摘要：随着锅炉机组容量增大及管屏生产质量下降、运行监控水平良莠不齐，管屏爆泄事故呈现增多趋势，严重影响锅炉运行安全。本文描述了某燃气-蒸汽联合循环电厂9E燃机余热锅炉高压蒸发器管屏低处爆管的查漏、抢修处理过程，分析了其爆管主要原因，为后续类似爆管方案的制定及抢修处理提供了宝贵参考，以减少爆管返修工作量及加快返修速度，缩短停机时间，降低业主罚款考核的风险。
关键词：燃气电厂；9E燃机锅炉；高压蒸发器；管屏爆管；查漏返修处理
一、锅炉简介
某电厂为二拖一330MW燃气-蒸汽联合循环电厂，配置2台9E燃机、2台余热锅炉（未设置启动锅炉），一台125MW汽轮机，其余热锅炉为双压、卧式、无补燃、自然循环9E燃机余热锅炉，主要由进口烟道、锅炉本体、出口烟道及主烟囱、高、低压锅筒、管道、平台扶梯等部件以及高压给水合泵、再循环泵、排污扩容器等辅机组成。锅炉本体受热面采用管屏结构，由垂直布置的错列螺旋鳍片管与进出口集箱组成，以获得最佳的传热效果和最低的烟气压降。燃机排出的烟气通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平横向冲刷各受热面模块，再经出口烟道由主烟囱排出。
高压蒸发器布置在模块 2，横向排数 70 排，纵向排数 16 排，纵向管屏数为 5 个，受热面均为管径 φ38.1 的开齿螺旋鳍片管；管子材料为 SA210 Gr A-1，螺旋鳍片材料为 08AL。高压锅筒炉水通过两根集中下降管进入分配集箱，由连接短管引至蒸发器各管屏下集箱。工质在管屏内被烟气加热，产生的汽水混合物经管屏上集箱由连接管引入高压锅筒。
二、爆管简述
某日18:00，运行人员发现#2炉汽包水位迅速下降，且无法维持，有蒸汽喷出的声音，且给水流量大于蒸汽流量；炉膛负压减少，或者变正，蒸汽压力下降，初步判定为管屏爆管，为防止吹坏其它相邻的管子而致使事故扩大，运行人员立即停炉检查，现场巡查发现炉膛人孔缝往外冒水，主烟囱大量水汽冒出。此为非计划性停机，为避免高额的业主罚款，该项目部立即开展抢修，并按正常流程停炉冷却，打开人孔后检查发现，模块2炉左高压蒸发器靠烟气侧 1~3#下集箱下方有滴水现象，由于高压蒸发器管屏数为 5 个且设计紧凑，无法判定具体是哪片管屏泄露，更无法判定哪根泄露及泄露高度，因此需对集箱上处受热面管子进行泄露排查，才能制定用时最短、工程量最小、对后续管屏破坏性及风险最小的抢修方案。
锅炉水管一旦泄漏将严重影响机组安全稳定运行，其产生原因复杂，涉及多门交叉学科，对其产生的原因往往难以做出正确的判断。通常采用“快速”抢修方法，但不能根本解决事故，以致可能造成相同的原因的保管爆管再次发生，带来不必要的损失。
三、查漏及抢修方案
①根据模块2炉左高压蒸发器靠烟气侧 1~3#下集箱下方有滴水现象，可大致锁定爆管位置范围。待汽包上下壁温温差符合上水要求后，启动水泵给汽包上水，进入炉膛细致查看模块2炉右高压蒸发器靠烟气侧 1~3#管屏，通过听滋水声及内窥镜检查，初步确定漏点在模块2炉左高压蒸发器靠烟气侧 2~3#管屏上的管束，通过内窥镜查看其位置为下集箱往上约1m处，由于每个集箱侧都有挡烟板遮挡，且管屏管子交错，仍无法确认哪根管子泄露及具体漏点，需对集箱固定限位装置及与底部分配集箱对接焊缝割除后逐一检查。为了避免人长期高温下脱水虚脱，确认烟道内温度低于 50 度时，适于人能长时间安全工作，才能派人检查、施工。
②首先，割除集箱规定限位装置；割除靠近烟气侧第一个集箱与分配集箱连接焊缝；然后加固上集箱：上集箱 1,2,3 之间利用原有的两侧双吊耳，中间各加两片 15mm 的钢板，参照集箱中心距（275mm）开孔，孔径在 60~75mm 之间（吊耳原开孔为φ75mm），穿入φ45mm 以上的销轴加以临时栓连，作为安全加强措施，防止拉开管屏时上部连接强度不足而断裂。
③然后搭设脚手架拆除高压蒸发器下部集箱前的限位装置、下集箱挡烟板、下数第 1-2 层防振支架左右模块间的链接、下数第 3 层防振支架以下的侧墙挡烟板，以及拆除第 1,2层防振支架，第 3 层靠管屏顶部防振梁处支架不需要拆除，防止管屏拉开幅度过大导致上部拉杆断裂。
④接着用小铣刀仔细去除第一屏下集箱的两根牛角连接管与分配集箱之间的角焊缝。
⑤在第一屏下集箱的耳板上割缺口、或焊吊钩、或打孔，以便用手拉葫芦或其他可行的方式将第一屏拉开至最大尺寸（理论上可以拉开 650mm，可以先少拉开一点，只要能够检查第二屏泄漏点即可），第一、二屏下集箱之间先用管子或工字钢做临时支撑，防止管屏回弹，以确保检查人员作业安全。
⑥拉开第一屏后封堵第一屏切开的下部集箱焊口，启动水泵上水查漏，确定泄漏点是第二屏第 3 排管束，因此需在临时堵板处钻孔放水后拉开第二屏检查：需继续用小铣刀仔细去除下部第二屏下集箱支管与分配集箱之间的角焊缝，按照⑤描述拉开第二屏，用工字钢做临时支撑，确保安全。
⑦固定好第二屏后，用堵板临时封堵下集箱切开的管口，并搭设检查平台，然后再次上水查漏，最终确认漏点：模块2炉左高压蒸发器靠烟气侧起数第二管屏第三排左数第六根管，高度从下集箱鳍片端770mm，有一个2mm孔泄露喷水。
检查确认漏点后在临时堵板处钻孔放水，开始返修。因泄漏点位于鳍片管上，按如下工艺返修：（1）采用砂轮机以泄漏点为中心，上下各150mm 割除管子；（2）增加插入管，插入管与鳍片管 端口打磨单边 V 型 30 度坡口。（3）焊接插入管： GTAW， ER70S-6 ， Φ2.0 ， I=90-160A（4）焊后打磨圆滑并 RT 探伤合格。（5）限位装置、集箱与分配集箱焊缝恢复限位装置： SMAW， E5515-1CMV， Φ3.2 ， I=90-140A，焊后 PT 检查合格。集箱与分配集箱连接焊缝恢复：打底 GTAW ， ER70S-6 ， Φ2.0， I=90-160A；过渡及盖面 SMAW， E7015，Φ3.2， I=90-140AE7015， Φ4.0， I=140-190A，焊后打磨圆滑并 RT 或 UT 探伤合格。
⑧高压系统工作压力水压试验查漏：（1）关闭所有高压系统排污、疏水和主蒸汽闸阀（主蒸汽管道进汽机管路疏水全开）。（2）用高压给水泵对高压系统进满水，进水过程逐项关闭放空阀。（3）利用高压泵出口调阀截流控制缓慢升压，升压速度控制在不超0.3MPa/分钟，升压至高压主蒸汽出口工作压力，保压20分钟（考虑系统阀门的泄漏，可以间断进水顶住压力）。（4）派各组检查人员分别进入烟道下部人孔，检查高压各模块是否还有漏水。（5）检查确认无泄漏水迹。排疏水缓慢降压，降压速度控制在不超0.3MPa/分钟，直至排尽所有水。
⑨恢复①~⑦设施，清理现场，重新启动锅炉，抢修完成。
四、本次爆管原因分析
通过检查，割下的管道管壁内有严重的氧腐蚀症状，用内窥镜检查该管屏其他管内情况，同样有不同程度的、区段性的鼓包腐蚀特征。通过分析，爆管的原因是多样的，可能导致爆管的原因主要如下：
1、该电厂无启动锅炉，冷态启动时可能除氧不到位及溶解氧监控不到位，直接进行启动，导致管壁氧腐蚀进而导致管道出现漏点；
2、可能是启动前没很好地按常规大量进水和顶部阀门进行有效及时排净空气，部分管道被下集箱联通满水时气阻热态介质差异膨胀不一致，进而出现管道弯曲和收缩不同步产生拉应力损伤，降低了金属性能导致爆管；
3、汽温或壁温，长期超限运行；
4、可能是管道壁厚比设计值薄，出厂不合格；
5、可能是某段管道内壁有沙眼，所以即使通过酸洗也无法钝化形成保护膜；
6、内壁结垢，或管内杂物堵塞，导致传热恶化；
7、管外壁磨损或高温腐蚀；
8、管子材质不好或在制造、安装、检修中存在缺陷；
9、可能是酸洗不彻底、不到位。
五、综述
锅炉管屏爆管抢修处理有三大难点：一是查漏，二是堵漏，三是防范。由于管屏设计紧凑，若泄露不是发生在外排管屏或者发生在低处，根本无法确定是哪根管泄露，给制定堵漏方案带来巨大挑战。同时，找出爆管原因防范再次爆管也是抢修的目的，根据爆管原因加强运行管理与监控，提前消除爆管隐患，才能降低爆管风险。
庆幸该电厂本次为低处管束爆管，通过因地制宜及仔细研讨，制定了上述借助于内窥镜查漏及拉开管屏堵漏的最优方案进行抢修处理，大大减少了返修工作量以及抢修后仍能保证原有的换热效率，大大缩短了抢修时间。如果爆管位置为中上部及模块中间的管屏，则即使拉开管屏也不奏效，因为中上部夹角太小，且无法用内窥镜检查具体漏点，需要考虑其他方案，比如在上下集箱设置手孔，直接区域性封堵泄露管道两头或者直接切断泄露管，在角焊缝处封堵，但该方案会降低换热性能；如果可确定管道泄露点，则可考虑在泄露点高度处切开管屏形成一个通道，直到找到泄露管，更换完毕后一一恢复切开的管道，此方案需考验焊工的焊接手艺，由于切口焊口过多，不可避免的遗留切开处后续爆管的隐患，且工程量巨大。
因此，防范锅炉爆管，以及锅炉爆管的查漏、抢修处理，仍是各电厂需不断去研讨、总结、探索的一个课题，制定相应的合理防范措施，还需要我们做大量细致、深入的研究工作，以提高爆管分析的科学性和准确性。
论文作者:黄伟红
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：蒸发器论文; 锅炉论文; 下集论文; 高压论文; 烟气论文; 管道论文; 电厂论文; 《电力设备》2017年第34期论文;