中电投珠海横琴热电有限公司 广东省珠海市 519031
摘要：在燃气－蒸汽联合循环机组中，余热锅炉发挥着重要作用，发生故障影响电站安全稳定运行，如过热器管爆管、低压蒸发器FAC失效、给水调节阀调节异常、给水泵故障等。本文实例分析了余热锅炉过热器爆管和低压蒸发器FAC失效故障，并提供了故障处理方案，为同类型设备故障提供经验借鉴。
关键词：余热锅炉； 故障分析；控制策略
前言：本文燃气－蒸汽联合循环机组采用与PG9351FA燃气轮机相匹配的三压、再热、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉，重点分析了余热锅炉过热器爆管和低压蒸发器FAC失效，并提出解决办法与控制策略。
1.余热锅炉常见故障分析与控制策略
1.1 高压过热器二爆管
1.1.1 高压过热器二爆管现象及原因分析
余热锅炉2017年8月出现1号模块高压过热器二后排管下集箱拉拔口与联箱弯头间焊缝破裂，具体故障描述为：1号余热锅炉第10根管道出现断裂，焊口上半部为断裂面所在位置，PT发现第6、7、8、9根管道存在表面裂纹；2号余热锅炉第11根管道出现断裂，焊口下半部为断裂面所在位置，第9、10、11根管道表面存在裂纹。对爆裂弯管的理化试验和外观检查，得出了以下检测结果：（1）断裂面，表现为逐步断裂，同时伴有一定疲劳迹象；（2）组织观察，出现断裂的焊缝组织为“马氏体+回火马氏体”,回火马氏体为母材组织，未发现异常组织；（3）化学成分分析，可确定相关材质均符合规范标准要求；（4）硬度测试，围绕爆裂弯管开展硬度测试，检测结果均不小于250HBW，可见爆裂弯管硬度符合标准要求；（5）参数检查，对爆裂弯管的壁厚、管径进行检查，发现弯管不存在明显的胀粗和减薄。
结合上述分析，初步确定高压过热器二爆管源于同一管排中不同位置管存在的不同膨胀量，由此产生额外的附加应力最终造成爆管故障。由于弯管采用SA213-T91材质，配合回火马氏体的焊缝金相组织，出现爆裂故障的弯头塑性较差，强度和硬度值较高，这就使得长期交变应力作用下弯头很容易出现疲劳开裂，最终导致爆管故障出现[2]。
1.1.2 高压过热器二爆管故障处理
高压过热器二爆管主要因为管子受热膨胀不均引起，要解决爆管问题，需要解决膨胀量吸收问题，解决膨胀最常用的办法是增加U型弯管或加装膨胀节。由于高压过热器管子内介质压力、温度高，只能采用增加U型弯管的方式，以充分吸收膨胀差。具体改造时还需要考虑到各个焊口质量差异的影响。图1为增加U型弯管后的高压过热器二管道，现场根据膨胀量具体情况，决定对第3到16根管道进行增加U型弯管改造。改造后运行至今，未再出现高压过热器二爆管故障。
1.2 低压蒸发器FAC失效
1.2.1 低压蒸发器FAC失效现象及原因分析
2018年12月24日，#3炉炉膛底部（低压蒸发器区域）线状漏水，2019年1月3日进入炉膛内检查，发现低压蒸发器第一管屏上集箱第一排右侧第一根弯管背弧面穿孔泄漏。
#3锅炉2014年11月投产至今，运行小时数约2.4万小时，锅炉厂家技术人员表示低压蒸发器泄漏主要跟流体加速腐蚀（FAC）有关。
流体加速腐蚀发生在介质温度100—250℃区间（我公司锅炉低压蒸发器介质温度约150℃），并且受炉水PH值影响很大，PH值越低，流体加速腐蚀越严重。流体加速腐蚀容易发生在流体突然转向的地方，例如管子弯头处，本次炉管泄漏刚好在弯管外弧面。流体加速腐蚀与管材有关，碳钢管容易产生流体加速腐蚀，Cr、Mo合金管发生加速腐蚀的可能性大大降低。
1.2.2 低压蒸发器FAC失效故障处理
锅炉厂家介绍，9E及9F燃机配套的余热锅炉普遍存在低压蒸发器流体加速腐蚀现象，国内三大锅炉厂家（东方菱日锅炉有限公司、杭州锅炉股份有限公司、无锡华光锅炉股份有限公司）生产的余热锅炉均存在此问题。比较彻底的处理方案是全部更换上联箱弯头，弯管材质由碳钢20G替换为Cr、Mo合金钢。东方菱日锅炉有限公司生产的余热锅炉目前国内已有三家电厂发生低压蒸发器炉管泄漏问题，分别是中山嘉明电力有限公司二三期机组（9F锅炉）、北京华能热电厂二期机组（9F锅炉）、华电仪征电厂（9E锅炉），均是流体加速腐蚀导致炉管泄漏。其中中山嘉明公司已更换三台锅炉的低压蒸发器上联箱弯管，均是全部更换，弯管材质由碳钢20G替换为合金钢15CrMoG。深圳广前电力有限公司9F机组锅炉由杭州锅炉厂生产，2013年出现低压蒸发器炉管泄漏，进行了大面积炉管弯头更换，管材由碳钢提升为CrMo合金钢。
由于联箱两侧烟气流速大，换热多，两侧炉管内介质流速最大，流动加速腐蚀最严重。全部更换上联箱弯头费用高（约需100万元每台炉）、施工周期长（约需一个月工期）、难度大（要将低压蒸发器小模块分别移开或抽出才能更换），考到到本次泄漏是第一次出现，我们决定先测量两侧炉管壁厚，根据测厚数据决定下一步是否全部更换。由于受炉膛内空间限制，两侧分别测量了27根炉管弯头厚度。从测量数据看，减薄到3.0mm以下的炉管共有10根，炉管最薄处壁厚为1.81mm，我们对这10根炉管的弯头全部切除，由于空间狭小无法焊接，采取图2所示的炉管封堵的处理方式。
为避免出现烟气走廊，我们还重点检查了内护板与模块间的密封，以及模块与模块间的密封。通过提高余热锅炉低压蒸发器的工作压力，蒸发器饱和温度得到了提高，蒸发量减少，汽密度大幅提高，汽水混合物在蒸发器管子中的两相流速度得到了有效抑制，低压蒸发器FAC失效的可能性进一步降低。此外，低压汽包炉水PH值的提高也在低压蒸发器FAC失效故障处理中发挥着极为重要的作用，通过加碱性药剂，保证低压汽包炉水PH值在9.6以上（加氨NH3），低压蒸发器FAC失效故障得到根本性解决。
结论：余热锅炉故障直接影响电厂安全稳定运行，本文提供的过热器爆管和低压蒸发器FAC失效处理案例，为同类型电厂类似设备故障提供了经验借鉴。我们还应重点关注余热锅炉重要辅机、阀门运行工况及支吊架的日常检查，以及四大管道金属监督方面内容，以保证机组安全可靠运行。
参考文献：
[1]陈冰.前湾燃机电厂M701F机组余热锅炉故障分析[J].技术与市场,2017,24(07):161-162+164。
[2]张伟旗.余热锅炉常见故障分析与控制[J].世界有色金属,2014(04):48-51。
论文作者:练小斌
论文发表刊物:《中国电业》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/5
标签：蒸发器论文; 锅炉论文; 余热论文; 低压论文; 炉管论文; 弯头论文; 弯管论文; 《中国电业》2019年第09期论文;