超超臨界鍋爐防止異物堵塞爆管技術(shù)措施

2023年12月27日發(fā)(作者：奧蘭多布魯姆)

超超臨界鍋爐防止異物堵塞爆管技術(shù)措施

黃偉1

熊蔚立1

廖正球2

匡國強2

陳紅冬1

（1 湖南省電力公司試驗研究院，湖南 長沙市410007； 2湖南華電長沙發(fā)電有限責(zé)任公司 湖南 長沙

410203）

1

摘 要：從超臨界鍋爐試運及投產(chǎn)后的運行情況看，異物堵塞易造成鍋爐短期過熱爆管。其爆管部位多發(fā)生在高溫過熱器、屏式過熱器、高溫再熱器入口聯(lián)箱的中部區(qū)域管屏。為此從結(jié)構(gòu)上簡要分析了異物堵塞引起的過熱爆管原因，提出了防止鍋爐異物堵塞爆管的技術(shù)措施：鍋爐調(diào)試吹管后應(yīng)進行檢查，包括檢查部位、方法、要點等，以及要求鍋爐減溫器在安裝前、吹管后，對減溫器混合管襯墊進行檢查、清理。建議鍋爐制造廠在聯(lián)箱中部增加手孔，保留屏式過熱器進口小聯(lián)箱檢查孔，增設(shè)屏式過熱器進口匯集聯(lián)箱檢查孔；進一步完善制造工藝和嚴格執(zhí)行制造工藝要求，加強質(zhì)量控制，防止異物進入鍋爐受熱面。

關(guān)鍵詞: 動力機械工程；超臨界鍋爐；爆管；措施

Invalidation Analysis on Heater Pipes Super Critical Boiler

Huang We1i

Xiong Weili-li1

Liao Zheng-qiu2

Kuang Guo-qiang2 He Jun-min1 Cheng

Hong-dong1

（1 Hunan Electric Power Test and Rearch Institute, Changsha 410007, ；2 Hunan Huadian

Changsha Power Generation Co.,Ltd, Changsha，410203, ）

Abstract: Bad on tests and operation on super critical boilers, eyewinker jam caud invalidation becau of

boiler heater pipe overheated in short time, and mostly at the middle of entrance channels of the final stage heater,

screen heater and final reheater. After analysis on overheated invalidation due to structure, the technical treatment,

including the place, the means and keypoints, was brought up. The heater channel should be checked after blowing

pipe. Moreover, the pad of mixing-pipe of spray desuperheater was requested to be checked before being built up

and after blowing pipe. It was suggested that the manufactory incread handhole at the middle of channels and

checking hole at the screen superheater channel, consummated and strictly performed the manufacturing

technology workmanship , strengthened quality control to prevent the the eyewinker from falling into the boiler

heater.

Key Words: power and mechanical engineering； supercritical boiler；pipe burst； treatment.

1作者簡介：黃 偉（1964-），男，高級工程師、鍋爐檢驗師，主要從事電站鍋爐檢驗、基建調(diào)試、電站鍋爐事故分析、鍋爐高效清潔燃燒理論和技術(shù)的試驗研究。

1 前言

隨著火電機組不斷向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，600MW等級、1000MW等級的超臨界及超超臨界鍋爐將逐步取代亞臨界鍋爐成為主力機組，但從機組的試運及投運后的運行情況看，頻繁爆管是困擾超臨界鍋爐的一個主要問題，其中又以異物堵塞造成的過熱爆管為最多，因此有必要全面分析異物堵塞造成的鍋爐過熱爆管，探討防止異物堵塞爆管措施，避免再次發(fā)生類似的鍋爐爆管。

2 異物堵塞引起的鍋爐過熱爆管原因

在鍋爐制造、安裝、檢驗等過程中，已對鍋爐受熱面通球、聯(lián)箱清理和管蓋封堵采取較嚴格的措施，但其后漫長的制造、運輸、安裝等過程中因各種原因?qū)е庐愇锏羧胧軣崦鎯?nèi)。

異物堵塞引起的鍋爐過熱爆管主要發(fā)生在屏式過熱器（以下簡稱“屏過”）、高溫過熱器（以下簡稱“高過”）和高溫再熱器（以下簡稱“高再”）的管屏。屏過前后分別是過熱器一、二級噴水減溫器。屏過、高過和高再的管屏都是多根管子并繞制而成，屏過、高過管屏一般都由20根左右的管子并列繞制，每根管子的長度和彎頭數(shù)量有所區(qū)別，設(shè)計上為了保證每根管子的流量均勻，根據(jù)計算在入口聯(lián)箱上設(shè)置了節(jié)流孔，由于超臨界以上鍋爐壓力很高，一般設(shè)計上都采用厚壁小口徑管，這就造成管子內(nèi)徑很小，加上設(shè)計節(jié)流孔后，孔徑就更小，屏過、高過和高再入口聯(lián)箱的最小的節(jié)流孔是φ11mm。由于屏過、高過和高再入口聯(lián)箱的管系布置方式都是采用兩側(cè)對稱進汽的方式，這樣的結(jié)構(gòu)特點決定在吹管、或運行時整個管系的雜物都被蒸汽吹掃到入口聯(lián)箱的中部區(qū)域，并集中在高過、屏過、高再入口聯(lián)箱的中部區(qū)域、或中間聯(lián)箱中，而高過、屏過入口分配聯(lián)箱內(nèi)設(shè)計的節(jié)流孔非常小，雜物會在節(jié)流孔處發(fā)生堵塞，一旦堵塞，必然發(fā)生爆管。

聯(lián)箱內(nèi)的雜物危害很大，蒸汽流動會導(dǎo)致雜物的位置發(fā)生變化，蒸汽在流經(jīng)入口聯(lián)箱管孔時對雜物有吸附作用，在機組負荷變化和啟停時，內(nèi)部雜物會隨機吸附在節(jié)流孔上，雜物一旦吸附在管口上，就會導(dǎo)致該管子蒸汽流量減少而過熱爆管，堵塞管口的程度決定了爆管發(fā)生時間的長短，如果堵塞得多，則很快發(fā)生爆管，如果堵塞得不是很多，則爆管發(fā)生的時間會相應(yīng)延長。即使試運階段不發(fā)生爆管，只要雜物存在于聯(lián)箱內(nèi)，就會造成爆管，而且一直爆到取出雜物為止。

3 鍋爐吹管的意義

蒸汽吹管是新建機組投運前的重要工序，它以蒸汽為動力，其目的是為了清除在制造、運輸、保管、安裝過程中留在過、再熱器系統(tǒng)及蒸汽管道中的各種雜物，防止機組運行中過、再熱器管爆漏和汽機通流部分損傷，提高機組的安全性和經(jīng)濟性，并改善蒸汽品質(zhì)。

一般情況，吹管完成后鍋爐內(nèi)部雜物均集中在高過、屏過和高再的入口聯(lián)箱中部，因此吹管完成后應(yīng)對鍋爐的高過、屏過和高再入口聯(lián)箱進行割管檢查，清理出聯(lián)箱內(nèi)的雜物。

4 鍋爐吹管后檢查

4.1 屏過入口聯(lián)箱的檢查

超臨界及以上鍋爐的屏過采用分配聯(lián)箱加混合聯(lián)箱的方式，屏過在鍋爐前后方向有2片，這前后2片共用一個入口聯(lián)箱，從前、后進，中間出。其入口聯(lián)箱一般設(shè)計有檢查手孔，可以割開入口聯(lián)箱的手孔檢查，對無手孔的，可以對照入口聯(lián)箱圖紙，找一個沒有節(jié)流孔的管子，在距聯(lián)箱外壁約70mm處將管子切割開，從割開的小管接頭處伸入內(nèi)窺鏡進行檢查。檢查的部位根據(jù)屏過左右方向的總排數(shù)，確定檢查最中間的一個或兩個入口聯(lián)箱，先檢查中間聯(lián)箱內(nèi)部有無雜物，如果有雜物，則擴大檢查范圍。 無論是切割管子和手孔，一定要采用機械切割的方式，不能采用火焰切割方式，防止氧化鐵進入U形管子底部彎頭或聯(lián)箱內(nèi)無法清理而導(dǎo)致爆管。在切割完成并用手動葫蘆拉開管子后，再用內(nèi)窺鏡進入聯(lián)箱內(nèi)部檢查。內(nèi)部雜物一般沉積在聯(lián)箱的底部，重點檢查整只聯(lián)箱的底部區(qū)域，在屏過入口聯(lián)箱內(nèi)，容易聚集雜物。

對屏過聯(lián)箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)的雜物清理，有手孔時可以從手孔清理，如果沒有手孔時，要取出一般比較困難，因屏過聯(lián)箱材質(zhì)是SA-335P12，口徑不大，切割和焊接相對容易，易采用切割聯(lián)箱端蓋的方式取出雜物。在切割聯(lián)箱端蓋時，不能采用火焰切割方式，以免氣割的氧化鐵進入聯(lián)箱和管子內(nèi)，如果現(xiàn)場實在沒有機械方式切割工具，可以先用火焰切割端蓋的外層，留10mm的厚度再用機械切割，總之必須保證切割時不能有雜物進入聯(lián)箱內(nèi)。對屏過而言，無論是超臨界還是超超臨界，其結(jié)構(gòu)、布置方式和檢查方式都是一樣的，見檢查照片1、2。

檢查照片1

檢查照片2

4.2 檢查、清理減溫器混合管制造工藝用襯墊

過熱器減溫器一般采用笛形管直套筒噴水減溫器，其作用是通過減溫水吸收過熱蒸汽的熱量，使減溫水汽化，并與過熱蒸汽混合達到降低汽溫的目的。它不僅用于調(diào)節(jié)過熱器的出口汽溫，而且起到均衡兩側(cè)汽溫的作用。減溫器設(shè)計的任務(wù)是保證減溫水在減溫器內(nèi)部汽化，以免水珠接觸過熱器聯(lián)箱內(nèi)壁引起熱交變應(yīng)力導(dǎo)致聯(lián)箱熱應(yīng)力疲勞破壞。為了防止尚未汽化的減溫水滴直接擊中減溫器的聯(lián)箱內(nèi)壁，致使聯(lián)箱內(nèi)壁受交變熱應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂紋，因此在噴水管后均設(shè)有混合管。

如某鍋爐廠設(shè)計過熱器二級減溫器規(guī)格φ506×78mm，材質(zhì)P91，減溫器混合管φ334×8mm，材質(zhì)12Cr1MoV，設(shè)計允許工作壓力27.4MPa，溫度為547℃。由于過熱器二級減溫器混合管拼接后長度長，直徑小，焊縫根部會產(chǎn)生尺寸較大的焊瘤，而工藝措施上無法徹

底清除，極易造成運行過程中焊瘤脫落后堵塞高溫過熱器管子。因此減溫器制造工藝規(guī)定在減溫器混合管拼縫處內(nèi)側(cè)需采用襯墊，規(guī)格φ318×40×4mm（內(nèi)徑×寬度×厚度）、材質(zhì)12Cr1MoV，襯墊與混合管未要求點焊，這樣既可保證焊縫根部(內(nèi)側(cè))成型好，又可有效防止焊縫根部產(chǎn)生焊瘤。正常情況下，該襯墊和拼縫處母材通過焊縫自然融合為一體，也就是混合管拼縫完成后，該襯墊可不必去之。

從檢查情況看，襯墊材質(zhì)未按要求采用12Cr1MoV，而用20號碳鋼，20號碳鋼最高允許溫度為480℃。襯墊與混合管僅僅是局部點焊，由于拼縫處兩端間距過小，使得焊縫根部位置抬高，且襯墊未與混合管母材熔為一體。

眾所周知，很多部件在交變熱應(yīng)力下工作并不發(fā)生故障，關(guān)鍵在于交變應(yīng)力的大小、變化頻率及本身應(yīng)力狀態(tài)等。該減溫器內(nèi)部裝置所受的壓應(yīng)力不大，溫差10℃引起的熱應(yīng)力均1.5～1.7kg/mm2，應(yīng)該說承受50℃以下的溫度變化而又沒有其他附加應(yīng)力時，是不足以引起疲勞破壞的。但對20號碳鋼而言，該處溫度變化大、且超過材料最高允許溫度達60℃以上，其本身引起的熱應(yīng)力屈服點塑性變形就會造成襯墊疲勞，也就是在機組啟動、運行過程中，在交變熱應(yīng)力作用下20號碳鋼的襯墊與混合管就會分開、脫落，并進入高過進口聯(lián)箱，引起高過管部分堵塞而短期過熱爆漏。

4.3 高過入口聯(lián)箱的檢查

超（超）臨界高過采用分配聯(lián)箱加混合聯(lián)箱的方式，其結(jié)構(gòu)和檢查方式和屏過是一樣的。對超臨界高過入口聯(lián)箱，都是管屏直接進入聯(lián)箱的方式，入口聯(lián)箱兩側(cè)各有1個手孔，在聯(lián)箱中部沒有手孔，但雜物在聯(lián)箱中部，距手孔約10m多，鞭長莫及，對有手孔的部位，切割開手孔檢查和取出雜物都比較方便。對沒有手孔的聯(lián)箱部位，可對照入口聯(lián)箱圖紙，找一個沒有節(jié)流孔的管子，在距聯(lián)箱壁約70mm處割開，用手動葫蘆拉開管子，用內(nèi)窺鏡進入聯(lián)箱內(nèi)部檢查，在查到雜物后只能從沒有開節(jié)流孔的管孔內(nèi)取出雜物。高過入口聯(lián)箱是最容易聚集雜物的地方，也是爆管次數(shù)最多的部件，一定要仔細檢查，一般情況下都可以找到雜物。根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用以下辦法：帶機械手的內(nèi)窺鏡或類似專用工具；采用吸塵器吸、用磁鐵吸、用套圈的方式，見檢查照片3。

檢查照片3 檢查照片4

4.4 高再入口聯(lián)箱的檢查

高再管子外徑相對于過熱器稍大，且壓力很低，壁厚很薄，內(nèi)徑稍微大一些，而每屏高再的管圈數(shù)較少，節(jié)流孔的規(guī)格和孔徑都要大些，堵塞的幾率相對要小一些，相對高過、屏

過來說，高再爆管的次數(shù)要少很多，但還是有堵塞爆管的情況，因此也要割管檢查。

其結(jié)構(gòu)形式和屏過、高過是一樣的，都是采用分配聯(lián)箱和混合聯(lián)箱的方式，其切割檢查和清理方法和高過是一樣的。高再入口聯(lián)箱的方式和高過是一樣的，都是管屏直接進入聯(lián)箱的方式，在手孔設(shè)計方面，和高過也是一樣的，兩側(cè)設(shè)計手孔，檢查清理都比較方便。對沒有手孔的聯(lián)箱部位，切割和檢查的方式和高過是一樣的，同樣是在最中間的管屏，找一個沒有節(jié)流孔的管座，在距聯(lián)箱壁約70mm處割開，用葫蘆拉開后用內(nèi)窺鏡檢查，因高再管孔相對大，發(fā)現(xiàn)和取出雜物相對都容易一些，見檢查照片4。

4.5 檢查要點

4.5.1. 重點是檢查入口聯(lián)箱和減溫器混合管。

4.5.2. 對大聯(lián)箱，檢查中部區(qū)域，對分配聯(lián)箱，檢查中間聯(lián)箱。

4.5.3. 切割管子要采用機械方式，要防止氧化鐵等雜物在檢查時進入聯(lián)箱或管子。

4.5.4. 因T91、T92等管子切割比較困難，切割管子的切口要與管子長度方向垂直，否則恢復(fù)時將變短而需要加插入管。

4.5.5. 內(nèi)窺鏡是檢查的重要工具，要用好的內(nèi)窺鏡，頭要能夠擺動，這樣檢查的范圍會大些，成功的幾率也大些。

4.5.6. 內(nèi)窺鏡的檢查需要一定的技巧，最好是由專業(yè)人員操作，若沒有專業(yè)人員，需要想辦法看全聯(lián)箱下部的整個區(qū)域，長度上聯(lián)箱的整個中部區(qū)域。

4.5.7. 檢查需有責(zé)任心和很仔細的人去負責(zé)檢查。吹管后的割管檢查工作關(guān)系到鍋爐能否安全穩(wěn)定運行。

5 結(jié)論及建議

5.1 異物堵塞容易造成鍋爐短期過熱爆管，由于屏過、高過和高再入口聯(lián)箱的管系布置方式都是采用兩側(cè)對稱進汽的方式，因此爆管部位多發(fā)生在高過、屏過、高再入口聯(lián)箱的中部區(qū)域管屏。

5.2 鍋爐調(diào)試吹管后應(yīng)進行專業(yè)檢查，主要對鍋爐的高過、屏過和高再入口聯(lián)箱進行割管檢查，清理聯(lián)箱內(nèi)的雜物。

5.3 要求鍋爐減溫器在安裝前、吹管后，對減溫器混合管襯墊進行檢查、清理。

5.4 目前屏過、高過和高再入口聯(lián)箱兩側(cè)各有1個手孔，但雜物在聯(lián)箱中部，為方便檢查，建議鍋爐制造廠在聯(lián)箱中部增加手孔；同時保留屏式過熱器進口小聯(lián)箱檢查孔，增設(shè)屏式過熱器進口匯集聯(lián)箱檢查孔；并完善制造工藝和嚴格執(zhí)行制造工藝要求，加強質(zhì)量控制，防止異物進入鍋爐受熱面管。

參考文獻

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