鄧又云

（廣東省湛江電力有限公司，廣東 湛江 524099）

1 鍋爐設(shè)備介紹

湛江發(fā)電廠#3鍋爐為東方鍋爐有限公司生產(chǎn)的GD1025/18.2-Ⅱ型、亞臨界壓力參數(shù)、一次中間再熱、單汽包、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng)、尾部雙煙道、固態(tài)排渣、煤粉汽包爐，再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)以尾部擋板調(diào)節(jié)方式為主，配以事故噴水和微量噴水為輔。

2 爆管情況

2009年4月16日，某電廠運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)3號(hào)鍋爐右側(cè)過熱、再熱蒸汽出口管處保溫鋁皮吹損脫落，并有泄漏聲音。當(dāng)時(shí)爐側(cè)再熱器減溫水投入量過大，減溫器出口氣溫過低，后利用煙氣擋板進(jìn)行再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)，停止再熱器減溫水投入，泄漏聲減弱。停爐后，對(duì)3號(hào)鍋爐進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)開裂泄漏部位為低溫再熱器至高溫再熱器右側(cè)導(dǎo)氣管減溫器后彎頭下焊口直管段，即3號(hào)鍋爐微量噴水減溫器右側(cè)彎頭下焊口爆管，爆口開裂長度約550mm，只有 1條裂縫，如圖 1（a）所示。開裂部位在彎頭下焊口直管段的內(nèi)坡口退刀槽處，檢查發(fā)現(xiàn)退刀槽處沒有圓滑過渡，出現(xiàn)高度為1～2mm的臺(tái)階，直管段內(nèi)壁也出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋（如圖1（b）所示），彎頭內(nèi)壁有少量裂紋（如圖1（c）所示），現(xiàn)場已打磨消除。現(xiàn)場保留的直管段在打磨時(shí)其內(nèi)壁也發(fā)現(xiàn)存在網(wǎng)狀裂紋，經(jīng)打磨，其深度小于2mm。擴(kuò)大檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋范圍較大，離坡口500mm還存在網(wǎng)狀裂紋，深度有2mm左右（如圖1（d）所示）。

3 泄露原因分析

3.1 噴水減溫的影響

圖1 某電廠3號(hào)鍋爐管道爆裂情況

表1 3號(hào)鍋爐微量噴水系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

#3爐再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)主要依靠尾部雙煙道煙氣擋板，將低溫再熱器至高溫再熱器的左右導(dǎo)汽管道上的微量噴水減溫器作為微調(diào)設(shè)備，并調(diào)節(jié)左右側(cè)汽溫偏差。另外，低溫再熱器進(jìn)口管道上設(shè)有事故噴水減溫器，由于實(shí)際運(yùn)行中采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度存在滯后現(xiàn)象，因此也將微量噴水減溫器作為再熱蒸汽溫度偏高時(shí)的一種重要調(diào)節(jié)設(shè)備。

再熱蒸汽減溫水通過給水泵中間級(jí)抽取，溫度約160℃，而低溫再熱器出口蒸汽溫度約470℃，因此在正常運(yùn)行情況下，導(dǎo)汽管壁溫度為470℃左右。由于2期工程的鍋爐微量噴水減溫器筒體較短，為4.182m（1期工程的鍋爐微量噴水減溫器筒體長度為6m），雖已改用多孔噴嘴，但當(dāng)大量的減溫水瞬間噴入時(shí)，從噴嘴至減溫器后彎頭的行程較短，減溫水的霧化和混合很難達(dá)到理想狀況，這樣，減溫器后彎頭及下焊口的外弧側(cè)受到較低溫度介質(zhì)的熱沖擊，導(dǎo)致該范圍管道的內(nèi)壁溫度突然降低，產(chǎn)生較大的內(nèi)外壁溫差，并伴隨較大的熱應(yīng)力。隨著微量噴水減溫器的頻繁投入，不斷產(chǎn)生和積累熱疲勞損傷，繼而引起熱疲勞裂紋的萌生和發(fā)展。因?yàn)闊釕?yīng)力在管壁表面是雙向受拉和雙向受壓交替進(jìn)行的，所以一般管殼部件內(nèi)外壁交變溫差造成的熱疲勞裂紋形貌為網(wǎng)狀或叢狀。3號(hào)鍋爐微量噴水減溫器后彎頭與直管的大部分內(nèi)壁裂紋正符合這種形貌特征。

3.2 彎頭焊縫處結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)割下的彎頭進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)開裂部位為彎頭下焊口直管段的內(nèi)坡口退刀槽處，退刀槽局部沒有圓滑過渡，出現(xiàn)1～2mm高度的臺(tái)階。另外，通過觀測端部形狀，發(fā)現(xiàn)內(nèi)坡口削薄段存在形狀不規(guī)則、直段和斜段過渡不連續(xù)的現(xiàn)象，這些缺陷的存在增大了該部位的應(yīng)力水平。退刀槽處還向壁厚方向凹進(jìn)，減小了該處壁厚（最小壁厚約19mm），降低了該處的承載能力，同時(shí)壁厚差也造成焊口兩側(cè)部件的剛度差異較大，使連接部位的附加應(yīng)力增大。

3.3 微量噴水減溫器存在明顯的缺陷

試驗(yàn)結(jié)果分析:3號(hào)鍋爐微量噴水系統(tǒng)參數(shù):負(fù)荷238MW，主蒸汽流量788t/h，再熱蒸汽流量計(jì)算值655t/h，進(jìn)口再熱蒸汽壓力2.81MPa，出口再熱蒸汽壓力2.72MPa，減溫水壓力8.7MPa，減溫水溫度163℃。A、B側(cè)微量噴水系統(tǒng)分別有1個(gè)電動(dòng)門和1個(gè)調(diào)節(jié)門，正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)門全開，調(diào)節(jié)門用于調(diào)節(jié)微量噴水后的蒸汽溫度和出口再熱蒸汽溫度。微量噴水系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果（見表1）表明，A側(cè)調(diào)節(jié)門存在流量約5.4t/h的泄漏，B側(cè)調(diào)節(jié)門無泄漏。

由表1可知，在238MW負(fù)荷下，當(dāng)A側(cè)電動(dòng)門打開、調(diào)節(jié)門關(guān)閉時(shí)，表盤減溫水流量為5.4t/h，減溫前后蒸汽溫度下降26℃；電動(dòng)門打開前后出口再熱蒸汽溫度下降20℃。通過熱平衡計(jì)算得到的減溫水流量約5t/h，與表盤的減溫水流量接近，表明表盤的減溫水流量有一定的參考意義，減溫后充分混合的蒸汽溫度應(yīng)為454℃，減溫幅度為18℃。

從上表可以得出:a.3號(hào)鍋爐A側(cè)僅調(diào)節(jié)門的泄漏量就達(dá)到約5t/h，占主蒸汽流量的0.6%，占該側(cè)再熱蒸汽流量的1.5%，減溫幅度已經(jīng)達(dá)到18℃。b.減溫水流量為5t/h時(shí)，減溫后表盤蒸汽溫度為446℃，計(jì)算混合蒸汽溫度應(yīng)為454℃，兩者相差8℃，表明彎頭前噴入的減溫水與再熱蒸汽未能充分均勻混合，但溫度偏差不大。當(dāng)A側(cè)調(diào)節(jié)門開度小于4.8%時(shí)，減溫后蒸汽溫度沒有明顯變化；當(dāng)調(diào)節(jié)門開度為5.0%時(shí)，表盤減溫水流量從7.0t/h直接變?yōu)?0.2t/h，減溫后蒸汽溫度急劇下降至300℃以下，延遲一定時(shí)間后出口再熱蒸汽溫度也開始下降；為防止再熱蒸汽溫度降低過多，在關(guān)閉調(diào)節(jié)門的過程中，調(diào)節(jié)門開度從3.4%變?yōu)?.2%時(shí)，減溫水流量則從10.2t/h降至6.9t/h，減溫后蒸汽溫度迅速回升，延遲一定時(shí)間后再熱出口蒸汽溫度也回升。對(duì)B側(cè)的調(diào)節(jié)門試驗(yàn)也有同樣的結(jié)果，即B側(cè)調(diào)節(jié)門開度從2.4%變?yōu)?.6%時(shí)，減溫后蒸汽溫度急劇下降；在關(guān)閉調(diào)節(jié)門過程中，調(diào)節(jié)門開度從1.7%變?yōu)?.5%時(shí)，減溫后蒸汽溫度才開始回升。

試驗(yàn)結(jié)論:a.當(dāng)減溫水流量達(dá)到約10t/h時(shí)，減溫后蒸汽溫度急劇下降，表明此時(shí)的減溫水霧化和混合很差。減溫器后的蒸汽壓力約2.77MPa，蒸汽溫度為270～290℃，比飽和溫度（229.5℃）稍高，噴入的減溫水只完成了汽化和初始過熱過程，少部分減溫水還沒有汽化即進(jìn)入彎管。經(jīng)計(jì)算，流量為10t/h的減溫水與溫度為473℃的再熱蒸汽（238MW負(fù)荷下，流量為328t/h）均勻混合后的蒸汽溫度應(yīng)為437℃，實(shí)際減溫幅度應(yīng)為36℃。在同樣的管道長度下，噴水流量從7.0t/h增至10.2t/h，汽溫變化如此劇烈，說明減溫水霧化出現(xiàn)問題。割下的直管段中外弧側(cè)和內(nèi)弧側(cè)內(nèi)表面出現(xiàn)的氧化層說明外弧側(cè)存在水沖擊現(xiàn)象。b.現(xiàn)有的微量噴水調(diào)節(jié)門和微量噴水減溫系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)減溫水的連續(xù)調(diào)節(jié)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)門開度變化0.2%即引起減溫水的大幅變化，無法實(shí)現(xiàn)微量噴水的連續(xù)調(diào)節(jié)，這是彎頭承受頻繁交變應(yīng)力的結(jié)果。由于調(diào)節(jié)門和噴水系統(tǒng)的缺陷，再熱蒸汽溫度要么過高，要么偏低過多，使彎頭頻繁交變應(yīng)用，且可能存在部分水沖擊。

噴水減溫的有關(guān)計(jì)算:通過熱平衡計(jì)算，在238MW負(fù)荷下，主蒸汽流量為788t/h，單側(cè)再熱蒸汽流量約328t/h，噴水前蒸汽溫度473℃，微量噴水流量與減溫幅度的關(guān)系曲線如圖2所示。即要對(duì)出口蒸汽溫度實(shí)現(xiàn)10℃以內(nèi)的微調(diào)，微量噴水流量不能超過3t/h；當(dāng)單側(cè)微量噴水流量達(dá)到10t/h時(shí)（占主蒸汽流量的1.27%，占該側(cè)再熱蒸汽流量的3.0%），即使霧化和混合均非常好，減溫后蒸汽溫度和出口蒸汽溫度的變化也將超過35℃。由于噴入一部分水后，再熱蒸汽流量增加，在相同吸熱量下，出口蒸汽溫度下降幅度略大于減溫后蒸汽溫度的下降幅度。

出口蒸汽溫降的關(guān)系:同樣的減溫水量，噴在不同位置對(duì)蒸汽溫度的影響是不一樣的。如圖3所示，相同的減溫水量，事故噴水減溫器的減溫幅度要小于微量噴水減溫器的減溫幅度，而對(duì)出口再熱蒸汽溫度的影響兩者則接近，但事故噴水減溫器的調(diào)節(jié)時(shí)間會(huì)比微量噴水減溫器長，因?yàn)榈蜏卦贌崞鬟M(jìn)口汽溫的變化引起高溫再熱器出口汽溫變化顯然比微量噴水調(diào)節(jié)需要更長的時(shí)間。

若在過熱器的三級(jí)減溫處噴入同樣的減溫水量，過熱蒸汽溫度的波動(dòng)幅度明顯比再熱蒸汽的溫度波動(dòng)幅度小，這是因?yàn)榇藭r(shí)的減溫水量占過熱蒸汽量的比例減小，同時(shí)過熱蒸汽減溫水壓力（16.9MPa）與過熱蒸汽壓力(15.7MPa)之間的壓差明顯小于再熱蒸汽減溫水壓力（8.7MPa）與再熱蒸汽壓力（2.8MPa）之間的壓差，使得過熱蒸汽減溫水流量易于控制。

圖3 238MW負(fù)荷下不同的噴水位置對(duì)蒸汽減溫幅度和出口蒸汽溫降幅度的影響

綜合以上分析，導(dǎo)致3號(hào)鍋爐微量噴水減溫器右側(cè)彎頭開裂原因可歸結(jié)為:（1）調(diào)節(jié)再熱汽溫手段不佳。3號(hào)鍋爐再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)以尾部擋板調(diào)節(jié)方式為主，但實(shí)際運(yùn)行中煙氣擋板調(diào)節(jié)方式有較大的滯后性，調(diào)節(jié)靈敏度差，使用不充分，增大了微量噴水流量，煙氣擋板調(diào)節(jié)品質(zhì)需要進(jìn)一步提高。作為輔助手段的微量噴水減溫器和微量噴水調(diào)節(jié)門存在缺陷，造成蒸汽溫度大幅波動(dòng)，使得彎頭及前后直管承受交變應(yīng)力。除非停用微量噴水，否則存在部分水沖擊的可能。（2）檢修工藝質(zhì)量差。原始管段（機(jī)組安裝時(shí)）的彎頭下焊口直管段的內(nèi)坡口退刀槽沒有圓滑過渡，出現(xiàn)1～2mm高度的臺(tái)階，該部位為整個(gè)管系的薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)，沒有圓滑過渡、形狀不規(guī)則、直段和斜段過渡不連續(xù)等形狀缺陷增大了該部位的應(yīng)力水平。在微量噴水引起的交變熱應(yīng)力作用下，最終在最薄弱的退刀槽處產(chǎn)生裂紋和泄漏。（3）設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。微量噴水減溫器混合段較短，造成減溫水沒有充分汽化就流經(jīng)后部彎頭，彎頭及下焊口因溫差大而產(chǎn)生熱應(yīng)力。暴露了微量噴水減溫器混合段設(shè)計(jì)不合理的問題。

設(shè)備缺陷對(duì)運(yùn)行方式的影響:因3號(hào)機(jī)組高壓加熱器退出運(yùn)行，導(dǎo)致過熱、再熱蒸汽溫度偏高，過熱減溫水調(diào)節(jié)門基本全開，再熱器側(cè)煙氣擋板不能關(guān)太小，再熱器減溫水量較大。暴露了3號(hào)機(jī)組高壓加熱器設(shè)備維護(hù)不到位問題。

4 預(yù)防措施

4.1 運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定。3號(hào)鍋爐再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)應(yīng)以煙氣擋板調(diào)節(jié)方式為主，盡量少用微量噴水調(diào)節(jié)方式變化應(yīng)提前做出預(yù)判，以便對(duì)再熱氣溫設(shè)法投入尾部擋板來自動(dòng)調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度，以減少微量噴水用量。

4.2 提高檢修工藝。打磨消除減溫器后彎頭焊口處退刀槽臺(tái)階，使之圓滑過渡，（這一做法應(yīng)嚴(yán)格要求于其他熱力系統(tǒng)的高溫高壓管道中）避免熱應(yīng)力的集中，并加強(qiáng)微量減溫器噴嘴、內(nèi)套筒和低溫再熱器至高溫再熱器蒸汽導(dǎo)管的內(nèi)窺和監(jiān)督檢查。

4.3 加強(qiáng)對(duì)高壓加熱器設(shè)備的檢修和運(yùn)行維護(hù)管理。確保高壓加熱器的正常投入，盡量保持過熱、再熱蒸汽溫度的相對(duì)穩(wěn)定。

4.4 建議改進(jìn)微量噴水減溫器及其管系結(jié)構(gòu)。使減溫水在經(jīng)過彎頭前能充分汽化，避免出現(xiàn)減溫器后彎頭及下焊口外弧側(cè)與內(nèi)弧側(cè)溫差過大的問題。

4.5 建議對(duì)現(xiàn)有的微量噴水調(diào)節(jié)門進(jìn)行重新選型。通過更換新型號(hào)的微量噴水調(diào)節(jié)門，特別是使用適用高壓才差的調(diào)節(jié)門來實(shí)現(xiàn)減溫水的連續(xù)調(diào)節(jié)，減少減溫器后彎頭承受頻繁交變應(yīng)力和水沖擊的發(fā)生。

[1]麥劍，范華挺.微量噴水減溫器管道泄漏原因分析和處理[J].廣東電力，2011.