火力发电厂超超临界锅炉防爆管施工工艺研究

郭 兵

(山西省电建一公司，山西大同 037043)

1 概述

最近几年，我国的生产建设和人民生活对电力的要求不断增长，因此，电站锅炉容量相应的也在不断地增加。锅炉容量的增加既满足了社会的需求，也提高了锅炉热效率，为国家节省了煤炭资源。但是，锅炉容量提高对锅炉设备制造工艺、安装技术水平的要求也不断提高，高压力、高出力的锅炉系统庞大、结构复杂，导致锅炉爆管的潜在因素也在增加。国内已投产的超超临界机组在调试、运行过程中基本上都出现了不同程度的爆管现象，由于超超临界机组容量较大，因锅炉爆管而产生的非停对电网冲击也较大。本文从设备设计、制造运输、设备安装、调试、运行等几个方面作了分析，提出了防爆管的观点，以飨读者。

1.1 简介

以西塞山电厂为例，西塞山电厂二期工程设计为两台装机容量680 MW的国产超超临界机组，为探讨研究设备设计、制造、安装、运行等各个环节中导致超超临界机组发生爆管的原因，有针对性采取相应的管理措施和技术措施，成立了防爆管项目研究课题。本课题主要研究探索超超临界机组锅炉防爆管施工工艺。

1.2 锅炉参数及结构特点

西塞山二期2×600 MW级燃煤发电机组，锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的超超临界变压运行直流锅炉，采用∏形布置、单炉膛、反向切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉最大连续蒸发量2 098 t/h，过热器蒸汽出口温度为605℃，再热器蒸汽出口温度为603℃，给水温度为296.1 ℃。

2 超超临界锅炉爆管原因分析

2.1 设备设计原因

分析:该锅炉设计特点是:

1)本锅炉采用改进型的内螺纹管垂直水冷壁，即在上下炉膛之间加装水冷壁中间混合集箱，以减少水冷壁沿各墙宽的工质温度和管子壁温的偏差，节流孔圈装设在小直径的下联箱外面较粗的水冷壁入口管段上以加大节流度，提高调节流量能力。

水冷壁中间混合集箱区域水冷管结构复杂，制作困难，弯曲半径小于50 mm，容易产生堵塞，建议改进。

2)过热器系统采用四级布置，沿蒸汽流程依次为水平与立式低温过热器、分隔屏过热器、屏式过热器和末级过热器。再热器分成低温再热器和末级再热器两级。采用适合高蒸汽参数的超超临界锅炉的高热强钢:由于锅炉的主汽和再热汽温度均在600℃以上，对高温级过热器和再热器，大量采用了25Cr20NiNb钢(SA-213TP310HCBN)和改良型细晶粒18Cr级奥氏体钢(SA-213S30432)。P91，P92，Super304，HR3C 等高合金材料在现场得到广泛应用。

末级过热器和再热器均为立式管屏，管屏上的夹持板卡快均为φ8×15钢筋短接焊接在管屏上，机械焊接难度大，极易损害木材，引起爆管，建议改为同材质的方钢，易于焊接，不伤母材。

总结:设备设计合理、技术成熟、工艺需要改进，不是造成超超临界机组锅炉爆管的主要原因。

2.2 设备制造及运输原因

分析:受热面在制造过程中有可能存在如下质量缺陷:如母材受损、裂纹、砂眼、焊缝缺陷、咬边、弧坑等，在试运过程中因受热及压力增大超出材料极限应力而爆管;受热面运输及装卸过程中受外力作用被碰伤、挤压等，造成管子变形、凹坑、材质以低代高焊材用错等，管子在受热后局部应力集中，而引起爆管。

总结:设备制造过程中焊接、材质、内部清洁度、节流孔位置及尺寸等方面产生的质量缺陷是导致锅炉爆管的主要因素。建议加强设备制造期间的质量管理，对于锅炉总厂扩散的分厂业主方及相关技术人员要密切联系厂家，加强各个分厂的质量管理，对于出厂的焊口严格按规范进行复检，合金材料按规范进行光谱复检。

2.3 设备安装原因

分析:集箱和管子加工过程中会存在切削片、刨花片，拼装组焊过程中容易带入焊条头、石子、氧化皮等杂物。组合安装前，虽有压缩空气吹扫、通球、内窥镜检查等工序，但仍有清理死角，导致杂物存留在受热面内，吹管时气流扰动吹出而堵塞在节流孔处，引发锅炉爆管。

受热面出厂时均进行水压试验，杂物粘结于受热面内壁上，锈蚀后，与内壁粘贴牢固，压缩空气吹扫、通球均不能有效清除，锅炉经过酸洗、吹管等过程与管壁剥离，堵塞在集箱管口或节流孔处引发爆管。

受热面高空作业安装时，一些杂物落入受热面系统内，水压、酸洗临时管道安装时，若直接用电焊焊接，焊渣会进入正式系统内，上述杂物在吹管过程中堵塞节流孔圈引发锅炉爆管。

受热面安装过程中，施工人员对设备要进行鳍片切割、拼缝、对口、密封焊、热处理等操作，如不慎将受热面管子割伤、管材减薄、焊接咬边、热处理时间不到位等伤及母材的缺陷发生又不及时修复，将在高温高压下爆管。

总结:设备安装过程中焊接、材质、内部清洁度等方面产生的质量缺陷是导致锅炉爆管的主要因素。建议加强安装过程中的质量控制，严格按验收规范进行验收。包括管排吹扫、通球、内窥镜检查以及管排光谱检验，焊材的光谱检验、烘烤，焊后焊口的金相检验、热处理等。

2.4 锅炉调试及运行原因

分析:

1)由于燃烧器是布置在水冷壁墙上的切圆形式，而不是四角切圆，在特殊情况下，例如在湿态转干态的过程中，锅炉强制循环泵流量此时有300 t/h左右，在停止运行锅炉循环泵后，锅炉给水流量减少，燃烧器喷口二次周界风开度小，若一次风和二次风配风不当，会造成燃烧器出口烟气偏斜，喷口右侧水冷壁管(壁温测点335号～339号附近管)温升过快，长时间运行，会造成管材疲劳，产生爆管。

2)安装期间，一些泥土和细小的沙石很难吹扫干净，运行期间容易凝结成珠状圆块，沉积于节流圈区域和一些死角，造成过热爆管。特别是锅炉酸洗后，沉积物主要堆积在水冷壁下集箱、疏水箱、除氧器内，酸洗后需要及时清理这部分容器。

3)由于燃煤煤种的变化，煤粉在燃烧室结成较大块的凝渣，落入捞渣机前，首先撞击水冷壁冷灰斗，水冷壁冷灰斗受激烈撞击后，容易产生爆管。运行一段时间，烟气中的灰分冲刷管壁，造成过热器、再热器管壁减薄，也是爆管的原因之一。

在无溶解氧的水中，铁和水反应生成Fe3O4，放出氢气。在超超临界锅炉长时间运行过程中，由于机组升降负荷和锅炉燃烧调节，会造成金属温度频繁变化，在管内壁形成多层氧化膜，最终导致氧化皮剥离。剥离的氧化皮会在节流孔位置沉积，造成节流孔孔径减小甚至堵塞，堵塞后的受热面管内没有介质流动，造成管道干烧超温而爆管。

总结:锅炉运行过程中燃烧调节不当，产生局部超温是导致锅炉爆管的主要因素。超超临界机组的固有特性所引起的节流孔堵塞是导致锅炉爆管的主要因素。

结论:综上所述，下列四点:设备的制造质量缺陷、设备的内部清洁度差、设备的焊接质量及热处理质量缺陷、设备运行过程中因燃烧调整不及时而引起的局部超温是导致超超临界机组锅炉爆管的主要原因。

3 锅炉爆管后的检修措施

锅炉爆管按时间段划分最易发生爆管的时间段是在安装后试运行期间，按区域划分主要是集中在过热器和再热器区域，水冷壁也发生爆管现象，省煤器偶然发生爆管，但是几率很小。根据爆管的不同区域我们可以采取不同的补救方式，介绍如下。

3.1 水冷壁爆管

水冷壁爆管多发区域为冷灰斗区域，检修比较容易，从捞渣机内进入冷灰斗，或者从冷灰斗人孔门进入，观察爆管情况，确定爆管具体位置后，搭设脚手架拆除损毁的管段。更换新的水冷壁管即可。同时检查周边区域，有损坏的管段全部换掉，最短管节长度不低于200 mm。更换时，注意是否有厂家焊口和刚性梁连接，如果由厂家焊口和刚性梁连接，需要较长的管段。根据爆管外形确认爆管的原因，如果是外伤爆管，爆管口呈豆粒大小不规则的形状。如果是堵塞爆管，爆管口呈鼓面桃状。堵塞爆管在更换短管前，必须找到堵塞物。

3.2 过热器、再热器爆管

过热器、再热器爆管多为外堵塞爆管，也有一部分是由于膨胀受阻造成爆管，还有部分是由于长时间运行烟气中的灰分冲刷造成管壁减薄而爆管。过热器、再热器在炉膛的顶部，检修起来困难较大。特别是TP91，TP92材质的管段检修困难更大，因为TP91和TP92材质的管段焊接、打磨都有较高的要求，焊接工艺这里不进行叙述。一般采用开窗户的办法检修过热器和再热器爆管。开窗户就是在爆管附近的水冷区域开一个足够大的孔，方便过热器或者再热器管排的进入。水冷壁开窗户后，对于水冷壁下部的管口进行加堵，防止杂物掉入关口内。爆管处理结束后，恢复水冷壁窗户，进而恢复保温材料。

过热器、再热器管排爆管往往是一根爆管引起十几排管排爆管，处理爆管时需要认真检查爆管以及受伤管排的数量。找出堵塞物。更换管排前，搭设合理的脚手架，难度较大。脚手架需要从各个人孔或者看火孔传入架子管，逐步与过热器或者再热器管排连接，形成一个完整的脚手架平台方可施工。

3.3 省煤器爆管

省煤器爆管检修难度也很大，需要拆除省煤器护板上的刚性梁及省煤器护板，将整个省煤器管排抽出。因为目前电厂所用的省煤器组合在一起是整体，单管更换无法进行。