李 偉

（中國(guó)石化茂名分公司熱電分部，廣東茂名 525011）

0 引言

在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，CFB（Circulating Fluidized Bed boiler，循環(huán)流化床鍋爐）二級(jí)減溫器裂紋故障發(fā)生的頻次非常高，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，工業(yè)企業(yè)在現(xiàn)代化的發(fā)展過(guò)程中，要根據(jù)CFB 鍋爐二級(jí)減溫器故障的相關(guān)原因，來(lái)采取有效的裂紋控制手段，消除鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行中的各種風(fēng)險(xiǎn)。

1 減溫器結(jié)構(gòu)及作用

根據(jù)CFB 鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，減溫器是鍋爐系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)成，在整個(gè)的鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著不可替代的作用。該鍋爐采用兩級(jí)噴水減溫器來(lái)進(jìn)行過(guò)熱汽溫的有效調(diào)節(jié)，其中，第一級(jí)噴水減溫器處于一級(jí)過(guò)熱器出口集箱到屏式過(guò)熱器進(jìn)口集箱的連接管道，左右各設(shè)計(jì)有一個(gè)，設(shè)計(jì)噴水量全部處于這一級(jí)中，鍋爐運(yùn)行中起著主要的調(diào)節(jié)與控制作用，在一定程度上可以將屏式過(guò)熱器管壁溫度控制在合理的范圍內(nèi)。第二級(jí)減溫器處于屏過(guò)出口集箱到二級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱的導(dǎo)管上，同樣在左右各設(shè)計(jì)了一個(gè)，在鍋爐運(yùn)行中，當(dāng)一級(jí)減溫器噴水量受到了限制以后，就要啟用這一級(jí)別的減溫器。

在該鍋爐系統(tǒng)中，一、二級(jí)左右側(cè)的噴水減溫器，均使用的是旋渦文丘里式噴水減溫器，這種特殊的減溫器類型整體結(jié)構(gòu)包含了筒體、噴頭、文丘里混合管、襯套。在減溫器的運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)樵谖那鹄锸焦芏瞬吭O(shè)置有一個(gè)旋渦噴嘴，該旋渦噴嘴的霧化作用非常突出，減溫水經(jīng)過(guò)旋渦噴嘴的霧化處理以后，進(jìn)入文丘里管與蒸汽直接混合，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保障了二者之間良好的混合效果，減溫幅度非常大。

2 設(shè)備概況

某工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力車間2#CFB 鍋爐B0102，設(shè)備型號(hào)為FW-410/9.81-M004，介質(zhì)主要為蒸汽，設(shè)計(jì)負(fù)荷410 t/h，設(shè)計(jì)壓力9.81 MPa，設(shè)計(jì)溫度535 ℃。在該鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，CFB 鍋爐二級(jí)減溫器存在裂紋故障頻發(fā)的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)裂紋情況所引起的停工情況分析，其停工經(jīng)過(guò)如下：某年9 月21 日上午，班組在操作的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)2#爐6 樓北側(cè)部位的二級(jí)減溫水入減溫器的保溫鋁皮部位存在冒汽情況，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，這一問(wèn)題可能是由于此部位的泄漏所引起的，有關(guān)人員發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題后，及時(shí)上報(bào)了相關(guān)部門，檢查發(fā)現(xiàn)在鍋爐二級(jí)減溫器母線外表面有一條長(zhǎng)120 mm 的裂紋。

3 CFB 鍋爐二級(jí)減溫器裂紋故障分析

3.1 主要問(wèn)題及檢查情況

在該CFB 鍋爐中發(fā)現(xiàn)二級(jí)減溫器裂紋故障以后，為避免裂紋對(duì)生產(chǎn)的直接影響，減小經(jīng)濟(jì)損失，有關(guān)部門立即組織相關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的裂紋情況進(jìn)行了檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，二級(jí)減溫器故障部位集箱材料的材質(zhì)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；集箱硬度最高110 HB，根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)，其硬度值最好控制在125～179 HB，對(duì)比發(fā)現(xiàn)集箱硬度低于正常標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)由金相檢查，球化級(jí)別為3 級(jí)，屬于輕度球化；UT 檢查結(jié)果表明，故障部位的裂紋長(zhǎng)度360 mm。

經(jīng)由內(nèi)窺鏡檢查，在減溫器北側(cè)內(nèi)套筒縮頸處焊縫位置存在著明顯缺陷，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)缺陷的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)套筒中存在微孔洞；二級(jí)減溫器北側(cè)內(nèi)套筒焊縫處的裂紋問(wèn)題明顯；南側(cè)內(nèi)套筒處焊縫處同樣伴隨著裂紋現(xiàn)象的發(fā)生。經(jīng)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)故障部位的全面檢查后發(fā)現(xiàn)，二級(jí)減溫器南北側(cè)內(nèi)套管焊縫裂紋更為明顯，北側(cè)內(nèi)套筒縮頸處存在焊縫擴(kuò)展情況。

3.2 直接原因分析

根據(jù)該工業(yè)企業(yè)中鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行情況，CFB 鍋爐二級(jí)減溫器處的運(yùn)行情況如下：減溫水溫度和蒸汽管溫度分別為205 ℃、480 ℃，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的全面檢查，內(nèi)套筒水室出口側(cè)焊縫處存在著一定的裂紋分布，該部位的裂紋與集箱裂紋的方向基本相同。由此基本上可以判定，集箱裂縫的直接原因?yàn)閮?nèi)筒孔洞與焊縫裂紋缺陷所致。當(dāng)這一問(wèn)題出現(xiàn)以后，內(nèi)筒對(duì)集箱的保護(hù)功能喪失，沒(méi)有被完全汽化的減溫水和蒸汽充分混合以后，所形成的混合物會(huì)直接送達(dá)集箱內(nèi)壁。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)于壁厚為40 mm 的鋼材，當(dāng)溫度變化為0.9 ℃/s 的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外壁出現(xiàn)50 ℃左右的溫度差異，正是這種溫度差異使得在該部位沒(méi)有被充分汽化的減溫水一旦接觸到了集箱內(nèi)部，交變溫度應(yīng)力的反復(fù)作用引起裂紋的出現(xiàn)。對(duì)內(nèi)套筒裂紋而言，噴口處于頻繁的噴水減溫條件下，熱交變應(yīng)力作用下，應(yīng)力集中部位可能會(huì)引起熱疲勞裂紋。

根據(jù)鍋爐運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的工況條件分析，CFB 鍋爐長(zhǎng)時(shí)間保持在低負(fù)荷工況條件下，這一運(yùn)行工況時(shí)的二級(jí)減溫水可能維持一段時(shí)間的噴水或者停止噴水過(guò)程中。結(jié)合鍋爐運(yùn)行情況，當(dāng)鍋爐負(fù)荷處于230 t/h 以內(nèi)的狀態(tài)下，二級(jí)減溫水不投入使用就可，一旦鍋爐運(yùn)行負(fù)荷超出了280 t/h 限值，二級(jí)減溫水將長(zhǎng)期投入使用。3#CFB 鍋爐在投入使用以后，2#鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷長(zhǎng)期保持在240～270 t/h，尤其是在1～9 月，2#鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷為256 t/h，平均減水溫量達(dá)到了0.99 t/h，當(dāng)鍋爐處于吹灰條件下時(shí)，減溫水調(diào)節(jié)閥處于自動(dòng)控制的條件下，對(duì)減溫水的調(diào)整和投切相對(duì)頻繁，當(dāng)處于低減溫水流量的情況下，減溫器的霧化效果難以保障，也就增加了二級(jí)減溫器的熱疲勞裂紋故障概率。

減溫器裂紋故障也可能是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、安裝問(wèn)題所引起的，根據(jù)專業(yè)人員拍攝的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物照片，發(fā)現(xiàn)在減溫器內(nèi)部熱交變應(yīng)力作用下的破壞從應(yīng)力集中部位開始。北側(cè)二級(jí)減溫器內(nèi)套管外壁固定支撐點(diǎn)處的磨損問(wèn)題非常嚴(yán)重，在制造廠安裝的過(guò)程中，固定支撐點(diǎn)的打磨量超出了正常標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致集箱與內(nèi)筒之間的間隙過(guò)大，當(dāng)在嚴(yán)重的汽流激振作用下，內(nèi)筒混合段筒體存在高頻抖動(dòng)的問(wèn)題，這一問(wèn)題加劇了相關(guān)部位零部件的機(jī)械疲勞裂紋產(chǎn)生。當(dāng)然，在這一條件下，環(huán)形噴嘴和文丘里管設(shè)計(jì)存在一定的設(shè)計(jì)缺陷和漏洞，因?yàn)樵阱仩t運(yùn)行的過(guò)程中，噴入水和氣流呈現(xiàn)出相互垂直的狀態(tài)，且二者之間的距離比較短，當(dāng)內(nèi)套管中出現(xiàn)了裂紋以后，減溫水可能會(huì)與外管壁直接接觸，引起外部管線的損傷和破壞。

3.3 可能原因分析

二級(jí)減溫器內(nèi)套筒環(huán)形焊縫位置處，根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中并未嚴(yán)格要求100%焊縫的RT 檢查，僅僅要求做100%PT 檢測(cè)，因此，北側(cè)二級(jí)減溫器內(nèi)套筒縮頸處的裂紋，可能是由于焊接工藝應(yīng)用不當(dāng)所引起的。

3.4 管理原因分析

管理因素同樣是引起CFB 鍋爐二級(jí)減溫器裂紋故障的重要原因，相關(guān)管理機(jī)構(gòu)在鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，并未及時(shí)評(píng)估鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下時(shí)對(duì)于二級(jí)減溫器造成的直接影響，在后續(xù)檢修維護(hù)的過(guò)程中，并未做好對(duì)二級(jí)減溫器的檢查，對(duì)裂紋故障的發(fā)現(xiàn)和處理不夠及時(shí)。

根據(jù)上述分析，該CFB 鍋爐裂紋是由于二級(jí)減溫器內(nèi)套管設(shè)計(jì)缺陷引起的，當(dāng)然還有很多方面的原因，CFB 鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行工況條件下有著對(duì)應(yīng)的二級(jí)減溫器內(nèi)套管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)存在設(shè)計(jì)缺陷的情況下，裂紋發(fā)生概率較高。減溫器內(nèi)套管長(zhǎng)期受到冷熱交變應(yīng)力的作用，導(dǎo)致在文丘里縮頸處環(huán)形焊縫部位出現(xiàn)了明顯的開裂。

4 裂紋故障處理

（1）根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行工況要求，對(duì)減溫減壓器加以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，條件允許的情況下改變部分材料材質(zhì)和內(nèi)套筒的固定，盡量使內(nèi)外套筒的材料一致。

（2）2#鍋爐已更換減溫器內(nèi)套筒材料，往往僅能夠維持3～6個(gè)月的運(yùn)行周期。1#鍋爐的投運(yùn)周期雖然較長(zhǎng)，但是其整個(gè)的運(yùn)行工況與2#鍋爐運(yùn)行有著極高的相似度，在這一運(yùn)行條件下，可能存在內(nèi)套筒甚至集箱損壞的情況，在未完全更換減溫器之前，鍋爐系統(tǒng)存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了適當(dāng)延長(zhǎng)1#、2#鍋爐的運(yùn)行周期，可以在鍋爐系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，適當(dāng)進(jìn)行3 臺(tái)鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷分配。當(dāng)3#鍋爐運(yùn)行負(fù)荷在330～370 t/h 之間時(shí)，運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整要以3#鍋爐作為基礎(chǔ)，將1#、2#鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷保持在220～240 t/h 的穩(wěn)定負(fù)荷條件下；當(dāng)3#鍋爐運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到了370 t/h 甚至更高的條件下時(shí)，如果依舊難以達(dá)到鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行要求，適當(dāng)提高2#鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷，降低3#鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷。

（3）做好日常的鍋爐檢修與維護(hù)。在3#鍋爐的檢修中，保持其他兩個(gè)鍋爐的高負(fù)荷運(yùn)行工況條件，使得二級(jí)減溫水可以連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)鍋爐總體負(fù)荷在800 t/h 以內(nèi)時(shí)，對(duì)1#、2#鍋爐的二級(jí)減溫器運(yùn)行條件加以適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。

（4）在1#、2#鍋爐處于吹灰階段時(shí)，為降低裂紋的出現(xiàn)概率，要適當(dāng)降低其運(yùn)行負(fù)荷且避免二級(jí)減溫水的投運(yùn)。一旦外部的用汽負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了很大的波動(dòng)，要首先滿足系統(tǒng)平衡運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，總體工況處于穩(wěn)定狀態(tài)后方可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

（5）因?yàn)殄仩t系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)受到DCS 自控系統(tǒng)的干擾，生產(chǎn)負(fù)荷不滿足減溫水投自動(dòng)的狀態(tài)下時(shí)，1#、2#鍋爐二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥最好選用手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式。

（6）不斷完善對(duì)二級(jí)減溫器的巡查處理，不斷針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況對(duì)二級(jí)減溫器做好日常的巡查和檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中潛在的裂紋故障并加以處理，避免裂紋的擴(kuò)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，CFB 鍋爐系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，二級(jí)減溫器是這一鍋爐系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成，但該部件運(yùn)行中的裂紋故障較為常見(jiàn)，影響了系統(tǒng)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)中，要針對(duì)二級(jí)減溫器的裂紋類型和原因，采取針對(duì)性的措施，最大程度上保障CFB 鍋爐的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。