湛江发电厂1号锅炉壁式再热器爆管原因及对策
Reason and Controlling for Pipe Explosion of Wall Reheater of**** Boiler in Zhanjiang Power Plant
伍明生 李清建 鞠振福
(广东省湛江发电厂,湛江市,524099) (国家电力公司电力建设研究所,北京市,102401)
【摘要】湛江发电厂1号锅炉壁式再热器几年内连续发生了4次相同原因的管,严重影响了机组的安全运行通过对壁式再热器管爆管原因的分析,提出了相应的技改措施。
【关键词】壁式再热器 爆管 原因分析 技改措施
湛江发电厂1号锅炉自投产以来,由于壁式再热器的安装、运行等方面存在的问题、已经发生了4次相同原因的爆管,尤其是近2年,壁式再热器爆管次数呈增多趋势,成为影响机组安全运行的突出问题。本文就壁式再热器爆管的原因进行了分析,并提出相应的消缺技改措施。
1、 设备布置概况
湛江发电厂一期工程安装了2台300MW亚临界、中间再热汽轮发电机组,配备东方锅炉厂制造的DG1025/18.2-П亚临界压力、自然循环、四角切圆燃烧、燃煤汽包锅炉。它的再热器主要由壁式再热器、中温再热器、高温再热器3级组成。壁式再热器布置在炉膛出口水冷壁前墙及两侧墙上,中温再热器及高温再热器依次布置在炉膛出口遮焰角的上方,如图1所示。
1号锅炉壁式再热器的膨胀系统复杂，既要随水冷壁向下膨胀,前墙壁式再热器管排还要随水冷壁向左右膨胀,两侧壁式再热器管排还要随水冷壁向前膨胀,而壁式再热器管本身又要向上膨胀。壁式再热器的管排膨胀系统结构布置如下:沿壁再高度方向,装设有8排固定装置,其中最下1排为死节点,其余7排为活动节点(活动节点的排列次序是由炉顶往下数)。死节点处的固定装置分别与水冷壁(规格 463.5mmx7.5 mm,材质 20g)和壁式再热器管(规格460mmx4mm,材质 15CMo)焊牢,是壁再的膨胀零点。活动节点不仅能确保壁式再热器管中心线与水冷壁管中心线的相对节距，而且能让壁式再热器管沿其轴线自由膨胀;活动节点的固定装置(见图 2)是由 中4 mm 的丌型园钢、d6 num 的圆钢和厚 10 mm 的波型钢板(材料均为 CMo 耐热钢) 组成。
2、 爆管情况
从1995年2月~1999年5月机组累计运行时间为 19 615 h,启停次数累计为100次,锅炉运行中共发生了10次爆管,其中壁式再热器占了40%。从统计情况看,壁再爆管次数呈逐年增多的趋势,爆管位置均集中在管子位移比较大的顶部第1、2层活动节点(见表1)。
3、 爆管原因分析
3.1 金相分析
壁式再热器发生了4次爆管,位置均在A处的壁式再热器管与波形钢板的定位焊接接头上。宏观检查发现首爆口均是一条 15~40 mm 长的穿透性裂缝,裂缝位于定位焊接接头的熔合线上(见图3),且焊接接头存在不同程度的咬边缺陷。宏观断口呈剪切面的拉伸断口,断口和管子外表面切线呈 45°,色泽灰暗呈纤维状。爆管处的壁式再热器管与水冷壁管金相组织正常,断口微观特征为穿晶型断裂。断口的上述特征表明壁式再热器爆管属于塑性断裂即当管子所承受的应力超过管材的屈服强度时，就在定位焊接接头的薄弱截面发生了断裂。
3.2 活动节点安装质量差
现场组装壁式再热器管时,每7~8根管子为1组,首先把波形钢板扣在兀形圆钢内,将π形圆钢与水冷壁焊接固定,然后将A处的管子和波形钢板用46 mm 的圆钢塞焊定位,最后把其余管子排放平整,分别用%6mm 的圆钢塞焊连接定位。按照设计要求在安装的活动节点,兀形圆钢所在的平面应垂直于水冷壁管排,且位于膜式水冷壁管节距的中心线处，同时保证与波形钢板的配合间隙小于1mn，以满足运行中的波形钢板能够跟随热膨胀的壁式再热器管自由滑动。如果安装过程中出现亚形圆钢所在的平面与水冷壁管排倾斜,且偏离膜式水冷壁管节距的中心线,则会使波形钢板在一个楔形(下大上小)空间滑动,从而减少了壁式再热器管的有效膨胀位移量。虽然在这种情况下不会影响到小位移量活动节点的膨胀,但对大位移量的第1、2层活动节点则将造成致命的影响。也就是说,这种不合理的活动节点可以适应设计工况运行的膨胀需要，却无法满足壁式再热器在干烧工况时大位移量的膨胀要求。
无论壁式再热器是在正常工况,还是处在干烧的危险工况下,它与水冷壁之间总是存在温差的，由于材料的线膨胀系数不一样,它们受热产生的膨胀差异比较大,而且越往炉顶方向,壁式再热器管相对膨胀位移量也越大。因此,活动节点的安装质量,对壁再的安全可靠运行,显得格外重要。在检查壁式再热器爆管现场时,发现兀形圆钢安装得略显偏斜，且定位焊接接头普遍存在不同程度(深度约0.5~1mm)的咬边缺陷。咬边不仅减少了管子的有效厚,而且导致应力集中。另外,在检查1、2号炉的管排时,发现总有少量壁式再热器管排中的1~3根管子脱焊拱出变形,其中有些管子的**拱度约40)0mm,变形拱出的部位也集中在第1、2层活动节点处。通过分析壁式再热器的设计结构、安装质量及检修中发现的问题,笔者认为,第1、2层活动节点的个别π形圆钢安装质量不合格,诱发了该处壁式再热器管的膨胀受阻,这是导致壁式再热器管发生爆管的内因。
3.3 运行保护不当
查阅1号锅炉的运行日志,壁再爆管的时间都是发生在事故跳机重新启动运行了4~6d后,在此期间,因高旁减温水环形管管座焊接接头爆漏蒸汽或油系统故障,有停用高、低旁系统的运行记录。1号锅炉再热蒸汽系统采用了两级旁路保护,如果在起动、停炉和汽轮机甩负荷时,若高、低旁路保护投不上,再热器内没有蒸汽流过,且冷却措施延迟，就会出现壁式再热器干烧。由此说明1号锅炉在上述事故工况时,壁式再热器与水冷壁管壁温差值远高于设计运行工况的**值,温度较高的壁式再热器管热膨胀量远比设计运行工况的大。因此,当壁式再热器管中膨胀位移量**的第1、2层活动节点发生膨胀受阻时，就会对管子产生极大的机械应力,这是造成壁式再热器发生爆管的力学条件。
4、技术改造措施
综上所述,1号炉壁式再热器爆管是由于第1、2层活节点的个别兀形圆钢安装质量差,当壁式再热器出现干烧工况时,管子无法承受因膨胀受阻而产生机械拉伸应力,在其定位焊接接头熔合线发生过载断裂。鉴于1号锅炉壁式再热器管的定位焊接接头质量差和难以进行有效检查的现状,建议电厂应及时对壁式再热器进行技术改造,采取以下消缺技改措施:
4.1 更换全部壁式再热器管子,消除原壁式再热器的事故隐患。
4.2 取消顶部的第1层活动节点,适当加长第 2、3层活动节点兀形圆钢的中间直段,保证管段在锅炉启、停和汽轮机甩负荷时能自由膨胀。
4.3 严格按照设计要求安装固定节点和活动节点，并将塞焊处的圆钢加大,以改善焊接条件;焊接工艺参数应选择小的焊接电流,并尽量避免采用直流焊接,以确保在施焊时不致产生偏弧而损伤管子。
4.4 检修部门应认真修理、调试汽机高、低旁路门确保其投入正常和运行可靠。在锅炉启、停和汽轮机甩负荷时,运行人员应严密监视炉膛出口烟温,严格控制再热蒸汽的运行参数,及时投入旁路装置,保护再热器,防止干烧。