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鍋爐“四小管”防磨防爆新技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2024-06-03

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對于燃煤火力發(fā)電機(jī)組,約70%的事故來自鍋爐側(cè),鍋爐側(cè)一旦發(fā)生事故,70%的原因在于四管泄漏。

水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器四類管(簡稱鍋爐“四小管”)泄漏或爆管事故會導(dǎo)致停機(jī)停爐,其引起的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間占機(jī)組非停時(shí)間約40%,少發(fā)電量占全部事故少發(fā)電量的50%以上,是影響發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素。


近年來,隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長,鍋爐承壓部件金屬材料逐漸老化,且伴隨著長期燃燒高硫煤造成的高溫腐蝕、深度調(diào)峰和機(jī)組啟停引起的應(yīng)力集中和裂紋類缺陷增加,鍋爐受熱面及承壓部件的故障呈現(xiàn)多發(fā)趨勢,機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)概率增加。機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)不僅給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)還影響電網(wǎng)的正常調(diào)度,造成企業(yè)信譽(yù)損失。為了防止鍋爐爆管,保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,在機(jī)組檢修期間須對鍋爐四管進(jìn)行全范圍系統(tǒng)性的防磨防爆檢查。

01

“四管”爆漏原因分析


電站鍋爐“四管”常見的失效類型有腐蝕、管材和焊接缺陷、過熱爆管、磨損減薄、應(yīng)力集中、疲勞開裂、機(jī)械損傷等。各受熱面泄漏失效類型又有所差別,其中水冷壁以高溫腐蝕、磨損減薄為主,過熱器以焊接缺陷、過熱爆管、磨損、腐蝕為主,再熱器以焊接缺陷、過熱、磨損為主,省煤器則以飛灰磨損減薄為主。


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水冷壁熔敷焊接熔深過深及鰭片不平整磨損爆管


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過熱器鰭片焊縫和管子對接焊縫開裂


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再熱器鰭片焊縫嚴(yán)重咬邊
及彎頭耐火材料脫落泄漏


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省煤器焊縫未熔合缺陷及穿墻密封漏風(fēng)


1. 磨損

鍋爐四管常見飛灰磨損和機(jī)械磨損。低溫過熱器及省煤器區(qū)域、煙氣走廊、出列管、吹灰器、人孔門周圍經(jīng)常會出現(xiàn)飛灰磨損,過熱器和再熱器管段在運(yùn)行中管排會和管夾產(chǎn)生機(jī)械磨損,受到磨損后易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

省煤器相對而言管排較密集,煙氣含量高且流速快,爐煙中大量灰粒流向省煤器尾部,加劇其磨損。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,金相組織無變化,管徑一般無變化。


2. 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)測性,一旦發(fā)生,往往造成大面積的損壞。腐蝕爆管的特征為管壁產(chǎn)生點(diǎn)狀或坑狀腐蝕,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)腐蝕機(jī)理可分為水側(cè)腐蝕和煙氣側(cè)腐蝕。


水側(cè)腐蝕是指水處理設(shè)備中堿性或酸性物質(zhì)及其他雜質(zhì)引起的腐蝕和損壞,主要有氧腐蝕、垢下腐蝕、氫損傷等。氧腐蝕易發(fā)生在省煤器、過熱器和再熱器管段;垢下腐蝕主要發(fā)生在水冷壁和低溫過熱器;氫腐蝕主要發(fā)生在水冷壁。煙氣側(cè)腐蝕主要是硫腐蝕。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、過熱器和再熱器管段。


3. 熱疲勞


熱疲勞是指鍋爐管在溫度反復(fù)變化時(shí)受熱應(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)狀裂紋;以橫向裂紋為主的龜狀裂紋;短而粗且充滿腐蝕產(chǎn)物的楔形裂紋。


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。


4. 超溫過熱


超溫過熱爆管主要發(fā)生在鍋爐的高溫對流過熱器和高溫再熱器管段,低溫過熱器和省煤器管也可能出現(xiàn)。短期過熱是指當(dāng)管壁溫度超過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)生脹粗和爆管現(xiàn)象。長期過熱是指管壁溫度長期處于設(shè)計(jì)溫度之上且低于材料的下臨界溫度,超溫幅度不大但是時(shí)間較長,管子力學(xué)性能惡化,導(dǎo)致在較薄弱部位發(fā)生脆裂爆管。長期超溫可分為高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型和氧化減薄型。


5. 焊接質(zhì)量問題


受熱面管所需要承受的壓力和溫度較高,一旦焊接存在質(zhì)量缺陷,存在未熔合、未焊透、夾渣、咬邊等現(xiàn)象,將導(dǎo)致管道在高壓環(huán)境運(yùn)行中無法承受內(nèi)部壓力,出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。


02

鍋爐四管防磨防爆的普遍性難點(diǎn)

傳統(tǒng)的鍋爐檢查手段主要是人工搭腳手架或者升降平臺進(jìn)行檢測,外壁檢測依靠肉眼觀察法和觸摸法,內(nèi)壁用測厚儀、漏磁檢測儀等抽查管內(nèi)情況。鍋爐內(nèi)部工作環(huán)境惡劣、工作量大、進(jìn)度慢、成本高,而且依賴于人員經(jīng)驗(yàn),數(shù)據(jù)并不是很完善,易出現(xiàn)漏檢。


隨著機(jī)組的溫度、壓力參數(shù)提高,受熱面結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,加上配煤摻燒帶來的結(jié)焦腐蝕情況加劇,鍋爐四管的爆漏幾率進(jìn)一步增大,防磨防爆有以下普遍性難點(diǎn):

(1)鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、四管數(shù)量龐大。以某電廠百萬等級鍋爐為例,水冷壁4117根,過熱器4178根,再熱器2462根,省煤器708根,其中焊口共20多萬個(gè),檢查費(fèi)時(shí)費(fèi)力且極易出現(xiàn)漏檢、錯(cuò)檢。

(2)受熱面管的材質(zhì)、規(guī)格和焊口種類繁雜。為節(jié)省成本,各級過熱器、再熱器等管排往往分段選材,采用不同熱合金鋼,造成了大量的異種鋼焊口。

(3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作繁雜。鍋爐防磨防爆工作涉及運(yùn)行、檢修、維護(hù)、技術(shù)監(jiān)督等工種以及鍋爐、化學(xué)、金屬、熱工等多個(gè)專業(yè),大量數(shù)據(jù)和信息需要及時(shí)查詢、共享和協(xié)作。按照常規(guī)的防磨防爆方法,將面臨大量繁復(fù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。

(4)檢修人員流動性大、系統(tǒng)的培訓(xùn)手段較少,防磨防爆技能和經(jīng)驗(yàn)缺乏。

鑒于以上問題,采用新技術(shù)與新方法盡快提高改進(jìn)鍋爐防磨防爆工作,適應(yīng)超超臨界鍋爐技術(shù)的發(fā)展趨勢和要求,大幅減少泄漏非停、提高運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性,是各個(gè)電廠非常重視和迫切需要解決的一個(gè)問題。