670 t/h 循環(huán)流化床外置床微振造成內(nèi)部受熱面爆管失效的研究

周天旺，彭小崢，邱紹明，程文峰

（中電投江西電力有限公司，江西南昌 330096）

0 引言

外置床是近年來(lái)國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床機(jī)組大型化后的新設(shè)備，內(nèi)部布置過熱器和再熱器受熱面，鼓泡床運(yùn)行方式，內(nèi)部流化風(fēng)速度一般為0.5～1 m/s，基本無(wú)磨損[1]，近期一臺(tái)國(guó)產(chǎn)670 t/h的CFB鍋爐運(yùn)行7年后頻繁發(fā)生內(nèi)部受熱面爆管失效問題，通過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研分析，確定了外置床微振是造成受熱面爆管的主要原因，這也是目前為止發(fā)生為數(shù)不多的微振現(xiàn)象，值得研究和思考。

1 設(shè)備概況[2][3][4]

該臺(tái)鍋爐為國(guó)產(chǎn)670 t/h的CFB鍋爐，單汽包、自然循環(huán)、采取新型外置床換熱器。鍋爐主要采取大錐段結(jié)構(gòu)、4 個(gè)直徑為6.4 m 的高溫絕熱旋風(fēng)分離器分布爐膛左右、4 臺(tái)緊湊式分流回?zé)釗Q熱器（也就是外置床）、尾部受熱面、管式空預(yù)器等設(shè)備組成。

緊湊式分流回?zé)釗Q熱器是一種新型的外置式換熱器，主要特點(diǎn)是回料閥和外置床為一體化緊湊式設(shè)計(jì)，采取科學(xué)的啟動(dòng)控制分流循環(huán)灰量，內(nèi)部布置有過熱器和再熱器受熱面，本次爆管的2號(hào)外置床內(nèi)布置為高溫再熱器，管子規(guī)格為φ57×5，材質(zhì)為TP321（見圖1）。

圖1 外置床結(jié)構(gòu)

該鍋爐的2 號(hào)外置床設(shè)備在2013年3月份連續(xù)發(fā)生過2次管子失效現(xiàn)象，而且管子失效的部位均在同一位置。

2 事件經(jīng)過

2.1 事件發(fā)生前狀態(tài)

2013年3月8日10時(shí)30分機(jī)組負(fù)荷175 MW，汽溫528 ℃，汽壓12.68 MPa，給水流量450 t/h,蒸汽流量460 t/h，氧量4.3%，爐膛負(fù)壓-20 Pa，排煙溫度145 ℃。

引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、換熱風(fēng)機(jī)均2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)和4臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行。

2.2 事件過程[5][6]

2013年3月8日10時(shí)35分，機(jī)組負(fù)荷175 MW，爐膛負(fù)壓60 Pa，引風(fēng)機(jī)電流逐漸由185 A上升至200 A，給水流量510 t/h，蒸汽流量500 t/h，排煙溫度逐步上升至153 ℃，判斷爐狀況異常，汽機(jī)補(bǔ)水量有所增加,立即對(duì)鍋爐進(jìn)行全面檢查，在10:58 分巡檢到2 號(hào)外置床時(shí)發(fā)現(xiàn)該外置床響聲大，且有大量灰冒出。

InSAR是合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)(Interferometric Synthetic Aperture Radar)的簡(jiǎn)稱，原理為通過雷達(dá)衛(wèi)星在相鄰重復(fù)衛(wèi)星軌道上對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行兩次成像得到兩張SAR圖像，通過計(jì)算它們的相位差得到干涉處理后的圖像，后經(jīng)相位解纏和差分干涉處理，便可從干涉條紋中提取地表的三維信息和高程變化信息。雷達(dá)干涉測(cè)量的成像幾何關(guān)系如圖4[26]，圖中，H是軌道的高度，B是基線距離，θ0是參考側(cè)視角， dθ是地形起伏引起的側(cè)視角的增量。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)再檢查確認(rèn)，2 號(hào)外置床受熱面爆管，機(jī)組解列。

3 管子失效前后的狀況

3.1 失效前的狀況

在本次受熱面失效前的2月9日，該外置床已經(jīng)發(fā)生了一次管子失效造成停爐的現(xiàn)象，失效的管子為第17排、第18排，更換了6根管子，更換的管子為Φ57×5 mm。

鍋爐專業(yè)通過分析出，得出了2種不同的意見：第一種意見認(rèn)為是外置床內(nèi)換熱室隔墻倒塌后，墻內(nèi)的鋼筋晃動(dòng)，直接接觸并磨損管子，造成管子失效；第二種意見認(rèn)為是造成流化風(fēng)的方向變化，原均勻布置的流化風(fēng)風(fēng)向被迫改變方向，高達(dá)40 KPa的風(fēng)夾雜著粗糙的煤粉顆粒集中向失效的管子吹，相當(dāng)于是噴砂，造成管子失效。

3.2 失效后的狀況

3月8日管子失效仍為為第17 排、第18 排，其中發(fā)現(xiàn)四大問題：

第一是管子的管夾全部缺失，管子在外置床內(nèi)呈自由狀態(tài)。

第二是由于管夾缺失，管排之間已經(jīng)發(fā)生碰磨，而且非常嚴(yán)重，其中第18排失效的管子就是2月9日爆管后更換了的新管子，3月2日機(jī)組啟動(dòng)，3月8日再次爆管，5 mm 壁厚的管子運(yùn)行僅6天最終壁厚磨損為1.2 mm，磨損的速度為0.633 mm/天，極為罕見（見圖2）。

第三是失效管子的焊縫存在氣孔（見圖3）。第四是疏水閥門被眼鏡片堵塞（見圖4）。

圖2 磨損后的管子

圖3 管子上的氣孔

圖4 閥門內(nèi)的眼鏡片

4 原因分析

通過本次的調(diào)研，筆者認(rèn)為該外置床管子失效的主要原因就是微振，產(chǎn)生微振的原因如下：

首先，再熱器設(shè)計(jì)不合理是微振的主要原因。該外置床受熱面是U型設(shè)計(jì)（見圖1外置床結(jié)構(gòu)圖），管內(nèi)的疏水無(wú)法正常排出，僅能靠外置床投運(yùn)后產(chǎn)生的蒸汽將疏水?dāng)D出。而且再熱器外置床是在機(jī)組開機(jī)最后才投運(yùn)的設(shè)備，停爐時(shí)蒸汽凝結(jié)下來(lái)的水未排空，加上開機(jī)過程后產(chǎn)生的蒸汽，造成兩項(xiàng)流，容易造成水擊發(fā)生。所以在后續(xù)的過程1 025 t/h 流化床的研發(fā)中，再熱器外置床的受熱面和進(jìn)出口聯(lián)箱位置均進(jìn)行了優(yōu)化，采取了倒U型設(shè)計(jì)，聯(lián)箱布置在受熱面的下方，未發(fā)生水擊現(xiàn)象。

最后，外置床受熱面大部分管子的管夾在此之前已經(jīng)大面積脫落，由于檢修空間狹小，檢修過程中大部分未及時(shí)得到恢復(fù)，故受熱面管子在幾年的時(shí)間內(nèi)變形、交叉嚴(yán)重，管子在水擊的誘因下、加上循環(huán)灰的作用，振動(dòng)更加嚴(yán)重，造成管子碰磨（見圖1、圖2），故即使是新?lián)Q的管子，也難逃僅運(yùn)行6 天就爆管。

5 采取的措施

由于該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成型，如需改動(dòng)，則需要花費(fèi)許多的成本，故本次的整治措施中未考慮將外置床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，而是在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了局部的改造。

1）在機(jī)組A 修中將外置床內(nèi)的管排全部吊出，逐個(gè)進(jìn)行外觀、管夾、測(cè)厚檢查。

一是對(duì)所有的外觀出現(xiàn)超溫的管段全部更換；二是對(duì)所有的管夾全部進(jìn)行了恢復(fù)，這是最重要的一項(xiàng)工作；三是對(duì)對(duì)磨損量大于2 mm、變形嚴(yán)重的管子全部進(jìn)行了更換。

2）將疏水門進(jìn)行了徹底的檢查，取出了眼鏡片，并進(jìn)行通水試驗(yàn)（通水試驗(yàn)中由發(fā)現(xiàn)管道被破布堵塞，并取出），保證了疏水暢通，避免水沖擊，解決引起外置床振動(dòng)的誘因。

3）更換了近1 200 m管子，將更換過程中的所有焊口全部進(jìn)行了拍片檢查，確保焊接質(zhì)量的可控。

4）采取可靠的運(yùn)行方式。

（1）加強(qiáng)疏水。

機(jī)組啟動(dòng)過程中安排專人對(duì)外置床的疏水進(jìn)行重點(diǎn)檢查，有問題及時(shí)解決處理，確保疏水正常，避免水沖擊。

（2）加強(qiáng)疏水門的檢查。

運(yùn)行中安排專人對(duì)所有的疏水門進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)被堵的現(xiàn)象及時(shí)安排人員進(jìn)行處理，有漏流的閥門待停機(jī)后進(jìn)行研磨或更換。

5）加強(qiáng)檢修管理。

（1）規(guī)范檢修工藝。

重申了檢修中管子坡口、管道臨時(shí)封堵等的重要性，防止眼鏡片、破布堵塞管道現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）嚴(yán)格了焊接質(zhì)量的管理。

從焊接人員證件的檢查、焊接工藝卡制定、焊接材料等方面進(jìn)行了嚴(yán)格控制，從源頭上控制了焊接的質(zhì)量。同時(shí)100%的拍片，正確處理了進(jìn)度和質(zhì)量的關(guān)系，保證了焊接的質(zhì)量。

（3）加強(qiáng)了驗(yàn)收。

過程中確定了三級(jí)驗(yàn)收的人員，明確了職責(zé)，并將過程中驗(yàn)收的文件進(jìn)行了匯總。

6 取得的效果

機(jī)組自采取上述措施后已運(yùn)行至今，該CFB 鍋爐的外置床未發(fā)生一起受熱面爆管事件。

7 結(jié)論

通過對(duì)該外置床內(nèi)受熱面爆管事件的研究，成功得出了外置床微振是失效的主要原因。微振現(xiàn)象目前在CFB 機(jī)組上發(fā)生不多，而且該觀念正逐步被行業(yè)接受和認(rèn)可。

所以外置床內(nèi)受熱面布置的合理設(shè)計(jì)、受熱面確保疏水正常，同時(shí)加強(qiáng)檢修和運(yùn)行管理，防止水擊造成管子失效，是預(yù)防微振的措施。而且我們?cè)趪?guó)產(chǎn)1 025 t/h 鍋爐上采取了相應(yīng)的措施，取得了很好的效果，對(duì)同類型機(jī)組有很好的借鑒作用。

[1]路春美，程世慶，王永征.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2]蔣敏華，孫獻(xiàn)斌.自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)CFB鍋爐的開發(fā)研制，2006年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)報(bào)告集[C].GN1-06 CT0646 :127～127.

[3]孫獻(xiàn)斌，黃中.大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社，2012.

[4]黨黎軍.循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)調(diào)試與安全運(yùn)行[M].北京:中國(guó)電力出版社，2002.

[5]DL/T 1034-2006 135 MW級(jí)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行導(dǎo)則[S].

[6]彭小崢，陳念祖，段宏波.江西大型電站循環(huán)流化床鍋爐的整治和運(yùn)行情況，2006年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)報(bào)告集[C].GN1-05 CT0371:127～127.