锅炉爆管原因

0620039203　　德州发电厂三期工程5号炉是德国BAB2COCK生产,与GE660MW汽轮发电机组相配套的2209t/h亚临界参数,自然循环汽包炉。该炉采
用单炉膛对冲燃烧,П型布置,一次中间再热,平
衡通风,固态连续排渣。在投产后不长的时间内,尾部烟道包复过热器前侧墙就发生几次爆管事
故,给电厂安全运行带来极大隐患,对爆管区域宏
观观察发现,破口呈粗糙脆性断面的大张口,管壁减薄不多,管子蠕胀也不明显,破口内壁有较厚的
氧化铁层。结合微观金相分析,初步确定爆管为
长时间过热超温所至。为进一步查清原因,临时
了加装烟温和管壁温度测点,发现爆管处烟气温
度并不超温,但侧墙的包复过热器有多根管子壁
温严重超温,因此有必要对包复过热系统的蒸汽
动力状况进行分析,找出根本原因,为消除这一隐患,提出具体、可行的解决方案。1　包复系统结构简介锅炉采用背靠背布置方式,炉膛和后包复之
间不设水平烟道,包复过热器流程如下:从汽包顶
部有52根<14113×15188管子引出饱和蒸汽进入炉顶进口集箱,经炉顶管至包复后墙,在包复后墙
标高为65950mm处通过设在每根管子中的三通
分成两路,一路继续向下经过包复后墙下段进入
低温过热器进口联箱;另一路汇合至包复侧墙的分配联箱,由分配联箱又将蒸汽分成两路,一路由18根<14113×15188管子引入包复前侧墙进口联
箱;另一路由14根<14113×15188管子引入包复
后侧墙进口联箱,通过包复侧墙,蒸汽进入侧墙下联箱,侧墙下联箱和后墙联箱(低温过热器进口联
箱)是连通的。具体结构如图1所示,排管规格及
材料见表1。图1　包复系统流程表1　管排规格及材料名称规格/mm数量材料
节距/mm饱和蒸汽引出管<14113×1518852SA2106C炉顶进口联箱<273×411531SA2106C炉顶管<6315×6158192SA2213T2120三通48144×48188×19192包复后墙<6315×6158192SA2213T2120
至侧墙分配联箱管子<6315×6158192SA2106T2侧墙分配联箱<273×411531SA2106C前侧墙连接管<14113×1518818SA2106C后侧墙连接管<14113×1518814SA2106C前侧墙进口联箱<273×411532SA2106C后侧墙进口联箱<273×411532SA2106C前侧墙管子<6315×6158144SA2213T2120后侧墙管子<6315×6158106SA2106T2120侧墙出口联箱<32318×521372SA2106C低过进口联箱<40614×691851SA2106C2　包复系统蒸汽阻力及流量偏差锅炉蒸汽阻力和流量偏差的计算基准:计算工况:BMCR;主蒸汽流量:2209t/h;第32卷　第6期2004年6月华东电力EastchinaElectricPowerVol.32　No.6
Jun.　2004汽包压力:18168MPa;过热蒸汽喷水量:BMCR工况49t/h;过热器包复系统中蒸汽流量:2209-49=
2160t/h=600kg/s;包复侧墙蒸汽的压力、温度:18175MPa、36212℃;包复后墙三通流量分配:4715%
(
285kg/s
)进
入后墙管子,5215%流量进入包复侧墙;包复前后侧墙按阻力平衡计算得出56%流量进入前侧墙,44%的流量进入后侧墙。蒸汽阻力经计算[1]结果见表2。表2　蒸汽阻力计算结果项　　目数值
汽包至炉顶连接管蒸汽阻力
ΔP1/kPa1615炉顶管蒸汽阻力
ΔP2/kPa12211包复后墙蒸汽阻力ΔP3/kPa1616三通至侧墙分配集箱阻力ΔP4/kPa617前侧墙连接管阻力
ΔP5/kPa1616前侧墙蒸汽阻力
ΔP6/kPa1313后侧墙连接管阻力ΔP7/kPa2122后侧墙蒸汽阻力ΔP8/kPa1418　　从表2的蒸汽阻力看出,包复前侧墙的蒸汽
阻力最小,质量流速较低,平均每根管质量流速仅为7315kg/min。由流量偏差计算可知,由于进口联箱尺寸较大,轴向流速较小;而出口联箱尺寸较小,轴向流速较大,造成流量偏差达223%。3　包复前侧墙爆管原因分析从以上蒸汽阻力和流量偏差计算看出,前侧墙管子中流量分配受出口联箱的限制,因此分析流量分配要从出口联箱着手。
两面侧墙共有250根管子,每面墙有125根
管子,前侧墙有72根,后侧墙有52根。根据侧墙
出口联箱各点静压计算模型[1][2]进行每根管子的
静压值计算绘出图2。从图2可看出,由于前后侧墙出口联箱是连通的,根据计算结果沿联箱长
度方向(从左至右)
57173%处静压等于平均静压
值,而此点正好位于第72排管子,同时表明164排管子进出口压差均为负值,说明该区域管子无法分配到蒸汽流量,管内无法建立正常流动。根据强度计算可知,<6315×6158mmSA2213T2管子在设计压力1917MPa下的最大许用温度为487℃。为找出根本原因,假定单根管内蒸汽流量为F=800kg/h
(对应蒸汽阻力为01565kPa)
,蒸汽
压力为P=18165MPa,蒸汽温度为TS=365℃,烟气温度为TG=850℃,换热系数为Rt=615kJ/
h・m2・℃,在以上条件下计算得出,管子中间点温
度为TM=412℃,管子外壁温度为T0=430℃。根据以上假定计算,发现当包复过热器仅有微小流量时,管壁温度仍远小于允许温度,说明对
于进口温度为微过热的包复过热器,只要管内有
一定流量的冷却介质时,就不会出现超温现象。从而进一步证明了包复侧墙发生爆管是由于部分
管中无法得到冷却介质或介质不流动所致。图2　包复侧墙静压差分布图综上分析,包复侧墙爆管原因有以下两点:
(
1
)包复侧墙管子质量流速过低,管系平均
流阻力较小,受热面抗偏差能力差。(
2
)结构设计存在缺陷,出口联箱内径选用较
小,轴向流速过大,又采用一端引出的连接方式,联箱左端静压过大,处于左端区域(离联箱出口较远)的大部分前侧墙管子无法建立正常的流动。4　解决方案解决这一问题的思路:
(
1
)在侧包复回路流量不变的前提下,提高
侧包复过热器中的蒸汽质量流速;
(
2
)在增加流量或流量不变的情况下,可增
大侧墙下联箱或改变与包复后墙出口联箱的连接
方式,将两联箱隔开,采用一定数量的管道连接。
方案1
(
BBP建议方案)
:将包复侧墙出口联
箱与后墙出口联箱通过左右6根连接管相连,以降低侧包墙出口联箱中的轴向流动速度,降低出
口静压。利用联箱中现有的管接头,通过12根
<11413×1715将两联箱连接,以降低包复侧墙静压。但通过计算蒸汽阻力可以看出,连接管阻力为11214kPa
(为便于计算假设通过流量为50%)
,蒸汽阻力还是过大,实际分得流量很小,大部分还
是通过轴向流动进入后墙包复出口联箱。可见此
方案不通。40
(总390)华东电力2004,32
(
6
)方案2:将汽包出口18根饱和蒸汽管直接引入
包复前墙进口联箱,将原从侧墙分配联箱来的引入管隔断,并且将出口联箱前后墙分开;利用前侧墙联箱中现有的管接头,通过6根<168×16SA2106B的管子连至后墙包复出口联箱,如图3所示。图3　方案2结构修改图　　由表3可以看出,在增加前侧包复管蒸汽流量的同时,通过出口联箱分散引出降低了出口联箱静压,可保证每根管子中的蒸汽产生流动,避免了管壁超温,能够杜绝再次发生爆管事故。　　方案3:增加前侧墙并联集箱,集箱尺寸为
<32318×52137mm,通过计算,出口集箱的轴向流
速降低,但受热面的质量流速也同时下降,并且1221管内仍旧无压差,但若将并联集箱的内径扩表3　方案2各部分蒸汽流量及阻力项　　目
蒸汽流量/t・h-1蒸汽阻力/kPa汽包至前侧墙进口管道73817226127前侧墙73817217164前侧墙出口连接管道7381725917进炉顶进口联箱管道142112816168炉顶管142112856126至后侧墙分配联箱4901341145后侧墙分配联箱至进口联
箱49013414181后侧墙管子49013414127包复后墙93019413193后墙节流圈93019416161大至<250mm,前侧墙平均压差为8106kPa,集箱
中的轴向流速为1013m/s,联箱出口动压为7107kPa,1号管子的压差为+115kPa,1号管内介质流量为1356kg/h。但是此方案降低了受热面管内的介质流速并且1号管内的流速余量较小,可靠
性不高。5　结论通过对3个方案的比较和分析,同时考虑到
施工和成本等多方面的因素,方案2能够较好的
解决问题,可靠性和操作性强,方案2可行。参考文献:[1]林宗虎,徐通模.实用锅炉手册.化学工业出版社,200114
[2]范从振.锅炉原理.水利电力出版社.1986.收稿日期:2003212205作者简介:董信光(
19742),男,工程师,硕士研究生,从事电站锅炉
燃烧性能测试研究工作。电力简讯徐航副总经理提出应对2004年迎峰度夏的主要措施针对今夏华东电网用电紧缺的严峻形势,华东电网有限公司徐航副总经理提出一系列主要应对措施:
(
1
)坚持“安
全第一”,把保证电网安全稳定运行作为首要任务。在国网公司与网、省(市)电力公司签订的安全目标的基础上,华东电
网公司结合华东实际情况,增设了安全目标,并提出逐季、逐月发布各类事故控制指标和安全工作要点,力争每月、每季
各类事故发生率比上年同期降低。(
2
)不断改进负荷预测水平,加强需求侧管理。华东电网公司和四省一市电力公司
坚持做好年、季、月、周、日的负荷预测工作,努力提高负荷预测的准确性。推行有华东特色的需求侧管理。(
3
)积极组
织区域内外双边交易,最大限度优化配置现有的电力资源。在国家电网公司的组织和协调下,华东电网公司和四省一市电力公司已落实三峡、华中、四川年度送电电量234.9亿kW・h。安徽与有关省(市)的年度电量交易合同已签订,福建省
送电合同也已敲定。(
4
)全面落实新建输变电设备投运和一批重点电网技术改造任务。2004年迎峰度夏前,华东电网500kV输变电将投运线路1367km、变电容量1300万kVA。(
5
)认真落实输变电设备检修计划,消除设备缺陷。坚持输
变电设备管理以缺陷管理为中心,实施状态评估,不断提高设备检修和运行管理水平。(
6
)精心安排运行方式。在安排
今年年度运行方式时,对电网运行中存在的薄弱环节都作了深入分析,按照邵世伟总经理提出的“不仅要心里有数,而且
要手中有物”的要求,在安排电网发用电平衡和系统运行方式时,坚持安全第一,并适当留有余地。(
7
)建立完善电网重
特大事故应急处理体系,加强备用管理,确保有备无患。已组织有关部门研究建立一套华东电网重特大事故应急处理体
系,确保电网在发生重特大事故等突发事件时,做到指挥不乱、秩序不散、处变不惊、有条不紊。(
8
)认真做好迎峰度夏
安全检查和技术监督。———摘自2004年6月3日《华东电力报》
董信光,等　2209t/h锅炉爆管原因分析41
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