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1、1锅炉再热器爆管的紊流磨损机理作者：杨德成 吴修红 宋庆东摘要:锅炉炉顶漏风经过保温密封填料的挠动和转折,形成紊流空气流,卷吸烟气飞灰,使之降温、变硬、加速,导致管道磨损而失效爆管,这就是漏风导致爆管的紊流磨损机理。 关键词:漏风;紊流;磨损;爆管机理;再热器 鹤壁万和发电有限责任公司#2 炉高温再热器连续发生三次爆管,给公司造成了巨大的经济损失。经检查、分析、验证,认为是漏风紊流磨损引起的爆管,为预防再次爆管、降低机组非计划停运奠定了基础。 一、机组现状: 鹤壁万和发电有限责任公司#2 锅炉一九九二年投运为哈尔滨锅炉厂生产的HG-670/13.7PM10 型四角切圆燃烧固态排渣一次再热的超高
2、压煤粉炉,再热器由布置在水平烟道的再热器热段和布置在尾部竖井的再热器冷段组成,再热器冷段又分为左右两个管组。再热器热段共 114 排,节距为 100mm。每排管束由 10 根42x3.5mm 的管子弯制而成“W”形,前半部材料为 12Cr1MoV,后半材料采用钢102(12Cr2MoWVTiB),异种钢焊口在“W”形中部上弯处。 第一次:05 年 2 月,#2 炉再热器热段爆管位置位于:再热器热段 W 弯中部,从南向北数第 40 排外数第 1、2 圈;第 41 排外数第 1、2、3、4、5 圈;第 42 排外数第 1、2、3、4 圈;第 43 排外数第 1 圈;共 12 根。 第二次:05 年
3、 7 月,#2 炉再热器热段爆管位置位于:再热器热段 W 弯中部,从南向北数第 41 排外数第 4 圈;第 42 排外数第 1、2、3、4、5 圈;第 43 排外数第 1、2、3 圈;共 9 根。 2第三次:05 年 11 月,#2 炉再热器热段爆管位置位于:再热器热段 W 弯中部,从南向北数第 43 排外数第 1 圈;第 44 排外数第 1、2、3、4 圈;第 45 排外数第 1、2、3、4 圈;第 46 排外数第 1、2 圈;共 11 根。 二、机理分析: 2.1 机理分析的重要性 锅炉“四管”泄漏会在同一种材料, 同一根管子或锅炉的同一区域相同断面上重复发生,这是由于没有搞清泄漏的机理和
4、主要原因而没能采用正确的处理措施而引起的。锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器(简称锅炉“四管”)爆漏约占全部锅炉设备事故的 40%60%,甚至 70%。因此,减少锅炉“四管”爆漏次数,降低锅炉强迫停运时间,是提高锅炉运行可靠性和经济性的关键因素。爆管往往是由多种机理共同引起的,锅炉不同部位的受热面,由于受热条件不同,发生爆管的主要原因也不同。过热器泄漏主要原因是由于过热及焊接质量问题,再热器则是烟气热偏差大和选材不当及焊接质量问题,省煤器管则是由于飞灰腐蚀,水冷壁泄漏的主要原因是高温腐蚀,氢损伤及过热问题。各种爆管机理引起的爆管,爆口的特征和金相分析结果不同,据此可以判断引起爆管的主要机理,采
5、取正确处理措施,尽量避免重复爆管。处理泄漏爆管事故,除了修复失效管段以外,更重要的是消除爆管泄漏机理,防止再一次爆管。 2.2 锅炉“四管”泄漏机理 在 90 年代初,美国电力研究院(EPR I) 经过 10 年的努力,在锅炉爆管机理和根本原因的研究方面获得了重要成果,并提出了相应的根本解决方案。他们把锅炉爆管机理分成 6 大类共 22 种。 机组运行中引起锅炉“四管”爆漏的原因较多,其中磨损、腐蚀、过热、焊接质量差是导致四管爆漏的主要原因。 2.3 万和#2 炉高温再热器爆管的机理分析 2.3.1 三次爆管均未发现结垢、胀粗和氧化现象,排除了腐蚀、超温是爆管主要3因素的可能。第三次爆管后,部
6、分管段送河南电力试验研究院进行检验分析及试验。河南电力试验研究院的结论如下: 1.第三次爆管南数第 44 排外数第 1 圈(即 44-)为最先裂开泄漏; 2.高再 44-前管段出现碳化物聚集、珠光体球化、蠕变孔洞及蠕变裂纹; 3.因时间及应力原因,使蠕变加速从而产生了蠕变孔洞形成蠕变裂纹,逐渐扩展为宏观裂纹,导致泄漏爆管。 4.经室温拉伸试验,44-前机械性能(抗拉强度)不合格,44-前、后、44-后合格。 5.#2 炉高温再热器管段已进入“老化”阶段,再热器焊缝12Cr1MoV/12Cr2MoWVTiB, 12Cr1MoV 应更换。 #2 炉运行已有近 10 万小时,管材的“老化”是一定的,
7、但如说蠕变是主要爆管原因,有以下疑问: 1.#1 炉运行超过 10 万小时,高温再热器管并未频繁爆管; 2.爆管为何在第 40 排至 46 排之间,而不是烟温中心的 57 排左右; 3.第二次爆管的 41-、42-、42-、42-、42-及 43-为第一次爆管后更换的新管,而三根旧管 42-、43-、43-依据位置、方向和形状可认为为后来吹爆; 综上所述,蠕变也不是#2 炉高温再热器爆管的主要因素。 2.3.2 紊流磨损机理 05 年 7 月 10 日,#2 炉再热器热段第二次爆管时检查发现,在爆管位置斜上前方穿顶吊管架有风吹的亮痕,炉顶向南约半米处有漏风口;第三次爆管的第 44、45排斜上前
8、方有一 24cm 的风孔疑是漏风引起的爆管,当漏风经过炉顶保温层中的块状物挠动和转折后形成一股紊流空气吹进炉膛,卷吸飞灰并使之降温、变硬、加4速,从而冲刷磨损管道,造成管壁减薄失效爆管。 紊流冷空气的进入使得飞灰一边降温、变硬、一边加速,形成了烟气走廊,这解释了漏风造成的爆口为何不是靠近顶棚的管子,因为紊流混合度不够、降温不够、硬度不够、角度不够;也解释了不是所有漏风都引起飞灰磨损,因为大多的炉墙、炉顶漏风不经过保温层的挠动和转折,形成的是类似层流空气,没有了紊流卷吸对管子危害不大。 2.3.3 验证 2.3.3.1 大多数管壁的减薄,部分管道在爆口上下有一道明晰的交界棱线是飞灰紊流磨损的直接
9、证据。蒸汽吹薄形成的线应是随位置变化、稍有弯曲、不连续、不平滑、不清晰的。 2.3.3.2 三次爆管除去备用、临停时间,间隔大致是 4 个月零 8 天,是其间接证据。2.3.3.3 第二次爆管后,炉顶漏风口虽经处理,启动后又膨胀裂开,造成第三次爆管。炉顶漏风口经二次处理不漏风,#2 炉再热器热段运行一年多未再爆管,最终证明了漏风的紊流磨损机理是爆管的主要因素。 三、结论: 3.1 紊流性质的漏风可能造成飞灰磨损爆管; 3.2 鹤壁万和公司 2005 年的三次爆管极可能是漏风引起的飞灰紊流磨损爆管; 3.3 漏风的飞灰紊流磨损机理填补了飞灰磨损机理空白,为类似爆管的处理和预防、提高检修水平和机组运行稳定性奠定了基础。 参考文献 1. 锅炉管道泄漏知识及应用现状 杨卫娟动力工程 第 20 卷第 6 期 2. 根据爆口特征判断爆管原因 等
