四管爆破原因分析及预防对策1152670592.docx

四管爆破原因分析及预防对策1152670592.docx

《四管爆破原因分析及预防对策1152670592.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四管爆破原因分析及预防对策1152670592.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

四管爆破原因分析及预防对策1152670592

“四管”爆破原因分析及预防对策

朱国琪李亚琴

（中宁发电有限公司，宁夏…中宁…755100）

摘要：

　　　锅炉“四管”爆破是目前火电厂安全生产的最大威胁，本论文以实际运行、检修为基础,对锅炉四管爆破进行统计分析,并确定在现场监视的重点部位和监控的项目,结合实际进行了针对性的论证分析,提出了本厂预防锅炉四管爆破的主要措施。

关键词：

　　　四管爆破　　原因分析　　预防对策

前言

大坝电厂锅炉采用美国B﹠WB公司技术生产的亚临界中间再热,单汽包自然水循环锅炉，设计参数为：

过热蒸汽流量：

1025T∕h；过热蒸汽出口压力16.8Mpa;过热蒸汽出口温度540℃。

再热蒸汽入口压力3.56Mpa;再热蒸汽入口温度323℃。

再热蒸汽出口温度540℃，给水温度282℃。

锅炉设计压力19.1Mpa。

锅炉额定蒸发量985T/H。

过热器系统设有二级减温，再热器系统设有一级事故喷水减温。

【1】

汽水循环依如下顺序进行：

给水泵→高加→省煤器→汽包下降管下联箱水冷壁

顶棚过一级过二级过

主蒸汽管汽轮机高压缸再热器汽轮机中亚缸

汽轮机低压缸凝汽器低加除氧器给水泵。

一：

四管爆破的原因分析

影响四管爆漏的原因很多，涉及设计、制造、安装、安装、检修、运行、煤种和管理等诸多方面，而且这些因素又相互作用：

因此爆管往往不是单一因素造成的，而是由几个因素同时存在并相互作用的结果。

“四管”爆破的情况统计如下表：

【2】

02~04年1#、2#炉四管爆漏次数统计

时间

爆管部位

爆管原因

02年5月23日

2#炉后水冷壁

焊缝拉裂

02年7月29日

1#炉再热器

焊口拉裂

02年11月5日

1#炉过热器

过热

02年12月21日

2#炉再热器

过热

03年4月15日

2#炉水冷壁

焊缝拉裂

03年4月22日

1#炉过热器

过热

03年10月20日

1#炉水冷壁

吹灰器吹薄

03年11月24日

1#炉高温再热器

过热

04年4月17日

1#炉一级过热器

过热

04年11月19日

2#炉屏式过热器

过热

1：

水冷壁爆漏原因分析：

电站锅炉引起水冷壁爆漏常见原因有：

焊缝质量问题；膨胀受阻；管内壁腐蚀结垢；管外壁积灰高温腐蚀；磨损；循环不良；炉膛热强度偏高；吹灰器问题；材质问题；但就我厂爆漏原因主要有：

焊缝质量问题和吹灰器投运影响，下面就这两项主要原因进行分析。

1）：

焊缝质量问题：

常见的焊缝质量问题有：

焊缝裂纹；焊肉末全融合；末焊；：

焊口产生气孔；夹渣；咬边；错边；根缩；缩沟；塌陷；接头不良；焊缝超高；角焊缝过凸；角焊缝增厚；角焊缝隙不对称等原因。

引起上述问题的主要原因：

末焊透产生原因是焊接参数选择不当，如焊接电流太小，运条速度太快，焊条角度不当或电弧发生偏吹，坡口角度，对口间隙过大或过小等，操作失误也会造成末焊透；两面焊时中心对偏而形成末焊透。

末熔合产生的原因：

焊接参数方面原因有焊接线能量过小，电弧偏吹和焊条药皮偏心等：

操作方面失误的原因有电弧离坡口过远，运条不当，摆动时在两端停留时间过短以及焊条或焊丝倾角不合适。

上述原因使母材或前一层焊缝隙金属末得到充分溶化就被填充金属覆盖而造成末熔合。

其它原因：

如工作人员素质较低：

有关规定了解不透，技术水平欠缺。

客观条件限制：

如工作环境，时、空的限制。

实践经验不足。

吹灰器投运的影响

吹灰器投运率低，吹灰效果差，各受热面易积灰，换热效果差受热面易发生局部过热。

但吹灰器投运时，又易发生以下故障：

机械故障、热工、电气信号故障、吹灰蒸汽带水。

吹灰器在投运时，一旦发生机械故障，热工、电气信号故障，将使吹灰器枪杆不能及时自动从炉膛受热面中退出，此时必须手动退出，如手动水能及时退出，枪杆长时间在高温状态下工作，易发生弯曲变形，吹扫半径发生变化，此时必须立即关闭此吹灰器进汽阀门，如吹灰阀门泄露，蒸汽将长时间直接对附近受热面吹扫造成受热面剪薄损伤爆漏。

此外受热面发生变形（变形的受热面进入吹灰器吹扫半径），蒸汽带水，吹灰器安装结构尺寸的变化，均可造成直接吹伤受热面的事故发生，所以，必须定期对吹灰器进行检查。

2：

过热器爆漏原因分析

引起电站锅炉过热器爆漏的常见原因有：

选材裕度不足：

炉膛高度偏低：

蒸汽重量流速偏低：

结构布置欠妥：

受热面积过大：

焊接质量问题：

腐蚀：

磨损：

膨胀拉裂：

锅炉的变工况运行，高加的正常投运：

但我厂爆漏的原因主要是超温过热爆漏，本文从流动和传热特性着手，分析引起超温爆漏的原因，并提出相应的措施。

超温爆管的理论分析。

锅炉管壁温度总是高于其它的工质温度，此两者之间的温度差与受热面的热功当量负荷q，管壁至工质的放热系数a2。

金属管壁及水垢层厚度δj及δg和他们的导热系数λj及λg等有关。

对于现代的锅炉在维持正常的给品质下，基本上可保证无垢运行。

超温爆管，主要是金属管壁的温度工况超过材质所允许的温度极限而引起的金属管子失效。

它分为短时过热爆管和长时过热爆管。

短时超温爆管基本上由于机组处于变工况运行引起，长时超温爆管影响因素较多，受热功当量面积灰、结垢、不合理的燃烧调整引起。

故为寻求引起超温爆管的原因，首先得分析金属管壁的壁温作为判断依据。

我们知道：

）【3】

从公式中可知：

影响金属壁温度的因素，可以从两方面考虑，既蒸汽侧和金属侧，在传热学上讲，它们主要体现在烟汽侧的热负荷q及蒸汽侧的对流换热系数a2上。

2）：

蒸汽侧放热系数a2的影响因素：

物性参数对放热系数a2的影响

在电站锅炉中，过热器蒸汽压力，温度的变化在两个方面：

当负荷变化时，对同一过热器来说，它的压力，温度随之变化，负荷增加，则温度压力随着增大，a2增大，反之亦然。

在相同负荷时，不同部位的换热器P、T也不同，沿蒸汽流向P是逐渐降低的，而T是逐渐升高的，从而使放热系数a2降低，不利于对流换热。

流量对放热系数a2的影响

流量对放热系数a2的影响，可以从几个方面考虑。

首先从运行角度来看，负荷的变化会影响放热系数a2的大小：

其次管屏间的流量分配也对局部地区的换热系数a2的影响。

A：

负荷变化对放热系数a2的影响：

外界负荷的变化必然要求蒸汽流量与之相适应，当外界负荷增加时，过热器中的蒸汽质量流量随之增大,a2也会增加，此时发生的过热器爆管，我们应首先考虑烟汽侧的热流密度q变化，当q/a2升高时可导致爆管，当然，前提是在综合考虑各种原因的基础上，排除外部因素如发生异物堵塞等。

对于低负荷运行状况下的过热器爆管，由于蒸汽质量流量较高负荷下为小，因此对流放热功系数的a2也小，对流冷却管壁差，易造成管壁壁温升高，如锅炉紧急启动时，蒸汽流量较小，而导致烟汽热负荷q相对较高，对流放热系数a2减小，从而引起管子超温失效，具体对于辐射式过热器，其气温特性，随着蒸汽发量D的上升，蒸汽出口气温下降故对于辐射式过热器主要考虑低负荷运行情况。

当负荷减小时，辐射过热器中工质的流量和锅炉燃料按比例减小，但炉内辐射热并不按比例下降，因为炉内火焰温度的下降并不多，也就是说，随着锅炉负荷的降低，炉内辐射的份额相对上升。

对于金属管壁来讲,q/a2相对会增加，另外，由于，辐射过热器中蒸汽的焓增加，出口气温上升，使得管内平均气温上升，从而导致对流换热系数a2下降，两者共同作用使金属壁温上升更大，导致超温爆管，如此时发生爆管，还应根据爆口断面特征鉴别，究竟上由于低负荷运行的原因，抑或是管材质量问题。

对于对流过热器，经验表明：

超温爆管常发生在高负荷运行，尤其上负荷突增时，负荷D增加，出口气温随之上升,a2下降且高温过热器区域发生积灰严重，积灰使热阻增大，传热系数下降，加速了管材的超温失效，发生爆管。

B：

流量分配对的a2的影响：

单相流体在管内流动时，有许多因素使并列管子间流量分配不均，另外，吸热不均也会造成流量不均。

首先设计原因引起的流量分配不均：

联箱的引入、引出方式布置不当，使得蒸汽在联箱中流动静压变化过大造成流量偏差。

对于蒸汽由径向引入联箱的并联管组，同进口联箱与引入管三通外形成局部涡流，使得该涡流区附近管组流量较小，从而引起较大的流量偏差。

联箱孔末透导致各管阻力相差较大。

因同屏并联各管的结构（管长、内径、弯头数等）差异引起各管的阻力系数相差较大造成流量偏差。

实际上，上述结构设计和布置上的不合理性往往同时存在，因而可能会加剧超温爆管的发生。

其次制造工艺，安装及检修质量问题引起流量分配不均。

焊接质量问题引起的爆漏，同前面水冷壁焊接问题基本相同。

异物堵塞：

由于流体腐蚀及制造，安装或检修人为因素造成管内有异物，而引起的管屏流量不均以至爆管，无论是异物堵塞还是焊口质量，都可使管内局部阻力加大，而在总的压降不变情况下，局部阻力的增加,使该管中流体流量下降，同时在总流量一定的情况下该管中的流量必然重新分配到其它的管中，流量的自动调整与分配会加剧局部涡流，从而影响到其它管的流动。

最后减温水系统设计不合理（或故障）也会引起流量不均。

3）：

烟气侧热负荷的影响

对于电站锅炉过热器来讲，影响烟气侧的热功当量负荷的因素相当多，热负荷的变化是多种因素综合的结果。

一般来讲，难以用一个准确的数字模型来衡量它们之间的因变关系。

这里，仅做定性分析，研究一下主要影响因素。

炉内然烧工况：

炉内然烧工况，主要是指运行时，炉办烟气动力场和温度场发生变化。

如我厂喷燃器采用前后墙对冲燃烧，正常时投入A、B、D、E火焰中心在设计位置，如A、B、D、E、任一台磨故障时C磨组投运，火焰中心上移在D一定时，烟温升高，辐射吸热量份额减小，对流吸热量份额加大，引起对流过热器超温。

运行因素，运行因素对炉工况的影响相当复杂，如燃烧调整不当，燃料成份的变化都将引起过热器壁面热负荷的变化。

如燃料的低级位发热量提高时，由于理论燃烧温度和炉膛出口烟温升高，可能导致炉膛结渣，从而使过热器壁温热负荷增大。

又如燃料量不变而水份增加，则烟温降低，烟温体积增加。

最终会导致过热器出口汽温上升，过热器热负荷发生变化。

高压加热器投入率：

高压加热器的停运或部分投运，会使锅炉给水温度大幅度降低，势必影响锅炉负荷，为了保证负荷，往往要加大燃料量，这样，一方面，机组运行费用增加了，另一方面将引起过热器热负荷q的增大，飞灰速度加大，飞灰磨损加剧，从而引起管壁超温或减温水超限。

因此，高加的投入率偏低也往往引起过热爆管。

3：

再热器爆漏原因分析

引起再热器爆漏的常见原因有：

烟气热偏差，选材裕度不足，结构欠妥，内壁腐蚀，焊接质量问题，高压缸排汽参数高于设计值，但就我厂再热器爆漏的原因分析：

过热爆管是主要原因，引起爆管的原因有以下几点：

气温偏差和热偏。

受热面管材中某一根管子的焓增（每千克蒸汽所吸收的热量）与该管组平均焓增之比称为热偏差系数，在同一片管屏中的热功当量偏差称为同屏热偏差，造成热偏差的原因可能有：

各管的吸热不同、各管的蒸汽流量不同、各管的进口汽温不同、其中和管吸热不同又可分为各管的受热长度不同和各管单位长度的热负荷不同，热偏差包括热负荷偏差，结构偏差和流量偏差

沿烟道宽度的吸热偏差。

沿烟道宽度各片屏之间的吸热偏差对于前后墙燃烧方式的再热器热偏差随着所投入燃烧器的情况而变化，投入燃烧器组不同时，沿烟道宽度最大吸热管屏的位置也不同。

我厂再热器气温调节原则上是依靠烟气挡板来调节，当烟气挡板开度变化时，烟道中烟气量发生变化，热负荷变化，换热量变化引起再热功当量器气温变化。

但当烟气挡板故障卡涩时，烟气量无法调节，引起再热器超温，为防止再热器严重超温投运事故喷水减温，因设计、制造、安装、运行监控等原因，造成投入水量不均，水量不均引起流量不均，流量不均反过来又影响着吸热不均，造成再热器进一步超温过热爆漏。

烟道漏风引起热偏差。

再热器属于对流特性的受热面，随着过剩空气，烟气流速增加，对流流速增加，换热加强，换热加强也可能引起再热器局部过热。

吹灰器影响。

吹灰器投运率低，造成再热器积灰，在相同条件下换热减弱，易造成再热器超温。

4：

省煤器爆漏原因分析

引起电站锅炉省煤器爆漏的原因主要有：

飞灰磨损，焊口质量问题。

管材质量差，空预器局部积灰，但我厂省煤器自建厂以来一直未有爆漏现象，这里不再做详尽分析，但有一点须说明，我厂空预器近几年来一直进行水冲洗，空预器积灰现象基本清除，再加上近几年来机组运行平衡，监控得当，省煤器飞灰磨损较小，所以省煤器爆漏一直未发生。

二、预防对策：

1：

加强“四管”的检查监督。

2：

充分利用大、小修对四管进行宏观检查，其检修内容包括：

高温腐蚀、磨损、胀粗、鼓包、焊接状态等情况，其中对热负荷较集中部分采取割管检查和化学分析，对易结焦、易磨损、吹灰器易吹薄的部位进行侧厚检查，对过热器、再热器等易超温的部位进行金相分析。

3：

对上述检查出的问题应及时彻底的处理。

4：

加装四管爆漏报警装置，密切监视四管报警情况，一旦发生，应及时停炉处理。

加装必要的测温元件。

严防受热面四管超温。

5：

加强四管附件的检查，如防靡瓦、管箍严防进成烟汽走廊。

6：

提高焊接水平，减小焊接缺陷，强化焊接检查。

7：

提高吹灰器的投入率及其作用，由于吹灰器投入率低，吹灰器效果差，炉膛、过热器易积灰结焦，烟温升高，再热器、过热器易引起超温过热，严防吹灰器故障卡涩，一旦故障，立即关闭进汽阀门，及时手动退出，以免吹薄受热功当量面，保证吹灰器疏水畅通，严防蒸汽带水，定期检查校验吹灰器枪杆的垂直度，严防弯曲造成吹扫半径改变吹伤受热面，将部分蒸汽吹灰器该为磁声波吹灰器降低了蒸汽吹伤管材的机率，提高吹灰效果。

8：

提高高加的投入率，对高加及时维护保修，使其尽可能全部投运，并做好各高加旁路系统的安全措施，保证一台故障时，另外两台可正常投运，高加每少投运一台，给水温度均降低很多，将使燃料量增加，抬高磨组出力，抬高了火焰中心，增大烟气量、烟温、增大了烟气流速，加强了对流换热，易使对流过热器、再热器超温。

9：

炉底加热的正常投入，在锅炉冷炉启动时，及时对炉底加热投入，有以下好处：

提高炉膛温度缩短启动时间、消除冷热不均产生的热应力、避免热应力拉伤拉裂焊口、稳定燃烧`。

10：

暖风器的正常投运，暖风器投运，可适当提高排烟温度，使烟温略高于H2SO4露点，严防低温腐蚀，垢下腐蚀，使省煤器腐蚀后爆漏。

暖风器投运，可对煤粉进行干燥、预热，使炉膛的着火温度更稳定，使燃烧更充分。

11：

合理调节再热气温，再热器气温建议尽可能通过烟气挡板来调节。

在事故状态下，烟气挡板故障卡涩，再热器超温较大时，投运喷水减温来调节，大量投入喷水减温会影响机组出力，排挤高压缸的蒸汽做功能力，使其效率降低。

在锅炉启动时，充分利用旁路系统对再热器进行加热，严防再热器干烧。

12：

燃烧调整；严格控制各部件的参数，严禁超限运行。

合理调整风粉量过剩空气量，使煤粉在炉内充分燃烧。

保证磨组在最佳状态运行，严格控制煤粉细度。

喷燃器运行良好可防止火焰中心倾斜，防止局部结焦超温。

三、结论：

大容量电站锅炉受热面，由于温度、压力水平高，系统结构复杂，受热面积大，级数多，并且每一级并联管子多，很容易发生各种因素的流量偏差和吸热偏差，许多电站锅炉，过热器、再热器曾多次发生过超温爆管事故,这些事故大部分属于设计问题，当然也有一部分属于锅炉运行不当造成的，我厂锅炉在长期的运行中，由于前几年，吹灰器投入率低，吹灰效果差，锅炉燃用的煤粉粒粗，磨组组合不当，高加投运率低，过剩空气量大，临炉加热，暖风器未正常投运，启动时，高低旁未能正常投运，造成再热器干烧等原因，四管爆漏频繁发生，近几年来，我们对设计制造，安装遗留的问题进行了彻底的整治，使上述设备全部按要求顺利投运，四管爆漏次数大大降低，机组的安全经济性也大大提高，但防止“四管”爆漏是一项综合工程，应从运行、检修、技术改进等方面加强监督、加强管理。

锅炉四管爆破是目前火电厂安全生产的最大威胁，本文以实际运行，检修为基础，对锅炉四管爆破进行统计分析，并确定在现场监视的重点部位和监控的项目，结合实际进行了针对性的论证分析，提出了本厂预防锅炉四管爆破的主要措施。

注释：

【1】摘自大坝电厂运行规程1990年编写使用

【2】摘自大坝电厂生技科统计记录1990年建立帐本

【3】摘自传热学华北电力学院编1987

参考文献：

1、大坝电厂运行规程、检修规程1990年编写使用

2、火力发电山西省电力公司编北京中国电力出版社，2001

3、现场设备、工业管道焊接工程中国计划出版社1998北京

4、传热学华北电力学院编1987

5、大型锅炉爆破原因分析人民出版社1985