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电站锅炉检验中常见问题及案例分析

2019-11-27亓海峰

中国新技术新产品 2019年19期
关键词:案例分析

亓海峰

摘  要:锅炉是人民生产和生活中广泛使用而又具有爆炸危险的特种设備。其中的电站锅炉是指以发电或热、电联产为主要目的的锅炉,一般是指额定工作压力大于等于3.8 MPa的锅炉。该文对电站锅炉在定期检验过程中的检验项目、检验内容及问题等进行概括总结,再通过3个典型案例进行分析,能使定期检验工作水平不断提高,更好地保证检验工作质量。

关键词:电站锅炉检验问题;案例分析;减温器

中图分类号:TK228             文献标志码:A

0 引言

随着生产发展、社会分工和科学技术的进步,电厂对我国的经济持续发展起着越来越重要的支撑作用。电站锅炉是火力发电厂的主要组成部分,它的作用是供应蒸汽驱动汽轮发电机或其他动力装置。电站锅炉在长期运行中,由于受热面的积灰、结垢和部件的磨损、腐蚀、老化等问题,会产生锅炉安全隐患,进而引起锅炉非计划停炉,甚至会出现锅炉爆炸事故,严重影响国民经济的发展和人民生活水平的提高。为了确保电站锅炉安全可靠地运行,定期对电站锅炉及其附属设备进行维护保养、检修和检验,是十分必要的。

《特种设备安全监察条例》第二十八条规定:“特种设备使用单位应当按照安全技术规范的定期检验要求, 在安全检验合格有效期届满前1个月向特种设备检验检测机构提出定期检验要求。检验检测机构接到定期检验要求后,应当按照安全技术规范的要求及时进行安全性能检验和能效测试。未经定期检验或者检验不合格的特种设备,不得继续使用。”《锅炉安全技术监察规程》第9.4.1条对锅炉检验的种类和检验申请也做了明确规定。” 《锅炉定期检验规则》对锅炉定期检验项目做出了十分具体的要求。

1 电站锅炉的检验项目

TSG G7002—2015《锅炉定期检验规则》中指出,锅炉定期检验工作包括内部检验、外部检验和水压试验3种。

外部检验是指锅炉在运行状态下对锅炉安全状况进行的检验。内部检验是指锅炉停炉状态下对锅炉安全状况进行的检验。水压试验是指锅炉以水为介质,以规定的试验压力对锅炉受压部件强度和严密性进行的检验。电站锅炉的内部检验和水压试验周期可按照电厂大修周期进行适当调整。只有当内部检验、外部检验和水压试验均在合格有效期内,锅炉才能投入运行。

2 电站锅炉检验的内容及问题

TSG G7002—2015《锅炉定期检验规则》规定,锅炉检验一般是通过宏观检查或抽查、厚度测定、几何尺寸测量、无损检测、理化检验、垢样分析和强度校核等方法进行。下面我们对锅炉的几个部件检验出的问题及出现的部位进行汇总。

2.1 锅筒检验

裂纹:锅筒内部预埋件的焊缝表面。锅筒内外部表面部分;人孔铰链座连接焊缝表面。下降管孔、给水套管、安全阀管孔等焊缝存在裂纹。

腐蚀:一般在锅筒内上部汽空间及两侧封头等应力集中处,在锅筒底部也会存在垢下腐蚀的情况,所以在检验时要格外注意观察。

水垢或水渣:一般位于锅筒水位线以下及筒体底部,对于形成的水垢,必须查明产生的原因,防止再次发生。

其他缺陷:检查水位计的汽水连通管、压力表连通管、蒸汽加热管、汽水取样管、连续排污管等是否完好,内部装置是否完好,汽水分离装置、给水装置和蒸汽清洗装置,是否有开焊现象。安全阀管座、加强型管接头及角焊缝,是否有裂纹,对于运行超过5×104小时的锅炉锅筒还应增加相应的无损检测抽查。

2.2 水冷壁检验

过热、变形:一般常见于燃烧器周围及热负荷较高区域和折焰角区域水冷壁管。顶棚管和包墙管、凝渣管,因温度较高,也会出现明显的过热、变形。

磨损:折焰角、防渣管、燃烧器周围、各门孔两侧、热电偶附近及靠近水平烟道的水冷壁管,吹灰器附近、进风口、落料口以及冷灰斗区域水冷壁管等烟气流速较大部位最易磨损。根据《DL/T438—2016火力发电厂金属技术监督规程》第9.3.2规定,锅炉受热面壁应无明显减薄,对于四小管(水冷壁、省煤器、低温段过热器和再热器管),管壁减薄量不应超过设计壁厚的30%,同时壁厚应满足按GB/T 16507.4计算的管子最小需要厚度。经过多年的检验发现,壁厚减薄量大的管子主要集中在烟道口、进风口、燃烧器和吹灰器附近。

鼓包、胀粗:一般位于高热负荷或水循环不良区域,例如防渣管、燃烧器周围、各门孔两侧以及折焰角处水冷壁管等部位较易鼓包或胀粗。

裂纹:热负荷较高区域水冷壁管及防渣管,在燃烧器周围与膜式水冷壁连接处的鳍片有时也会因为磨损减薄而开裂。

腐蚀、结垢:热负荷较高区域水冷壁管外高温腐蚀,管子内壁氧化腐蚀及结垢,可通过割管检查或者内窥镜检测。

2.3 省煤器、过热器、再热器检验

一般低温省煤器管腐蚀为氧腐蚀或低温腐蚀,而过热器、再热器大多为高温腐蚀。管卡、防磨瓦等损坏:常见的有悬吊结构件、固定卡、管卡、阻流板和防磨板等烧坏、脱落、变形和脱焊等。在低温省煤器管子的检验中发现,低温腐蚀是比较常见的现象,尤其是在某钢铁企业中焦化厂的高温余热锅炉中,我们检验发现,在省煤器的管排上沉着一层黏稠的胶状物,经化验成分分析为焦炉煤气中携带的二氧化硫和硫化氢的反应产物,有的是呈现褐黄色的,有的是呈现浅绿色,主要成分为硫。所以对省煤器的腐蚀特别严重,一般是每3年就要更换一次省煤器管,浪费大量的人力物力财力。

裂纹:一般在膜式省煤器鳍片焊缝两端、吹灰器附近的管子、顶棚过热器、水平烟道区域包墙过热器鳍片因膨胀而开裂,异种钢接头因应力作用而产生裂纹。

2.4 减温器检验

筒体表面有无严重氧化、明显腐蚀、裂纹等缺陷,必要时应进行测厚、硬度和金相检查。

筒体环焊缝、封头焊缝、内套筒定位螺栓焊缝表面是否有裂纹等缺陷,检查吊耳、支座与集箱和管座角焊缝是否有裂纹,根据多年的检验经验,最好进行超声检测去确定没有缺陷;在该文案例中就提到了减温器出现裂纹的情况。所以在进行减温器检验时,在喷水管附近应认真检查。

腐蚀、裂纹:对于混合式减温器内套筒及喷水管,应用内窥镜检查内衬套及喷嘴,是否有裂纹;喷口是否有磨损;内壁是否有腐蚀、裂纹等缺陷;对于面式减温器应进行抽芯抽查,内壁和管板是否有腐蚀、裂纹等缺陷;对于运行超过5万小时的,应对筒体环焊缝和管座角焊缝进行表面检测抽查,抽查比例一般为20%,必要时应进行超声或射线检测。面式减温器还应对不少于50%的芯管进行不低于1.25倍工作压力的水压试验,检查是否有泄漏。

2.5 锅炉范围内管道和主要连接管道

该部分检验重点是四大管道(主给水、主蒸汽、再热冷段、再热热段)和主要连接管道,是否有严重氧化、明显腐蚀、变形、裂纹、壁厚减薄、有无蠕变。对于工作温度大于等于450℃的碳钢、钼钢管道进行进行金相分析检测,是否出现了石墨化和珠光体球化现象,根据DL/T884—2004火电厂金相检验与评定技术导则进行材质评定和寿命评估。

对四大管道和主要连接管道焊缝表面、主蒸汽管道和再热热段管道对接焊缝,主给水管道和再热冷段管道对接焊缝、弯头背弧面等进行表面无损检测及超声检测抽查;重点检查与弯头、三通、阀门和异径管相连接的对接焊缝。对于运行超过5×104小时的,应增加无损检测比例。

硬度、金相检测:一般对主蒸汽管道和再热热段管道的对接焊接接头和弯头进行硬度和金相检测抽查。对于9%~12%Cr钢材料制造的主蒸汽管道、再热蒸汽热段和蒸汽主要连接管道对接焊接接头和弯头(弯管)进行硬度和金相检测抽查。如果运行时间超过5万小时的,不仅要增加无损检测比例,还要对锅炉范围内管道和主要连接管道,工作温度大于或者等于450℃的主蒸汽管道、再热蒸汽管道、蒸汽主要连接管道的对接焊接接头和弯头(弯管)进行硬度和金相检测抽查。由此可见,对于高温、高压运行的高参数管道,是锅炉定期检验规程中严格监控检测的重点部位。

过载、失载:检查四大管道和主要连接管道支吊装置是否完好牢固,有无过载、失载现象。减振器、液压阻尼器是否正常。

3 典型实例分析

3.1 裂纹

案例情况:某厂一台型号为SG1025/17.53-M842 的亚临界中间再热自然循环电站锅炉,累计运行时间约4万小时。经查阅上次检验报告并通过了解运行情况,怀疑其再热器微量减温器可能存在缺陷。

通过割开减温器喷水管进行检验发现:左侧再热器微量喷水减温器喷水管在喷嘴进水方向第1条焊缝处断裂。经内窥镜检查,在内套筒内壁位于喷水管正对处发现裂纹,内套筒在喷水管前方的2条环缝开裂,内套筒已发生变形。右侧再热器微量喷水减温器喷水管在接近喷水管套管顶部的焊缝开裂,经内窥镜检查,在内套筒内壁位于喷水管正对处发现裂纹。经渗透探伤,喷水管套管内壁发现多条裂纹,并延伸到减温器筒体孔壁。

案例分析结果如下。

该型锅炉的二次汽系统温度调节,按原设计主要由烟气挡板进行调节,微调靠微量减温器,而且幅度有限。该锅炉在运行中烟气挡板未投入使用,主要靠微量减温器进行调温,喷水量很大,投入频繁,工况恶劣,振动较大,从而导致上述问题的发生。

3.2 泄漏

案例情况:机组为330 MW亚临界机组锅炉,炉型为Π型,燃烧方式是W型,最大连续蒸发量为1 080 t/h,锅筒工作压力:18.63 MPa,运行时间:约5年,缺陷情况:壁式再热器管与水冷壁管间的滑动卡块焊缝撕裂,造成壁式再热器泄漏爆管。

案例分析结果如下。

锅炉在启动过程中,壁式再热器管内蒸汽流量小,管壁温度高,膨胀量大。水冷壁管内有工质冷却,管壁温度低,膨胀量小。同时,壁式再热器管之间还存在水动力分配的不均匀性,导致壁式再热器管与水冷壁管二者之间以及壁式再热器管之间垂直方向膨胀量相差较大。

从膨胀角度考虑,由于炉墙水冷壁的宽度较大,为防止炉墙水冷壁在运行过程中发生翘曲变形,在炉墙外,设置刚性围梁,以加强炉膛水冷壁的刚性。对于壁式再热器,一般在壁式再热器管与水冷壁管之间设置滑动卡块,在垂直方向允许有相对位移,限制壁式再热器管在水平方向的位移,以保证壁式再热器在运行过程中不发生翘曲变形。该锅炉壁式再热器管结构设计为每5根并排成为一组,每组通过高度方向上均布的6个滑动卡块与水冷壁管相连,限制壁式再热器管水平方向的位移。该锅炉在设计时,未充分考虑壁式再热器管与水冷壁管子間连接的垂直位移较大,使壁式再热器管在运行过程中垂直方向的膨胀受阻,造成壁式再热器与炉墙水冷壁间滑动卡块在水平方向的应力加大。同时,由于壁式再热器结构设计的原因,滑动卡块布点数量不合理,导致锅炉在运行过程中壁式再热器管与水冷壁管间的单个滑动卡块所承受的应力进一步加大。当滑动卡块承受的应力达到滑动卡块与管子连接焊缝的强度极限时,即发生焊缝撕裂。在随后的运行过程中,焊缝被撕裂处以裂纹形式进一步扩展,部分滑动卡块发生脱落,部分裂纹在扩展时,延伸至管子母材,造成泄漏爆管事故。

3.3 碰磨

案例情况:机组为300 MW亚临界机组锅炉,炉型为Π型,燃烧方式为四角单切圆,最大连续蒸发量为1 024 t/h,锅筒工作压力:18.7 MPa,运行时间约7年,缺陷情况为定位管与受热面管间发生碰磨。

案例分析结果如下。

锅炉在运行过程中,由于燃烧或烟气流量不均匀等因素,不可避免的会存在管屏震动的情况。为避免管子震动过大,保持管屏的平整度,一般均设置冷却定位管。设置冷却定位管的同时,应考虑防磨措施,以避免定位管与过热器管屏间的磨损。该电厂由于结构设计的问题,冷却定位管位置设置不合理,在运行过程中不能有效地减小受热面管屏的震动。同时,未在定位管与管屏之间配置防磨块,导致定位管与受热面管间发生碰磨,使定位管和受热面管均产生较大的碰损。

4 结语

在科学技术不断发展的今天,对电站锅炉的检验在特种设备领域中是重中之重。电站锅炉的检验更是直接关系人民生命和财产安全及经济社会发展。电站锅炉检验需要更多地是根据法律、规程的要求进行实战,电站锅炉的检验结论也要根据实际检验情况综合考虑、分析,准确评定。为此我们检验单位,对上述检验中的重点部位、重点监控的系统和管道进行简要分析,在检验时对需要注意的问题认真分析研判,严格按照相关法规和规程的规定,加强检验检测工作,避免事故的发生,保障锅炉的安全经济运行。

参考文献

[1]钱公,李军.TSG G7002—2015,锅炉定期检验规则[S].北京:新华出版社,2015.

[2]杨百勋,李益民.DL/T438—2016,火力发电厂金属技术监督规程[S].北京:中国电力出版社,2017.

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