高寒地区冬季锅炉水压试验

曲廷才，张 戟，宋振宇，杜宪波，王洪恩

（1.华电白音华金山发电有限公司，内蒙古 锡林郭勒盟，026200；2.辽宁东科电力有限公司，沈阳市，110006；3.东北电力建设第一工程公司，辽宁省 铁岭市，112000）

0 引言

按电力建设施工验收规范要求，在锅炉本体系统安装结束后，须进行一次整体水压试验，以检验焊接质量、材料质量、管道、阀门等承压部件的强度及严密性。电力建设行业、质监部门及锅炉制造厂对锅炉整体水压试验在现场环境温度、水温等技术方面均有严格要求。对于地处高寒地区的火电建设工程，气温条件是制约锅炉水压试验顺利进行的主要因素之一。以下结合白音华金山发电厂新建工程，探讨高寒地区冬季锅炉水压试验的实践。

1 施工条件的分析与准备

白音华金山发电厂位于内蒙古锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗白音华苏木境内，所在区域为人烟稀少的大草原，属高原高寒地区。根据西乌珠穆沁旗气象站1955—2004年实测资料统计，该地区年平均气温为1.5℃，极端最高气温为37.4℃，极端最低气温为-38.6℃；年平均无霜期105天（最多136天，最少84天），累年最大冻土深度2.3 m，年平均大风（7级以上）日数62天（最多148天，最少28天），年平均日照时数2900 h。该地区地域偏远、气候恶劣，特别是冬季漫长寒冷，使施工无法进行，并给防寒、防冻带来很大压力。

锅炉、汽机主厂房外墙为轻质保温彩钢板，0 m西风口布置多扇大门。为满足采光要求，墙体大面积开窗。虽然窗下及门口布置采暖设施，但由于环境温度太低，门窗散热较大、漏风情况较普遍等原因，厂房内的温度很难保证，尤其锅炉厂房受过热器、再热器管排结构的影响，锅炉水压试验后大部分管排不能排空存水。白音华地区每年9月下旬至次年5月上旬为采暖期，低温冻结时间漫长，在长达7个月的供暖期间，锅炉水压试验不仅仅要考虑水压试验前的环境条件，更要考虑水压试验后的防冻、防腐等维护保养工作。同时，锅炉水压试验后的保温、炉顶密封等工作量很大，影响锅炉试运整体进度的推进。根据工程进度安排，白音华金山电厂新建工程2×600 MW机组2009年12月底全厂受电具备调试条件，2010年6月底计划达到商业运行条件。年底受电后进行系统调试正是在严寒的1—3月份。提前进行锅炉水压试验、系统通水，将会给设备及管道系统带来非常严重的安全隐患；而推迟水压试验又将直接影响后续施工与投产计划，使原本就很紧张的工期更加紧张。

为了既保安全又保工期，参考内蒙古地区气候条件相近的其他电厂实际经验，在多次调研分析的基础上，采用了如下几项应对措施。

（1）调整锅炉水压试验前后的施工作业步序。

先进行锅炉水压系统的整体风压试验，在排除焊口、封头、管子等较大缺陷后，进行炉本体保温工作。炉顶受热面保温浇筑及密封在正式水压试验后进行。此举可以在水压试验前发现一批质量缺陷，还能避免防冻、防腐等保养问题。

（2）气温分析及供暖负荷测算。

由2009年1—2月气温曲线得出：1月份平均气温-29.5℃，最低气温-37℃；2月份平均气温-24℃，最低气温-34℃；3月份平均气温-15℃，最低气温-23℃。白音华地区暴风雪、“白毛风”等恶劣极端天气较多，锅炉间采用0.4 MPa蒸汽采暖设施，厂房温度按室内+5℃，室外-25℃计算冬季采暖热负荷，计算时不考虑设备和工艺管道的散热量。根据以往冬季1月份的气温，在锅炉机组不运行时，设计的热负荷使锅炉厂房的温度可能在0℃以下，很难满足锅炉水压的防冻要求，因此还需要在锅炉厂房增加临时采暖。临时采暖测算如下：

1）在捞渣机四周、冷灰斗内、尾部竖井水平过热器及水平再热器等部位增加光排管暖器，提高炉内温度，需增加临时采暖费用150万元。

2）锅炉厂房的0 m布设焦炭炉100台，当气温低于-20℃或供汽压力不足造成室内温度低于5℃时投入。当发生启动锅炉故障，无法保证正常供汽时可将焦炭炉放入炉内进行锅炉防冻。根据2009年1—3月份气温统计，低于-30℃极端气温天气20天，事故停汽时焦炭炉的消耗量按10 kg/h计算，需要970 t焦炭，增加费用约300万元。

（3）危险点分析。

危险点包括极端天气的出现概率、启动炉故障、全厂停电、节假日人员的疏忽。

（4）临时措施的优化选取。

通过测算分析，在风险最为可控、保障措施最为可行、临时设施投资最少、施工环境最可接受的条件下，锅炉水压试验合理工期应安排在2010年3月中旬。同时对锅炉房的封闭情况重新进行复查，对大风刮坏的门窗进行了加固；锅炉厂房的大门、窗框、墙板连接缝等存有缝隙的用保温棉进行填充，对大门外部进行封堵；所有与炉膛连接的烟风道挡板门均关闭；对室外吸风口进行封堵。

（5）水压试验前的环境温度监测。

根据水压试验时间计划的安排，分别在锅炉0、18、57、62 m层设置观测点，进行水压试验前环境温度的监测，以便于决定最终水压试验的具体时间。温度观测结果如表1所示。

表1 2010年1月至2月温度观测记录表Tab.1 Temperature observation data from Jan.2010 to Feb.2010

2 水压试验过程的控制

白音华金山发电厂新建2×600 MW机组采用美国巴威公司技术设计、制造的亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、全钢构架的Π型单锅筒锅炉。一次系统水压试验范围包括给水操作台后主给水管道、省煤器、汽包、过热器、主汽水压试验堵阀前主蒸汽管道。二次系统水压试验范围包括低温、高温再热器、冷段、热段管道。

锅炉的结构设计特点如下：屏式过热器、二级过热器、垂直再热器均没有下联箱及放水门，水冷壁下联箱亦无放水门（可通过底部加热供汽集箱底部放水门放水，但考虑水冷壁下联箱内进气孔可能造成堵塞问题，不采取这种方式），汽包夹层低于分散上升管。因此，该4处受热面和汽包夹层在水压试验后无法保证有效放净存水，如图1所示，这些受热面的壁温及炉膛、烟道内环境温度应作为重点防冻部位进行检测，保证温度高于5℃。

在水压前的准备工作中，首要工作是提高锅炉间环境温度，对厂房全面检查，认真处理“跑风漏气”的部位，及早投入临时暖气系统。通过各种措施的落实，在室外温度-20℃情况下，即便不投入焦碳炉子，锅炉间温度依然得到提高，基本达到预期目的，如图2所示。

根据锅炉产品说明书中的水压试验要求，水压试验时金属壁温推荐保持值为21～70℃,水压试验过程中，金属壁温不得低于21℃。为了满足以上要求，锅炉上水工作的核心为控制上水温度在70～80℃之间，具体流程为：锅炉水冲洗合格后，将凝结水补水箱上满水，然后对凝结水补水箱进行加热，加热温度小于90℃，同时向补水箱按比例加入氨和乙醛肟，取样化验混合液浓度，直至化验结果符合要求。启动凝结水输送泵进行锅炉上水，调整泵的再循环开度、保持化学除盐水流量为70 t/h；维持水箱高水位平衡运行，控制药品浓度。

为控制好炉内水温（既要满足金属材料对温度的要求，又要方便人员进入炉内检查，水温一般控制在25～45℃）利用锅炉打压系统最高点排空气门进行排水，置换热水进入打压系统。根据锅炉水压升压曲线，为满足整个打压过程壁温达到要求，利用系统低压停驻期间对全系统每小时温降情况进行测算，根据测算值将锅炉各处受热面的壁温提升至35～40℃；另一方面，为防止环境温度对炉内温度的影响，在锅炉0 m环境温度低于7℃时，及时将焦炭炉投入，确保在环境温度进一步降低情况下，锅炉0 m环境温度不低于5℃，从而保证了水压试验期间金属壁温始终保持在21℃以上。打压期间汽包壁温如表2所示。

表2 1号炉水压试验期间受热面壁温（最低值）Tab.2 Wall temperature(lowest)of heated surface during the hydraulic test of No.1 boiler

3 水压试验后的维护

在2010年3月18日最低室外温度-25℃情况下，完成了白音华金山发电厂1号锅炉的水压试验，因水压试验后出现连续低温大风天气，锅炉上水系统持续保持加热循环运行，根据锅炉壁温的情况，采取循环换水防冻维护方式，规定在环境温度-25℃时，每天循环1次，以保证炉膛壁温最低点不低于8℃。由于措施到位以及天气的逐渐转暖，锅炉水压试验后室内温度一直保持在0℃以上，焦炭炉投入10台左右，施工环境空气质量没有破坏，炉顶密封工作顺利开展。水压试验后室外温度及各部位受热面如表3所示。

表3 1号炉水压试验后室外温度及各受热面壁温（最低值）Tab.3 Wall temperature(lowest)of heated surface and ambient temperature after the hydraulic test of No.1 boiler

4 结论

（1）高寒地区冬季锅炉水压试验需要从前期准备、过程控制、后续维护3方面进行全面论证及优化，才能保证冬季水压的安全性、经济性；

（2）不能片面追求提前水压试验工期，应对气候条件进行充分分析，对前期温度进行监测，并加强临时措施的执行；

（3）白音华金山电厂1号锅炉冬季水压的实践表明，利用气候转暖的有利条件，采取循环加热、细节控制等措施，可以保证锅炉水压试验在低温气候条件下的顺利完成。

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