超超临界机组基建锅检中典型问题及分析

2012-09-04屈国民谢亿

湖南电力 2012年3期

屈国民，谢亿

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007)

目前我国正在大力发展超超临界机组，这是优化我国电源结构和实现节能减排战略目标的重要措施之一，但是国内生产单位的制造工艺水平存在一定不足，安装水平也参差不齐，对新材料、新工艺研究不深，以致在超超临界机组制造和安装过程中问题频出。笔者对某电厂1台超超临界机组基建过程中出现的问题进行了收集整理，希望对以后超超临界机组的制造、安装工作提供参考，以利于提高超超临界机组制造和安装质量。

1 联箱存在的典型问题

1.1 焊接质量问题

超超临界机组过热器联箱运行环境十分恶劣，且运行过程中联箱的拘束度较大，特别是管座焊缝的应力环境复杂，运行过程中容易造成在管座焊接缺陷部位开裂，造成联箱的吹损，因此管座焊接缺陷对联箱的使用寿命有较大的影响。该厂过热器联箱的制造过程中，就出现了较多的焊接缺陷，如高温过热器出口集箱管座焊缝存在咬边、未焊满、包墙过热器联箱管座部位鳍片焊缝开裂等。

问题的产生可能有2方面的原因。首先是制造单位水平欠缺，在焊接高等级材料方面缺乏相应的技术人员及焊接经验;其次是管理方面的问题，在进行联箱管座焊接前没有进行相关培训，对焊接质量监督检验不得力。

1.2 联箱及管道内清洁度问题

超超临界机组与超临界、亚临界等机组相比，水冷壁内径减小，节流孔的数量增加，节流孔的尺寸减小。该厂新建超超临界机组节流孔共计2003个，其中水冷壁规格为Φ28.6 mm×6.4 mm，过热器节流孔尺寸最小为9.1 mm，造成堵塞爆管的几率增大。该机组试运行过程中出现4次因异物堵塞造成的爆管，分别为分隔屏、后屏、末级过热器和水冷壁 (见图1－4)。主要堵塞部位为节流孔较小、热负荷较大的联箱中部区域的节流孔;水冷壁爆管是由于弯头部位堵塞造成的短期超温过热。对堵塞物进行统计、分析发现，其主要的成分为焊渣、氧化物和细铁屑，约占堵塞物总重量的90%以上。

图1 分隔屏爆口形貌

图2 高温过热器爆口形貌

图3 后屏过热器爆口形貌

图4 水冷壁爆口形貌

超超临界锅炉清洁度是保证锅炉安全运行的关键。特别是在安装阶段，工作人员对管材存放、焊接过程中对管道、联箱内清洁等重视不够，导致焊渣等异物进入管子和联箱内部。国内多家电厂的超超临界机组在试运行期间就曾发生异物堵塞爆管，如华能玉环电厂、华能福州电厂等。

2 管道的典型质量问题及分析

2.1 管道焊接质量问题

为满足超超临界机组工况条件要求，机组主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道大量应用P92，P122等高等级钢，而这些材料的焊缝组织形态以及性能又直接影响机组的安全运行。

该机组主蒸汽、高温再热蒸汽管道采用进口P92钢材，主蒸汽管道共计31个制造焊口。在完成主蒸汽管道对接焊缝的焊接和热处理工作后进行的无损检测中发现，所有焊口中均存在裂纹或未融合等超标缺陷。

与T91/P91钢相比，P92钢的抗腐蚀性和抗氧化性相同，高温强度和蠕变性能更好。而与TP347相比，有价格低廉、膨胀系数小，导热率高及抗疲劳性能强等优势。但是，P92钢属于高合金钢，具有一定的冷裂倾向，若焊缝熔池温度过高，则易造成焊接接头过热区晶粒粗大，引起脆化或产生裂纹;同时焊缝熔池金属流动性较差，焊缝容易产生未融合等缺陷。因此严格控制焊接工艺及加强监督是保证焊接质量的关键。

2.2 固体颗粒侵蚀问题

超超临界机组选用的直流锅炉相对于汽包炉，给水品质要求更高。且高温容易导致主蒸汽和再热蒸汽管道内表面剥离的微型固体颗粒随着蒸汽进入汽轮机内。固体颗粒以蒸汽的流速通过汽轮机的流通部分时，造成喷嘴和动叶片损伤。特别是汽轮机高压第一级喷嘴和动叶片、中压第一级喷嘴和动叶片的固体颗粒侵蚀比较严重。固体颗粒侵蚀不仅影响超超临界汽轮机的级效率，而且影响超超临界汽轮机的可靠性〔2〕。

基建过程中发现，四大管道在存放中出现管道未密封、管道内部存有泥沙、管道内壁氧化严重等问题。杂质在运行过程中也会剥离而形成固体颗粒，随蒸汽流动进入汽机，造成喷嘴和动叶片过早损伤，因此在安装前应加强管道的存放和保护管理，安装过程中加强管道的清洁度检查。

3 受热面的典型质量问题及分析

3.1 原材料质量问题

材质直接关系到锅炉的安全运行，该厂试运行时分隔屏部位发生爆管。分析爆管原因:过热器采用TP347H奥氏体不锈钢，金相检查发现其组织晶界不干净，而且屈服强度不合格;现场对备用TP347H管进行涡流检测，检测的9根钢管中有3根存在整根超标缺陷，有1根存在3处超标显示，而且备用管上没有厂家标示和出厂编号等，造成电厂管理困难。

此类问题的主要原因是在锅炉制造阶段材料的登记、使用混乱。超超临界锅炉由于使用材料的复杂性，应在制造阶段对过热器、再热器等重要受热面管进行登记管理，保证每根钢管的来源明确，质量证书齐全，以便发现问题能及时追溯钢管的来源和使用位置，对存在材质缺陷的钢管进行监督或统一更换。

3.2 鳍片焊接质量问题

鳍片焊接中产生的主要缺陷如气孔、砂眼、咬边、未熔合等，会直接减少焊缝受力的横截面积，缺陷周围较易成为应力集中部位和裂纹源头，在运行时热膨胀产生的热应力、启停炉造成的疲劳应力等应力状况下，容易产生裂纹，导致爆管。在该厂现场检查中发现，由于制造单位混杂，制造工艺欠缺，因此制造质量难以保证，致使水冷壁鳍片焊缝外观成形差，而且存在大面积的咬边、气孔等缺陷。

3.3 过热器焊缝热处理问题

该厂超超临界锅炉过热器节流孔设计在联箱外部接管处，靠近顶棚管的位置，而节流孔所用的材质为T91，T92等高等级材料，特别是高温过热器，由于管屏间距小，焊接和热处理困难等原因容易造成焊缝不合格。对节流孔处对接焊缝硬度检测发现，部分高温过热器T92管子母材硬度大于焊缝硬度约20HB。检查热处理记录发现，标准要求T92焊缝热处理温度765±5℃，而实测焊缝热处理恒温温度为770～790℃，且检查其测温装置，发现测量温度与实际温度负偏差约为10℃。T92钢典型Ac1温度为800～815℃〔4〕，而现场实测温度在Ac1线之上，造成热处理温度过高，导致焊缝硬度不合格，运行中容易产生裂纹。

3.4 过热器管子管屏变形出列问题

过热器管屏安装过程中容易出现间、节距不均、管子出列等问题，运行过程中屏间容易形成烟气走廊，致使管子磨损加剧〔5〕;近年来，过热器管排间距不均等问题已经受到电厂方面的高度重视，但是在施工过程中管排变形等问题仍然时有发生。如在该厂现场检查中发现，过热器管子在运输过程中，管材中间部位未作变形保护;安装单位在材料堆放过程中对管材的平整度也未重视，安装过程中有强力对口等现象，造成高温过热器管排严重弯曲变形、出列和管排挤碰，这对以后锅炉安全运行会产生不好的影响。