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      某鍋爐減溫器故障引發(fā)的事故原因分析及處理

      2015-08-19 01:31:39趙志潤唐忠鳳臨滄市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心云南臨滄677000
      云南科技管理 2015年3期
      關(guān)鍵詞:支板螺旋管進(jìn)水管

      趙志潤,唐忠鳳(臨滄市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心,云南臨滄 677000)

      某鍋爐減溫器故障引發(fā)的事故原因分析及處理

      趙志潤,唐忠鳳
      (臨滄市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心,云南臨滄 677000)

      通過一臺鍋爐因減溫器故障引發(fā)過熱器頻繁爆管事故的檢查與分析,認(rèn)為減溫器設(shè)計容量偏大、內(nèi)部構(gòu)件不合理、運(yùn)行中冷卻水流量過小 、溫度過低是導(dǎo)致減溫器支撐件失效、冷卻水管斷裂、螺旋管泄露的原因;通過對減溫器全面檢驗檢測,更換高溫過熱器和減溫器芯管,減小減溫器容量等有效的處理措施,保障了減溫器安全運(yùn)行。

      減溫器;冷卻水管;鍋爐故障

      0 引言

      減溫器工作環(huán)境惡劣,容易發(fā)生故障。臨滄市某糖廠一臺WDLC100/3.82-1型蔗渣鍋爐(額定蒸發(fā)量100t/h,工作壓力3.82MPa,雙鍋筒橫置式布置),2012年12月新裝投入運(yùn)行,在投入運(yùn)行不到一年的時間多次發(fā)生因減溫器失效,內(nèi)部構(gòu)件脫落,堵塞蒸汽引出管口,導(dǎo)致高溫過熱器超溫爆管事故;文章就減溫器失效原因進(jìn)行分析。

      1 減溫器結(jié)構(gòu)及失效情況

      該鍋爐過熱器為立式結(jié)構(gòu),布置于爐膛出口凝渣管與對流管之間,分高低溫段二級,高溫過熱器材質(zhì)12Cr1MoV,規(guī)格Φ38×3.5mm,單排布置共85組,爆管位于爐膛出口的高溫直段區(qū)域。該減溫器布置于高低溫段過熱器之間,采用螺旋管表面式減溫器,規(guī)格Φ368×25mm,如圖1所示。以鍋爐給水作為冷卻水,經(jīng)加熱后進(jìn)入給水混合集箱供給省煤器;過熱蒸汽從上部引入,下部引出,減溫器兩端采用法蘭端蓋連接,內(nèi)部對稱布置上下兩組φ60×5mm冷卻水管,冷卻水下進(jìn)上出,冷卻水管之間有85個φ18×3的螺旋管與冷卻水管組成減溫器芯子;冷卻水管一端與減溫器法蘭端蓋焊接固定,另一端與支板連接,為防止芯子振動,冷卻水管之間焊接有168塊200×30×4mm的小支撐板。減溫器設(shè)計進(jìn)口蒸汽溫度400.4℃,出口蒸汽溫度346.6℃,冷卻水進(jìn)口溫度105℃,出口溫度135℃。

      對減溫器進(jìn)行抽芯檢查時發(fā)現(xiàn),減溫器芯子破損嚴(yán)重,進(jìn)水管多處橫向斷裂;進(jìn)水管與支板的固定角焊縫整體開裂,連接處完全脫離、移位,支板與護(hù)板連接焊縫開裂、脫離;護(hù)板斷裂;螺旋管出口水平段多處穿孔泄漏;進(jìn)水管與出水管之間焊接的小支撐件60%以上產(chǎn)生變形、彎曲,焊縫開裂,部分支撐件脫落,減溫器失效情況如圖2所示。

      2 原因分析

      2.1從設(shè)計制造方面分析

      2.1.1減溫器容量偏大

      減溫器容量選取過大,不僅浪費(fèi)材料,并且由于冷卻水量過小有發(fā)生汽化的危險,選取過小,會導(dǎo)致過熱器超溫事故。減溫器容量一般取所需減溫量的1.15~1.5倍[2];該減溫器設(shè)計取100%額定負(fù)荷工況時50%的給水作為冷卻水量,也就是鍋爐滿負(fù)荷時應(yīng)約有50t/h的冷卻水流過減溫器,但運(yùn)行記錄顯示,該鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時最大冷卻水流量僅為21t/h,運(yùn)行工況與設(shè)計不匹配,減溫器容量設(shè)計偏大,運(yùn)行過程中存在冷卻水汽化危險。

      2.1.2內(nèi)部構(gòu)件結(jié)構(gòu)不合理

      該減溫器進(jìn)水管一端與集箱端蓋焊接固定,中間與隔板焊接固定,另一端與支板焊接固定,支板與護(hù)板、護(hù)板與隔板焊接固定,進(jìn)水管、支板、隔板、護(hù)板之間形成近乎剛性連接;在額定負(fù)荷下,進(jìn)水管的管壁溫度比冷卻水溫度高30~40℃[2],假設(shè)冷卻水管中水的溫度呈線性變化[4],按算術(shù)平均可近似求得進(jìn)水管管壁溫度為150℃;此時,支板、護(hù)板、隔板的溫度近似取減溫器內(nèi)進(jìn)出口蒸汽溫度的平均值370℃,進(jìn)水管與支板、隔板、護(hù)板之間約有220℃的溫差,溫度不同,所產(chǎn)生的膨脹量不同,進(jìn)水管產(chǎn)生的膨脹量小于支板、護(hù)板、隔板的膨脹量,當(dāng)膨脹互相限制,產(chǎn)生較大的約束溫差應(yīng)力,在此溫差應(yīng)力反復(fù)作用下,進(jìn)水管、護(hù)板壁厚較薄,容易產(chǎn)生疲勞斷裂,進(jìn)水管與支板連接角焊縫、支板與護(hù)板的角焊縫中承受較大的剪切應(yīng)力,易導(dǎo)致開裂損壞。

      冷卻水管之間焊接小支撐板,冷卻水管與小支撐板之間又形成一個剛性結(jié)構(gòu),出水管在膨脹時受到小支撐板限制,小支撐板又受到進(jìn)水管的限制,進(jìn)出水管之間因冷熱溫差不同所引起的膨脹差不能被螺旋管轉(zhuǎn)化、吸收,完全作用于小支撐板,加之運(yùn)行過程中因熱交換進(jìn)出水管頻繁發(fā)生振動,小支撐板僅僅點(diǎn)焊在進(jìn)出水管之間,焊接質(zhì)量差,在兩種力共同作用下小支撐件極易產(chǎn)生彎曲變形、焊縫拉裂,最后導(dǎo)致脫落。從現(xiàn)場檢查情況看,正是由于小支撐板脫落,堵塞蒸汽引出管管口,高溫過熱器管內(nèi)蒸汽流量減少,導(dǎo)致超溫爆管事故。

      圖1 減溫器結(jié)構(gòu)示意圖

      2.2從運(yùn)行方面分析

      2.2.1冷卻水流量過小到足夠冷卻,運(yùn)行中需要保持即最小冷卻水流量,最小冷卻化為前提[2]。該臺鍋爐因減溫際運(yùn)行中,只有通過減少冷卻熱蒸汽出口溫度,司爐工在不水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥門全部關(guān)死,冷,冷卻水極易產(chǎn)生汽化,水管熱蒸汽溫度400℃,一旦需要螺旋管受到冷卻水(105℃)的85℃內(nèi)外壁溫差,對于3.82MPa的中壓鍋爐,此時的溫差應(yīng)力高達(dá)500MPa左右[1],遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20#管的屈服應(yīng)力?,F(xiàn)場查看運(yùn)行記錄顯示,冷卻水經(jīng)常出現(xiàn)零流量記錄,冷卻水流量過小是導(dǎo)致進(jìn)口冷卻水管斷成幾節(jié)的主要原因。且管內(nèi)壁受的是拉伸應(yīng)力,外壁受的是壓縮應(yīng)力,裂紋是由內(nèi)向外擴(kuò)張的,不裂穿很難發(fā)現(xiàn)。

      2.2.2冷卻水溫度偏低

      該鍋爐采用鈉離子串級交換軟化,大氣式熱力除氧附加鍋內(nèi)加藥的水處理工藝,水處理工藝及生產(chǎn)工藝相對落后,鍋爐運(yùn)行時需補(bǔ)充30%左右的軟化水作為鍋爐給水,從運(yùn)行參數(shù)看,給水溫度經(jīng)常只有70~80℃左右,鍋爐水質(zhì)尤其是給水溫度達(dá)不到設(shè)計105℃的要求,水中的溶解氧無法去除掉,溶解氧含量在3.9~5.4mg/L之間,已嚴(yán)重超出GB/ T12145-2008中≤15μmol/L的要求。從現(xiàn)場情況來看,進(jìn)出冷卻水管內(nèi)有潰瘍狀腐蝕坑,螺旋管穿孔部位內(nèi)大外小并伴有紅褐色的腐蝕產(chǎn)物,是氧腐蝕造成的;冷卻水加熱至102~104℃時,水中的氧就會逸出[3],若果冷卻水量較小,汽水混合物的流速低于0.4m/s時,水平管中會出現(xiàn)汽水分層現(xiàn)象[2],氧氣大量聚集在水平管段,螺旋管壁厚較其他部件薄,導(dǎo)致出口水平管段多處腐蝕穿孔。運(yùn)行過程中如冷卻水發(fā)生汽化,需要減溫時,進(jìn)入減溫器的冷卻水溫度(70~80℃)遠(yuǎn)低于設(shè)計溫度(105℃),加大了冷熱介質(zhì)的溫度差,增大了溫差應(yīng)力,加速進(jìn)出冷卻水管、螺旋管的疲勞破壞。

      綜上原因分析,過熱器頻繁爆管是由于減溫器故障,內(nèi)部構(gòu)件脫落,堵塞蒸汽引出管超溫所致;而減溫器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理、設(shè)計容量偏大、運(yùn)行中冷卻水流量過小 、溫度過低是導(dǎo)致減溫器支撐件失效、冷卻水管斷裂、螺旋管泄露開裂的原因。

      圖2 減溫器失效狀況圖

      3 處理措施及建議

      3.1對減溫器進(jìn)行全面檢驗檢測

      為防止因芯管泄露陡然冷卻減溫器內(nèi)壁產(chǎn)生熱疲勞裂紋,對減溫器筒體進(jìn)行內(nèi)外部100%外觀檢查,內(nèi)壁進(jìn)、出管孔內(nèi)區(qū)域特別是芯管泄露對應(yīng)部位進(jìn)行窺鏡檢查和超聲波檢測,外壁接管角焊縫進(jìn)行100%滲透檢測,未發(fā)現(xiàn)減溫器筒體開裂的情況。

      3.2更換爆管的高溫過熱器

      因過熱器爆管是由小支撐板堵塞管孔所致,其余過熱器未發(fā)現(xiàn)超溫過熱情況,對爆管的8組過熱器管進(jìn)行更換,采用氬弧焊R31焊絲進(jìn)行焊接,焊接接頭進(jìn)行100%的RT檢測和光譜檢測。

      3.3更換減溫器芯管、減少減溫器的容量

      減溫器芯管疲勞破損嚴(yán)重,更換全部芯管重新制造安裝。鍋爐廠對減溫器容量重新進(jìn)行設(shè)計計算,確定減少約20%的換熱面積,將原來的85組螺旋管減少為72組,可適當(dāng)增加冷卻水流量。取消進(jìn)出冷卻水管之間的小支撐板,為防止冷卻水管過長振動嚴(yán)重,在支板與隔板之間增加兩道支板,支板與進(jìn)出水管焊接結(jié)構(gòu)改為套合結(jié)構(gòu)。在減溫器上部筒體設(shè)置保護(hù)襯板,防止因減溫器芯子漏水而疲勞破裂。

      3.4水壓試驗

      修理完工后,減溫器與鍋爐本體進(jìn)行5.25MPa/20min的水壓試驗,未發(fā)現(xiàn)泄露情況。

      3.4定期檢查

      建議每年定期對減溫器進(jìn)行檢查,定期檢查主要是抽芯外觀檢查和冷卻水管系統(tǒng)水壓試驗,主要檢查內(nèi)部構(gòu)件完好情況及裂紋、磨損情況,對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理。

      3.5提高冷卻水的進(jìn)口溫度

      讓除氧器正常使用,保證冷卻水進(jìn)口溫度達(dá)到105℃。提高冷卻水的進(jìn)口溫度,降低了一定量過熱蒸汽的焓,增大冷卻水的流量,降低冷卻水的出口溫度[1],可有效避免冷卻水被汽化。

      3.6最小冷卻水量

      運(yùn)行過程中需保持最小冷卻水流量,對冷卻水溫度進(jìn)行監(jiān)控,建議增設(shè)冷卻水的溫度監(jiān)控措施及報警裝置,防止冷卻水流量過小發(fā)生汽化疲勞損壞。

      [1] 馬昌華.鍋爐事故防范與安全運(yùn)行[M],北京:地震出版社,2000,6.

      [2] 宋漢武. 蒸汽鍋爐減溫器[M], 北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社;重慶分社1987.3

      [3] 吳金福. 面式減溫器腐蝕原因分析及治理[J].工業(yè)鍋爐,2007,101 (1):54-55

      [4] 蔣明星,陳國華,廖景娛.某鍋爐減溫器水管失效原因分析及預(yù)防對策[J].壓力容器,2010,27(9):38-41.

      [5] 鄭玉卿,欽峰,楊文龍.面式減溫器筒體內(nèi)壁應(yīng)力分析及裂紋成因探討[J]. 壓力容器,2013,30(5):53-57.

      TK228

      B

      1004-1168(2015)03-0074-03

      2015-05-26

      趙志潤(1979-),男,本科,工程師,從事特種設(shè)備監(jiān)督檢驗工作。

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