杜曉吉 李壯壯
(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司 陜西榆林)
公司SZS20/1.8/350-1.6型鍋爐,2009年11月投用,減溫器材料為20g,規(guī)格為Φ325×9 mm,L=2978 mm,為面式減溫器。運行期間,連續(xù)發(fā)生減溫器筒體裂紋泄漏。減溫器結構如圖1、圖2所示。
圖1 減溫器結構型式
運行過程中發(fā)現(xiàn)減溫器筒體中部有蒸汽外泄,停機后拆除保溫,發(fā)現(xiàn)筒體多處存在裂紋。開裂部位集中于減溫器中部,位于過熱器管束與筒體接口部位,如圖3、圖4所示。
圖2 減溫器筒體剖面
(1)現(xiàn)場操作方面。啟爐升溫過快,溫度過高,筒體不能按設計方向膨脹有效釋放熱應力,造成局部應力集中,產(chǎn)生裂紋。頻繁啟停鍋爐,筒體在交變應力作用下,產(chǎn)生疲勞破裂;
(2)設計制造方面。減溫器蛇管制造焊接質量不達標,導致減溫水泄漏,激冷筒體造成筒體裂紋。
下部管束制造間距不夠規(guī)整,安裝過程中無法保證與水冷壁對流管束保證要求間隙;帶應力安裝,啟爐后熱應力無法釋放,造成筒體裂紋。
圖3 減溫器筒體外壁損壞處照片
圖4 減溫器筒體剖切后裂紋處照片
(1)啟爐數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)見表1。
表1 啟爐數(shù)據(jù)
(2)減溫器筒體材料20g(GB 3087),在《TSG G0001-2012鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》中,對于壁溫(指計算壁溫)有規(guī)定見表2。
(3)依照《GBT 9222-2008水管鍋爐受壓元件強度計算》中規(guī)定,公司所用燃氣爐減溫器的計算壁溫可參考公式,計算壁溫=介質額定平均溫度+50℃。所用燃氣鍋爐額定蒸汽溫度為350℃,計算壁溫應為400℃。因而從10#爐的過熱蒸汽數(shù)據(jù)最高溫度438℃,可以判定減溫器筒體處存在超溫現(xiàn)象。
表2 鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程壁溫規(guī)定
(4)行業(yè)中關于啟爐速率的規(guī)定。國家及行業(yè)內關于鍋爐升溫速度尚未有強制性規(guī)范及標準文件,但多數(shù)行業(yè)操作規(guī)程中規(guī)定,要求工質溫度平均上升速度應≤(1.5~2.0)℃/min,對應到公司的爐型,其升溫總時間應在160~213 min。從10#、11#爐的數(shù)據(jù)中可以看出,爐膛升溫速度最高達56.6℃/min,遠大于行業(yè)規(guī)定速度。
(5)產(chǎn)品設計制造質量。通過對面式減溫器蛇管焊接質量檢查,曾多次發(fā)現(xiàn)漏點,存在蛇管泄漏導致減溫水直接噴射至筒體表面,造成筒體表面激冷收縮產(chǎn)生裂紋的可能。檢查其對流管束與過熱器管束安裝間距發(fā)現(xiàn),對流管束中心距230 mm最大間距256 mm(Φ60×3.5 mm),過熱器管束中心距115mm,最大管束中心距128 mm(Φ38×3.5 mm),2組過熱器插入一組對流管束內;安裝后要求總間隙為17~20 mm。實際測量設備制造誤差達5 mm,部分管束安裝間隙為0。存在鍋爐運行后,筒體不能按設計方向膨脹有效釋放熱應力,造成局部應力集中,產(chǎn)生裂紋。
由以上可判定該故障主要由啟爐升溫速率過快,溫度過高,筒體不能按預定方向膨脹釋放熱應力,導致局部應力過大,造成筒體損壞。可采取相應處理方案,如操作方面,應規(guī)范啟爐操作,延長升溫時間,控制筒體溫度。在設備制作安裝質量方面,應對有明顯外觀缺陷的,采用預修措施,嚴格控制安裝施工質量(保障管束間隙)。