趙志宏，黃利明，李煥君，曾紅芳，王 榮

(內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn) 012100)

0 引 言

某電廠2號(hào)鍋爐在機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生了爐管泄漏，停爐后為加快冷卻速度，進(jìn)行了強(qiáng)制冷卻，具備檢修條件后進(jìn)爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)后屏過熱器直管段和彎管段異種鋼焊口開裂，消缺后機(jī)組再次啟動(dòng)4 h又發(fā)生泄漏，泄漏部位仍為后屏過熱器，兩次共計(jì)被迫停運(yùn)233 h，給企業(yè)造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 設(shè)備概況

該電廠為2×600 MW亞臨界空冷機(jī)組，鍋爐型號(hào)為SG2059-17.5-M915型控制循環(huán)、四角切圓燃燒、一次中間再熱、固態(tài)排渣π型汽包爐，出口蒸汽參數(shù)為17.5 MPa/540 ℃/540 ℃，該鍋爐設(shè)計(jì)為五級(jí)過熱器，即爐頂、延伸側(cè)墻及尾部包覆過熱器→低溫過熱器→分隔屏→后屏→末級(jí)過熱器，爆管發(fā)生在后屏過熱器。后屏過熱器布置在分隔屏之后，共25屏，每屏由20根并聯(lián)管組成，最外圈管子外徑Φ60 mm，其余內(nèi)圈均為Φ54 mm，橫向節(jié)距762 mm，材料除最外圈底部及最內(nèi)圈繞管底部為不銹鋼SA-213 TP347H(FG)材質(zhì)外，其余為12Cr1MoVG、SA-213T91材質(zhì)。為提高后屏過熱器底部夾屏彎安全裕度，2014年A修將原后屏過熱器底部夾屏彎材質(zhì)由TP347H更換為TP347HFG，彎曲半徑由163 mm調(diào)整為185 mm。

2 過熱器泄漏點(diǎn)檢查處理過程

7月27日01∶50,1號(hào)爐發(fā)生“四管泄漏”報(bào)警信號(hào)，專業(yè)人員就地檢查有明顯泄漏聲，申請(qǐng)網(wǎng)調(diào)同意后于20:50機(jī)組停運(yùn)，鍋爐密閉。因7月份為發(fā)電的黃金期，為加快檢修進(jìn)度，于7月28日0∶56啟動(dòng)引、送風(fēng)機(jī)維持送風(fēng)量416 t/h進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，冷卻19 h后，汽包壓力0.28 MPa，停運(yùn)風(fēng)機(jī)，鍋爐密閉放水，放水后7 h，再次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻，27 h后爐內(nèi)溫度達(dá)46 ℃，具備檢修條件后停運(yùn)風(fēng)機(jī)，開始檢查泄漏點(diǎn)。經(jīng)查在后屏過熱器第23屏20、21根距B點(diǎn)約2 m處發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，其中21根異種鋼(TP347HFG+12Cr1MoVG)焊口開裂約4/5周(如圖1所示)，泄漏管上方進(jìn)行脹粗測(cè)量，第22排、24排有明顯沖刷減薄痕跡。

圖1 后屏過熱器首次泄漏實(shí)物圖

按照DL/T752—2010《火力發(fā)電廠異種鋼焊接規(guī)程》要求，更換了泄漏的第23屏夾屏U形彎(TP347HFG)及被吹損的23屏22、24屏11～17等共計(jì)10根爐管，焊后進(jìn)行了熱處理和射線檢查。7月31日17∶07全部處理完成，機(jī)組具備啟動(dòng)條件。

8月2日，鍋爐點(diǎn)火，3日6∶01機(jī)組并網(wǎng)，8∶30機(jī)組負(fù)荷380 MW、主汽壓力12.5 MPa，巡檢員發(fā)現(xiàn)鍋爐50 m甲側(cè)有爐管泄漏聲，8∶45在專業(yè)人員確認(rèn)泄漏過程中，泄漏聲突然增大。后申請(qǐng)網(wǎng)調(diào)同意降低負(fù)荷至300 MW，鍋爐降壓至8 MPa運(yùn)行，10∶38機(jī)組停運(yùn)。

8月5日中午，爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)為后屏過熱器22屏第22、24根管，因管內(nèi)積水瞬間噴出，爆破力反沖，第19彎扭曲纏繞并甩出，將第23管屏后4根打變形。經(jīng)割管送檢內(nèi)蒙古電科院金相實(shí)驗(yàn)分析，兩個(gè)爆口是典型短時(shí)過熱特征，認(rèn)定為短時(shí)過熱爆管，爆口形貌如圖2所示。

圖2 后屏過熱器第二次爆管實(shí)物圖

3 過熱器泄漏原因分析

3.1 首次泄漏

首爆口沿異種鋼接頭12Cr1MoVG側(cè)熔合線分布，由于Ni基焊縫金屬與12Cr1MoVG材料的合金元素含量相差懸殊，在二者熔合線處形成了富C的脆性弱化區(qū)，導(dǎo)致焊口失效。同時(shí)，位于管子焊縫根部及外壁的焊縫熔合區(qū)域由于焊縫余高的存在形成了變截面的應(yīng)力集中，運(yùn)行過程中管道承受一定的交變應(yīng)力，使得焊口熔合線附近承受低周疲勞載荷作用。

對(duì)爆口焊縫進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)填充層大于2.5 mm(焊絲直徑)，根據(jù)DL/T 869《火電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中對(duì)奧氏體不銹鋼及鎳基合金焊接“應(yīng)采取小線能量焊接，層間厚度不宜大于焊條(絲)直徑”的相關(guān)要求，判斷焊接質(zhì)量存在問題[1]。

3.2 二次泄漏

通過對(duì)后屏過熱器入口集箱內(nèi)窺鏡及后屏部分底部彎管射線檢查，未發(fā)現(xiàn)其他異常，排除管內(nèi)有水渣、鐵屑、氧化皮等異物堵塞造成后屏過熱器短期過熱引起超溫爆管的可能。

從爆口特征看屬典型短期超溫報(bào)警，排除了有異物堵塞的可能，可能為水塞造成，為此展開了進(jìn)一步分析。

1)首次泄漏后為加快檢修速度，對(duì)鍋爐進(jìn)行了強(qiáng)制冷卻，采用低壓力(0.28 MPa)放水，在檢修割管檢查處理時(shí)管內(nèi)有大量積水。表明停爐時(shí)未采用熱爐帶壓放水，致使管內(nèi)蒸汽無法烘干而凝結(jié)積水。

2)第一次消缺后點(diǎn)火初期，爐水溫度為由68 ℃上升至85 ℃,而過熱器壓力上升速度明顯高于汽包壓力，表明過熱器管內(nèi)存在積水，受熱后蒸發(fā)膨脹致使爆管，如圖3所示。

圖3 點(diǎn)火初期主汽溫度壓力

從圖4可以看出，點(diǎn)火初期投入了減溫水，但水量很小，后屏過熱器甲側(cè)出口汽溫出現(xiàn)反復(fù)快速波動(dòng)，且波動(dòng)幅度達(dá)100 ℃以上，表明管內(nèi)積水向出口移動(dòng)的過程中被蒸汽沖出，造成汽溫陡降而后又迅速回升[2]。在機(jī)組并網(wǎng)后，給煤量增加較快，熱負(fù)荷增強(qiáng)，造成減溫水量偏大，管內(nèi)存在積水再加上減溫水大量使用，造成管內(nèi)積水不僅未完全汽化反而進(jìn)一步加劇。機(jī)組并網(wǎng)后，不僅煤量增加較快，且二次風(fēng)量大幅增加，造成爐膛甲側(cè)煙溫快速上升，如圖5所示，致使有積水的甲側(cè)后屏過熱器出現(xiàn)短期超溫并爆管。

圖5 并網(wǎng)后二次風(fēng)量與煙溫變化曲線

圖4 升溫升壓過程中一級(jí)減溫水與汽溫變化曲線

當(dāng)受熱面管內(nèi)積水時(shí)，管內(nèi)積水存在一個(gè)緩慢蒸發(fā)流動(dòng)的過程，它與受熱強(qiáng)度、蒸汽流量和時(shí)間有關(guān)。熱強(qiáng)度高時(shí)蒸發(fā)較快，蒸汽流量較大時(shí)帶走較快。當(dāng)熱強(qiáng)度較高，積水無法全部蒸發(fā)則形成水塞，便會(huì)引起局部U形管過熱，嚴(yán)重過熱即會(huì)引起超溫爆管。水塞的部位一般是不固定的，當(dāng)減溫水量大幅使用時(shí)，水塞易發(fā)生在減溫水噴口附近的管排，且與對(duì)應(yīng)管排的熱強(qiáng)度和蒸汽流量相關(guān)。當(dāng)不使用減溫水時(shí)或減溫水量很小時(shí)，則可能發(fā)生在受熱較弱的管排，是否爆管則與熱強(qiáng)度的增加幅度和時(shí)間有關(guān)[3]。

綜上所述，首次泄漏是由于焊接質(zhì)量不良且受長期交變應(yīng)力引起，二次泄漏則是由于水塞引起的超溫爆管。水塞的形成是由于停爐后快速冷卻且壓力較低時(shí)放水，U形管內(nèi)蒸汽凝結(jié)積水，鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)較早地投運(yùn)了減溫水，減溫水未汽化，延長了水塞的排出時(shí)間。機(jī)組并網(wǎng)后熱負(fù)荷增加較快，減溫水量使用較大且大幅波動(dòng)，后屏過熱器內(nèi)水塞較長時(shí)間不能消除，使管壁嚴(yán)重超溫，進(jìn)而引起爆管[4]。

4 預(yù)防措施

4.1 異種鋼焊接規(guī)定

對(duì)后屏過熱器異種鋼焊接接頭進(jìn)行全面排查和金相檢查，對(duì)存在缺陷的管子進(jìn)行割除，加工V型坡口重新焊接,并減小熔合比。

為避免異種鋼焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕、熱裂紋和其他缺陷，焊接時(shí)要求采用小直徑焊絲打底，焊接時(shí)氬氣充滿管道且穩(wěn)定，選用小電流、適中的線能量快速施焊，焊接過程中控制較低的層間溫度[5]。

4.2 防止水塞爆管

1)鍋爐受熱面水塞主要是由于水壓試驗(yàn)、急劇冷卻和減溫水使用不當(dāng)造成。正常停爐或事故停爐冷卻采用熱爐帶壓放水方式，汽包壓力0.8 MPa開始放水。待空氣門無白汽冒出4 h后，方可進(jìn)行自然冷卻。

2)水壓試驗(yàn)后放水，開啟水冷壁、省煤器放水，頂棚過熱器入口聯(lián)箱疏水，壓力0.2 MPa開啟過熱器出口排空氣門，開啟5%啟動(dòng)旁路，壓力至0 MPa、2 h后，開啟其余空氣門。

3)機(jī)組啟動(dòng)嚴(yán)格控制升溫升壓速度，鍋爐點(diǎn)火2 h內(nèi)，升溫速率≤1.0 ℃/min，升壓速率≤0.03 MPa/min。點(diǎn)火后2 h至沖車參數(shù)，控制升溫速率≤1.5 ℃/min，升壓速率≤0.05 MPa/min。

4)鍋爐啟動(dòng)，開啟PCV閥，鍋爐見壓后，可緩慢投入高、低壓旁路，旁路開度大于15%，關(guān)閉PCV閥。

5)鍋爐上水前，關(guān)閉各減溫水門，減溫水門存在內(nèi)漏應(yīng)及時(shí)消除。機(jī)側(cè)主汽溫度高于370 ℃，減溫水注水后，開啟主汽減溫水各電動(dòng)門，可緩慢小流量投入一級(jí)減溫水，并觀察后屏過熱器出口溫度和末級(jí)過熱器出口溫度，如下降明顯應(yīng)關(guān)閉調(diào)門電動(dòng)門，減溫水投運(yùn)其對(duì)應(yīng)出口汽溫應(yīng)保證有80 ℃以上過熱度。

6)鍋爐點(diǎn)火后，逐漸增加給煤量和開大高、低壓旁路，控制升溫升壓速度，壓力升至5 MPa，高壓旁路開至80%后突關(guān)至50%反復(fù)活動(dòng)2次；待壓力重新升至5.0 MPa后，開啟PCV閥，壓力降至3.0 MPa后關(guān)閉，如此反復(fù)活動(dòng)3次，以擾動(dòng)和排出過熱器內(nèi)積水。

7)鍋爐點(diǎn)火后，隨著汽壓的上升，觀察后屏過熱器和末級(jí)過熱器出口汽溫，如有短時(shí)下降且快速回升的現(xiàn)象，應(yīng)禁投減溫水，維持給煤量不變，增加旁路和PCV的開關(guān)次數(shù)，加強(qiáng)擾動(dòng)直至汽溫運(yùn)行平穩(wěn)。增加給煤量應(yīng)緩慢均勻，以≤1 t/min的速度增加給煤量，磨煤機(jī)啟動(dòng)控制給煤量波動(dòng)幅度≤10 t/h。

8)機(jī)組并網(wǎng)后，控制升負(fù)荷速率4 MW/min，負(fù)荷達(dá)30 MW穩(wěn)定汽溫汽壓暖機(jī)30 min，當(dāng)運(yùn)行磨煤量達(dá)到最大時(shí)啟動(dòng)下臺(tái)磨，及時(shí)調(diào)整二次風(fēng)門，維持大風(fēng)箱差壓400 Pa，當(dāng)總煤量達(dá)95 t/h時(shí)機(jī)組穩(wěn)定負(fù)荷，切換廠用電，并檢查風(fēng)煙系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、主、再熱系統(tǒng)及二次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行符合要求。

9)負(fù)荷240 MW，穩(wěn)定運(yùn)行30 min，投入減溫水和風(fēng)煙系統(tǒng)自動(dòng)，檢查爐膛甲、乙側(cè)煙溫及各畫面參數(shù)合理，減溫水總量低于120 t/h，甲乙側(cè)偏差小于25 t/h，后屏過熱器和末級(jí)過熱器壁溫與對(duì)應(yīng)汽溫差應(yīng)小于20 ℃，否則穩(wěn)定負(fù)荷，進(jìn)行燃燒調(diào)整，排出管內(nèi)積水。

10)進(jìn)一步強(qiáng)化運(yùn)行分析與人員培訓(xùn)，尤其針對(duì)機(jī)組特殊運(yùn)行工況、本身特性及機(jī)組啟動(dòng)全過程控制進(jìn)行全員培訓(xùn)。

5 結(jié) 語

針對(duì)某電廠后屏過熱器連續(xù)兩次爆管進(jìn)行了運(yùn)行分析，對(duì)后屏過熱器異種鋼焊口進(jìn)行了漏泄排查，對(duì)存在的缺陷重新進(jìn)行了焊接，經(jīng)檢驗(yàn)合格率100%。同時(shí)，對(duì)水塞的形成原因予以全面分析，制定了防范措施，應(yīng)在機(jī)組啟停過程中嚴(yán)格執(zhí)行?？蓪?duì)同類型機(jī)組后屏過熱器爆管預(yù)防具有一定借鑒意義。