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        淺談600MW等級鍋爐氧化皮堵塞末級過熱器管的處理技巧

        2019-09-10 07:22:44張小平朱朝剛丁吉偉
        科學導報·科學工程與電力 2019年36期
        關鍵詞:壁溫

        張小平 朱朝剛 丁吉偉

        【摘 ?要】公司建有三臺650MW—HG-1950/25.4-YM1型鍋爐,末級過熱器位于折焰角上方,沿爐寬方向排列共30片管屏,入口段的管子φ44.5×8.5,材質(zhì)為SA-213 T91,底部彎頭及出口段的管子為φ44.5×8.5/9.5,材質(zhì)為SA-213 TP347H,底部彎頭采用大“R”的平底結(jié)構(gòu),在啟動期間,曾發(fā)生過個別管子堵塞,壁溫異常,通過加負荷、變流量等一些列操作后,堵塞的氧化皮被沖走,壁溫恢復正常。

        【關鍵詞】氧化皮;末級過熱器;壁溫;許用應力;快速升降負荷;蒸汽擾動

        1 概述

        華潤電力(常熟)有限公司建有三臺650MW—HG-1950/25.4-YM1型鍋爐,是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司利用英國三井巴布科能源公司(MB)的技術支持,進行設計、制造的。鍋爐為一次中間再熱,超臨界壓力變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生直流鍋爐,單爐膛,平平衡通風,固態(tài)排渣,全鋼架,全懸吊結(jié)構(gòu),π型布置。鍋爐島為露天布置。

        末級過熱器的壁溫計算是由計算機程序來完成數(shù)值計算的。程序根據(jù)管屏數(shù)量、單片管屏的并聯(lián)管數(shù)量和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、煙氣溫度的分布,計算管屏之間和管屏并聯(lián)管之間的流量分布,再根據(jù)流量分布及煙氣分布進行循環(huán)計算,最終得到各根管子的壁溫數(shù)值。末級過熱器的材料選取和強度核算是根據(jù)最高壁溫來進行的,留有足夠的裕量。

        末級過熱器位于折焰角上方,沿爐寬方向排列共30片管屏,管屏間距為690mm,每片管組由20根管子20根管子繞 繞而成,入口段的管子φ44.5×8.5,材質(zhì)為SA-213 T91。底部彎頭及出口段的管子為φ44.5×8.5/9.5,材質(zhì)為SA-213 TP347H。底部彎頭采用大“R”的平底結(jié)構(gòu),每片末級過熱器均連接有入口及出口集箱各一只,在車間內(nèi)焊接完成出廠。從φ219×40,材質(zhì)為SA-335 P91的末級過熱器出口集箱引出的蒸汽通過φ168×30,材質(zhì)為SA-335 P91的出口連接管引至φ508×80,材質(zhì)為SA-335 P91的末級過熱器出口匯集集箱,并經(jīng)出口匯集集箱兩端引出的兩根主蒸汽管道進入汽機。

        2末級過熱器管氧化皮堵塞實例

        公司1號爐2017年6月11日調(diào)停檢修結(jié)束后啟動過程中,于6月12日凌晨2點10分左右末級過熱器11-11(紅色線)、22-9(藍色線)兩個測點壁溫比別的的測點(綠色線)高出50度左右,11-11測點壁溫絕對值更高,見下圖SIS截圖。

        3末級過熱器管堵塞原因分析

        本爐型的末過蒸汽是從屏式過熱器流過來的,屏過入口管節(jié)流孔最小內(nèi)徑為12mm,最大內(nèi)徑為24mm,末過管無節(jié)流孔,最小內(nèi)徑為27.5mm,末過內(nèi)徑27.5>屏過內(nèi)徑24,因此屏過能通過的異物末過管子依然能通過。本次啟機中,屏過壁溫正常,從而排除是異物飄逸,堆積在末過入口的現(xiàn)象。

        此外,鍋爐點火后13小時壁溫一直正常,說明管子在此期間是暢通的,在6月12日凌晨2點10分左右突然壁溫比別的管子增加50度,說明管子通流突然下降,完全符合氧化皮脫落堵管特征。

        由于主汽溫度參數(shù)較高,受材質(zhì)高溫抗氧化性能、爐膛高溫煙氣、受熱面布置、流量分配等因素的影響,目前超臨界機組的末級過熱器產(chǎn)生高溫氧化皮是不可避免的,且容易脫落。

        在高溫下,高溫蒸汽管內(nèi)的鐵會和水蒸汽起發(fā)應,生成氧化鐵系列如FeO、、FeO、FeO,并放出氫氣。最初生成的氧化層主要是由FeO構(gòu)成,這層氧化層是較為致密和富有韌性的,對金屬母材起著保護作用。但當管壁內(nèi)溫度達560℃至570℃左右時,生成的氧化物則含有較多的FeO,該層氧化物結(jié)構(gòu)較為疏松,且由于鐵基體和Fe3O4 氧化物、、FeO氧化物之間熱膨脹系數(shù)各不同,在溫度變化范圍較大時,就容易剝落,剝落的氧化皮隨蒸汽流動,多數(shù)被帶入汽輪機,在某些情況下會在垂直管屏的U形彎頭底部沉積,阻礙蒸汽流動,當鍋爐燃燒不穩(wěn),熱負荷波動較大時,管子壁溫溫度變化過大,因氧化皮層和鍋爐管母材的熱膨脹系數(shù)不同,導致氧化皮層開裂,則瞬時大面積脫落,管內(nèi)蒸汽來不及帶走(管子進出口兩端部壓差只有0.3MPa,從底部彎頭至末過管子出口垂直高度為13~14米)脫落的氧化皮堵塞在彎頭處,嚴重時會引起爐管內(nèi)流量減少而過熱爆管。

        4測點顯示值復合及強度校核

        在2017年6月12日凌晨4點28分左右對11-11測點熱電偶進行檢查,未發(fā)現(xiàn)測溫電阻有異常。壁溫偏差仍為30-50℃,可以證明上述兩個測點顯示值是真實有效。

        因為上述兩個測點的壁溫均超過報警值,因此需要確定此時末級過熱器運行的臨界參數(shù),以防止末過由于強度不足而瞬時爆破。

        查找鍋爐廠提供的《小口徑管強度計算匯總表》,得知安裝壁溫測點處末級過熱器的設計情況為:材質(zhì)SA-213T91,規(guī)格44.5×9.5,設計溫度為600℃,壓力為28.4MPa,最小壁厚為8.21。由表1

        注 ?S值取自于ASME鍋爐壓力容器法規(guī)第Ⅰ卷(表PG-23.1)和第Ⅷ卷第一部分(表USC-23)

        為便于運行操作,現(xiàn)對末過管子650℃時的運行參數(shù)進行校核:

        參照公式1

        公式1:[p]=2ψ[σ]δ/D+δ

        查詢表1得知:S=29.6 MPa,則σ=29.6,ψ=1,δ=9.5,D=25.5,

        則:[p]=(2×1×29.6×9.5)÷(25.5+9.5)=16.07≈16.1

        因此,末過管子在氧化皮沒吹通之前,最高溫度不得超過650℃,運行壓力最高不超過16.1MPa。

        5 氧化皮堵塞末級過熱器管處理

        5.1利用PCV閥啟閉進行過熱器壓力波動

        2017年6月12日早上8點利用PCV閥啟閉進行過熱器壓力波動干涉,但沒有效果.

        5.2利用安全閥及PCV閥啟閉進行過熱器壓力波動

        2017年6月12日下午3點10分左右,利用人工同時微啟過熱器6個安全閥以及PCV閥多次,未產(chǎn)生效果。

        5.3通過升負荷,增大蒸汽流量

        2017年6月12日,16:30開始升負荷,隨著負荷的升高,超溫壁溫一直在增加,11-11測點達到峰值640℃時(17:43,348MW),開始下降至630℃(18:00,336MW)持續(xù)23分鐘左右,18:23時,突然由629下降到455℃,此時負荷339MW.

        隨后,繼續(xù)緩慢升負荷,22-9測點溫度由587緩慢上升至634℃峰值,突然下降到495℃,此時負荷437MW.

        2017年6月12日20:13,兩個超溫測點恢復正常,機組正常投AGC調(diào)節(jié)。

        6結(jié)論

        6.1材質(zhì)為SA-213 TP347H的末過管子容易產(chǎn)生氧化皮,且在啟爐過程中(點火不超過24小時期間)氧化皮極易集中脫落堵塞管子,啟爐過程中需加強壁溫測點觀測,條件允許情況下,可每根管子加裝壁溫測點。

        6.2當確定氧化皮堵塞末過管子后,不能急著升負荷及提高主汽壓力,需要根據(jù)相關資料計算出管子安全的運行參數(shù),防止瞬時過熱爆管。

        6.3可通過快速變動蒸汽流量、壓力等手段,如快速升降負荷,將堆積的氧化皮沖走。

        6.4僅靠微啟安全閥,一般無法沖走堵塞末過管子的氧化皮,因存在安全風險,不建議將安全閥全啟來增加蒸汽流量、壓力擾動。

        6.5通過采取大流量低參數(shù)升負荷,是最有效的帶走堆積的氧化皮方法。

        6.6如果采取快速升降負荷、及大流量低參數(shù)升負荷等手段任然無法將氧化皮沖走,則可考慮發(fā)電機解列,開旁路進行吹掃。

        6.7如果上述手段任然無法將堆積的氧化皮沖走,這種情況很少見,則建議停爐清理,雖然會影響電廠經(jīng)濟性,但無論時間還是檢修成本均遠遠低于鍋爐爆管。

        參考文獻:

        [1] 陳慧琴,陳欣,王浩然,常熟3#綜合改造小口徑管強度計算匯總表(F0330XJ001K503),哈爾濱鍋爐廠有限責任公司

        [2] 姜求志,王金瑞等,火力發(fā)電廠金屬材料手冊,中國電力出版社

        [3] 李立人等,水管鍋爐?第四部分:受壓元件強度計算(GB/T 16507.4-2013),中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會

        (作者單位:華潤電力(常熟)有限公司)

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