孔国红
（无锡蓝天燃机热电有限公司）
摘要：燃机电厂作为一种更加洁净的发电技术，具有对空气和环境污染小、供电效率高、机组快速启停方便、用地用水较小等诸多优点。在对某燃机电厂过热器爆管进行分析的基础上，从设计、制造安装与检修以及运行三个方面分析了燃机电厂锅炉过热器爆管原因，给出了预防过热器爆管的改进措施。采用这些措施后锅炉运行情况良好。
关键词：燃机电厂 锅炉 过热器 爆管
燃气——蒸汽联合循环发电技术，由于其使用的原燃料主要是天然气或工业伴生气，其燃烧效率较高，燃烧生成物对空气和环境污染小，而且这种发电技术还具有供电效率高、运行自动化程度高、机组快速启停方便、用地用水较小、建设周期短、资金回收率高等诸多优点，因此，市场运用越来越广泛。
1、概况
南方某9E燃机电厂使用的锅炉是由杭州锅炉厂生产的三压无补燃强制循环余热锅炉，型号为Q1153/526-174（33.9）-5.8（0.62）500（254.8）。从2007年到2010年，该厂低压过热器进口联箱出现8次爆管，而且基本都出现在靠近炉墙的墙角的导汽管与联箱焊接处。
2、燃机电厂锅炉过热器爆管原因分析
2.1 设计因素
燃机电厂锅炉设计不当的因素主要有四个，一是热力学理论计算值与实际运行值间存在偏差；二是设计时选用系数不当；三是壁温计算方法不完善，致使选材有缺陷；导汽管与联箱直插焊接。
首先，热力学理论计算与实际不准的焦点在于炉膛的传热计算。由于国内燃机锅炉厂大都采用国外上世纪80年代左右的热力计算标准来设计锅炉，对于如何从理论计算上合理确定炉膛出口烟温与过热器的传热系数尚缺乏经验，故理论计算与实际出入较大。
第二，壁温计算方法不完善，致使选材有一定缺陷。理论而言，在对过热器受热面作壁温校核时，应保证在最危险点下，偏差管壁温不超过所用材质的许用温度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该厂锅炉低压过热器管材用的是20G，联箱使用的材质是12Cr1MoV，由于各种偏差往往不能综合考虑，容易出现校核点计算壁温低于实际值。
第三，导汽管与联箱直插焊接，管道与联箱壁厚不同受热膨胀量、方向不同，存在应力。
此外，在锅炉设计计算时，未充分考虑热偏差，从而影响管材的正确使用，也可能引起过热器爆管。
2.2 制造、安装与检修因素
从现场运行经验来看，由于制造、安装以及机组检修质量等方面导致过热器爆管的情况也有发生。
（1）焊接质量差：一般来说，通常情况锅炉出厂焊接质量良好，但是，也有一些由于材质的原因，而出现爆裂。管子本身存在分层、夹渣等缺陷，运行时受温度和压力影响，缺陷扩大就会导致过热器爆管。例如：该厂多次爆管都是在出厂的锅炉管子上出的问题，之所以出现多次是因为每次爆管的地方不是同一个管，经补焊后的基本没有问题，经调查发现：过热器管爆裂是由于炉管材质较差，组织不均匀，为不完全正火组织，母材基体存在大量微观孔洞，这些缺陷影响材料的强度，最终导致过热器管爆裂。再例如，补焊时管子对口处出现错位，致使焊接后残余应力的存在，也降低了管壁强度。
（2）导汽管与联箱布局有问题。导气管与联箱分两层布置，与联箱焊接呈4种角度（90°、110°、130°、150°）其中第二层为90°、110°，经常爆管也出现在这一层。很显然这一层弯头的弧度较第一层弧度较小，运行的热应力比较集中，这可能是导致爆管的又一重要原因。
（3）普通焊口存在质量隐患：锅炉受热面大都是受压元件，特别是过热器，工作状况差，由于出厂焊口、安装焊口以及检修焊口出现质量问题（如焊口毛刺、砂眼等）而出现的爆管事故可谓屡见不鲜。
（4）异物阻塞管路：长时间运行后，由于腐蚀作用使管内锈蚀物沉积于管子底部水平或弯头处，由于管径较小，若在制造、安装或检修后有遗留物于管子中，必将导致爆管事故的发生。
（5）安装模块区护板与鳍片管之间间隙超标，存在烟气走廊，管内水局部过热造成局部汽堵，管道过热。
2.3 运行影响因素
设计、制造、安装和质量等因素对过热器系统的可靠性起着决定性作用，但是，现场运行状况也会对过热器造成很大影响。
对燃机机组而言，运行影响最大的因素就是燃机机组作为调峰机组，早起晚停，启动频繁。其频繁启停易引起热应力、汽膜的反复出现，热应力和由振动引起的交变应力作用，极易使过热器管材疲劳强度下降，致使其疲劳损坏。
此外，机组超期服役、运行管理不当也对过热器爆管有一定影响。例如，某些电厂的运行人员只求机组运行可靠，而没有做到压红线或靠红线运行的现象也普遍存在，由于运行人员误操作及检修时未按有关规定进行或未达到有关要求而导致过热器受热面爆管的事故也时有发生。
3、改进措施
根据燃机电厂出现的多次爆管事故，给出以下改进措施，并对机组过热器系统进行了部分改造。
3.1针对长期过热因素长期过热是指过热器管壁的温度长期处于设计温度以上，但低于材料的下临界温度，过热温度虽不高但持续时间长，导致过热管壁氧化变薄，持久效应导致其蠕变速度加快，管径膨胀变粗，在最薄弱的部位导致爆管，如设计不合理、炉内汽水流量不均，管子内部结垢、异物阻塞、错用材料等，应根据不同失效原因采取不同对策。如进行去除异物操作、改进受热面、使介质流量分配合理均匀。例如，在使用中，对第二层导汽管改用不锈钢波纹软管，加大了膨胀补偿量，使管子能更自由，避免了爆管事故的发生。
3.2针对短时过热，如过热器管子内部严重结垢造成壁温过高，应采取稳定运行方式，改善炉内设备运行状况等措施。
3.3针对由于机组频繁启停引发的热疲劳，应尽量改变交变应力集中区域的部件结构；改变运行参数以减少压力和温度梯度的变化幅度；设计时应考虑间歇运行造成的热胀冷缩；避免运行时机械振动；调整管屏间的流量分配，减少热偏差和相邻管壁的温度；降低热冲击。
3.4控制安装中的质量监控。按照锅炉厂家提供图纸及资料要求，对现场进行验收。现场无法调整的，采用阻流板等方式减少烟气走廊。
3.5强化运行管理，加强日常维修和保养。燃机锅炉使用时，应严格遵循《运行规程》要求，严格执行锅炉启动、锅炉运行要求，例如，锅炉运行时必须均匀不断地送水，保持锅炉水位在规定的水位；还应经常注意将锅炉压力维持于正常汽压，正常情况下，锅炉压力高低偏差不大于±0.05MPa。锅炉日常维护也至关重要。
4、结束语
同时我们还特别制定一些防范措施1、加强设备点检、巡检、以及相关参数的监督，及时发现管路泄漏的发生；2、对类似管路的爆破，我们必须先分析清楚其原因，对症维修，不要盲目做决定，争取一次性处理合格；3、吸取泄漏的教训，加大检查力度，将其列入定期检查工作，逢停机2天以上必须检查。我相信电力设备的任何一种缺陷产生只有认真分析其原因后，对症维修才能治其根本！
作者简介：
孔国红 男（1976- ），江苏太仓，无锡蓝天燃机热电有限公司，工程师，毕业于南京师范大学热能与动力工程专业
论文作者:孔国红
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/1
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