚减薄,安全裕度降低;制造中管材型号及材质的 错用,制造过程中杂物遗漏在管内没有清除干净;管屏 水压没有检验出漏点,水压试验之后的积水没有及时 排尽,以及管内防锈和油漆处理不当等也为爆漏埋下 隐患。因此,在制造过程中需要控制换热器管弯头的 减薄量,正确选用材质,清除异物及积水,加装管盖防 止异物掉入管内以及氧化。同时,加强对入厂管材的 质量检验,消除制造过程中的管材质量缺陷,避免在运 行中因材质问题而产生爆漏事故。 3 安 装 发电设备安装时引起换热器管爆漏的主要原因是 焊接质量问题。由于安装施工的位置比较特殊,给焊 接及焊后探伤和热处理带来一定的困难,需要施工单 位加强对施工现场焊缝质量的监控。同时,做好部件 的保管,避免锈蚀损坏和进杂物;受热面组装平整,管 子不出列,保持管距;尽量做到所有焊口都探伤合格, 确保不会因安装焊口而发生爆漏事故。 4 运 行 4.1 水冷壁 (1)水冷壁管内为水及饱和蒸汽,管外为高灰粒的 高温烟气,因此极易造成管内管外的腐蚀。因此,需要 对易腐蚀部位的水冷壁管采取必要的防腐措施,如加 装防磨盖板等。 (2)在炉膛燃烧发生变化以及管子内汽水混合物 温度变化时会产生热应力,由于水冷壁管的水封槽密 封插板会约束该位置管子冷、热态时金属自由膨胀或 收缩,将会导致该处薄弱位置上发生断裂,故需改善不 合理结构部位的应力分布,防止产生应力集中。 (3)因水冷壁管的设计、堵塞以及定期放水阀泄漏等原因导致少数管子流量减少,在长时间低负荷运行、 局部结焦、火焰偏斜以及水位过低等情况下,这些管内 的循环流速过低,造成某些水平段内的汽水混合物分 层,流动阻力过大,直至循环破坏,产生超温过热爆管。 此时,要调整好吹灰器角度,防止吹灰器吹损水冷壁。 此外,给水中磷酸盐过多将会加剧水冷壁管的腐蚀爆 漏,因此需要控制水中磷酸盐的含量。 4.2 过热器 过热器管排上的管卡常会因为过热变形或焊接不 牢而开裂,造成管子振动并与管卡产生机械磨损;管卡 安装不正确、管卡磨损后出现管排散乱、排列不整齐以 及过热器本身或者其前方部件结焦而形成的烟气走 廊,也会造成局部烟气流速过高而引起飞灰磨损。 由于冷起动导致的过热器管壁温上升滞后于水冷 壁,导致包墙过热器与竖井水冷壁管排两者间的温差 变形造成管子拉裂。对此,可以通过在起动过程中控 制起动速度,加强竖井内壁温差监视,合理投运加热蒸 汽等措施控制事故的产生。 4.3 再热器 由于水冷壁积灰结渣造成导热系数很低,热阻大, 导致水冷壁的吸热量降低,使炉膛火焰中心上移,炉膛 上部及出口烟温升高,也会导致再热器吸热量增多而 超温爆管。因此,需要合理组织燃烧,减少高温爆管及 腐蚀;检查锅炉再热器管内沉淀物的化学成分,避免化 学给水成分偏离规定值而导致大量结垢。 4.4 省煤器 省煤器处于尾部烟道下部,其爆漏主要因飞灰磨 损、低温酸腐蚀以及焊接质量等所致。由于低温酸腐 蚀是因燃用含硫高的燃料,故需要适当提高排烟温度, 或采用暖风器,提高低温受热面的壁温,防止低温酸腐 蚀。此外,需要防止省煤器在锅炉点火过程中因给水 滞后而产生超温爆管。 5 结 语 (1)电站锅炉换热器管的设计要合理,正确选材,留有足够的裕度。 (2)在制造过程中严格按照相关制造标准严格执 行,不合格的零件绝不组装,不合格的部件绝不出厂。 (3)安装过程中必须严格按照相应的技术规范及 图纸进行施工。 (4)运行中加强在线监视,定期对重点易爆漏部位 进行检查,严密监视因燃料改变而产生的运行工况的 偏离。 (5)加强对煤质水质的化学监督以及换热器管材 的金属监督。 [参 考 文 献] [1] 张永,郭福贞,韩贵良,等.锅炉“四管”爆漏原因分析及 对策[J].电力学报,2000,15(2):125-127. [2] 黄伟.锅炉“四管”爆漏原因分析及防爆措施[J].湖南电 力,1999,19(5):20-24. [3] 张鉴燮,郑志良,王安宁,等.大型锅炉“四管”爆漏原因 分析及防治对策[J].华东电力,2002(4):35-39. [4] 章瑞鹏,程建波.锅炉“四管”爆泄对策浅析[J].腐蚀科 学与防护技术,2001,5(13):297-299. [5] 曾签名.1004t/h亚临界锅炉“四管”爆漏综合治理[J]. 四川电力,1999(1):30-34. [6] 燕光诗.锅炉四管爆漏分类及检查重点[J].四川电力技 术,2000(2):59-61. [7] 周滔.锅炉四管爆漏分析及预防[J].企业技术开发, 2007,26(1):43-45. [8] 周红兵.火电厂锅炉“四管”爆漏的原因分析及防范措施 [J].江西电力,2004,28(2):26-27. [9] 颜景海.火电厂锅炉管道爆漏的原因分析[J].煤矿机 械,2006,27(8):170-172. [10] 郭庆丰.石门电厂锅炉“四管”爆漏分析与治理[J].热力 发电,2006(12):31-33. [11] 何望飞,叶刚.2100t/h锅炉水冷壁管爆漏原因分析 [J].热力发电,2004(8):71-72. [12] S.Srikanth,K.Gopalakrishna,S.K.Das,etal.Phos- phateinducedstresscorrosioncrackinginawaterwall tubefromacoalfiredboiler[J].EngineeringFailureA- nalysis,2003(10):491-501. [13] KhalilRanjbar.Failureanalysisofboilercoldandhotre- heatertubes[J].EngineeringFailureAnalysis,2007 (14):620-625. |
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