电厂热力设备金属防护及监督的实际应用

刘　晨

（临沂市工程咨询院,山东 临沂 276000）

电厂热力设备金属防护及监督的实际应用

刘晨

（临沂市工程咨询院,山东 临沂 276000）

煤气发电综合利用发电厂是黑色冶金企业发展循环经济的有效利用途径。由于受冶金生产煤气量的影响，发电机组的发电负荷变化较大。其相关热力设备尤其是高温高压设备受热面或承压部分因长期受热负荷变化等的冲击会产生相应的应力交变，引起微观组织老化和力学性能劣化，其综合表现为金属损伤，通常会有蠕变损伤、疲劳损伤等。因此而造成的金属缺陷，最终导致设备异常甚至设备事故。我们在煤气发电机组运行中建立有效的金属防护及监督运行模式，做到有效的监测热力设备及其金属部件的状态及性质，保持对机组各热力设备的寿命掌控，对易损部件进行重点防护并及时修理更换，可以将该类因素导致的设备事故抑制在萌芽状态。

煤气发电;热力设备;金属防护;金属监督

1　背景

某钢铁生产企业自备煤气发电厂共有8台50MW煤气发电机组，其中锅炉为NG-220/9.8-Q6型燃气锅炉，汽轮机为6台N50-8.83高温高压凝汽式汽轮发电机组，2台C50-8.83/0.981高温高压一级调整抽汽式汽轮发电机组，在运行中均保持额定主蒸汽参数运行。

在钢铁生产大环境下运行的煤气发电机组，其接受煤气量受炼铁、炼钢、轧钢生产影响波动较大，且波动频率较高，运行中各机组发电负荷变化较快。自机组建成投产以来，各机组热力设备均在较大的热力交变工况下运行，设备不可避免的出现了一定问题。

2　设备运行中遇到的疑难问题

（1）某机组操作人员首先发现自动主汽门处有明显漏汽，机组破坏真空紧急停机。经冷却后拆检自动主汽门发现部分法兰连接螺栓断裂。

（2）某机组大修过程中经对主汽门螺栓、调门螺栓、汽缸高中压螺栓进行测量硬度值，发现部分主汽门螺栓，调节汽门螺栓，导管螺栓条，汽缸螺栓硬度超标。

（3）汽轮机、锅炉主蒸汽管道与其旁路管道的焊接处多次出现裂缝，导致主蒸汽出现泄漏，被迫紧急停机，严重影响正常的生产秩序。

（4）某机组大修过程中，将汽轮机开缸检修后发现汽轮机喷嘴组出现部分导叶断裂脱落，并且集中于进汽量较大的1、2#喷嘴组。

（5）煤气发电锅炉在运行中曾多次出现高压省煤器吊挂管泄露情况，其主要外部表现为上级省煤器部位有气流声，一经发现锅炉必须紧急停炉，以避免出现锅炉水位迅速下降及省煤器爆管等恶性事故。

3　问题分析

问题分析：

（1）金属疲劳是金属材料受到外力作用后，其内部即处于受胁和松弛这样一种矛盾的状态之中。受胁表明材料内部能量升高，而松弛则可能使能量降低，松弛过程主要通过塑性变形和断裂来实现，当金属受胁达到饱和状态而不能继续再用塑性变形或根本就不能以塑性变形来松弛时，若再增加应力，它就会以断裂的形式来彻底松弛。

（2）火力发电厂高温部件长期在高温环境下工作时，其金相组织随着时间的延长发生变化，即使部件的工作应力低于该温度下金属材料的弹性极限，但还是会发生缓慢的塑性变形(蠕变)，主要表现为金属材料组织珠光体的球化、石墨化、碳化物的析出和形成蠕变空洞。按其外部表征测算，一般规定主蒸汽管道、高温蒸汽联箱经10万小时运行后，总变形量不超过1%；汽轮机汽缸10万小时后的总变形量不超过0.1%；锅炉的合金钢过热器管和再热管，当蠕变胀粗大于2.5%时，即行更换；锅炉的碳钢过热器管和再热器管，当蠕变胀粗大于3.5%时，即行更换。

4　金属材料防护及监督模式的建立

4.1 运行调整及日常防护管理模式

（1）稳定主体设备负荷，降低锅炉受热面热负荷变化率，稳定其工作环境。（2）采用科学方法预测部件寿命的技术。主要依据部件原始及维修更换等资料，部件服役前和目前通过金相分析得出的材料的各项力学性能、微观组织老化程度结论，以及几何尺寸和缺陷状况，加之衡量部件服役环境和危险部位的受力情况，然后采用合理的判据来预测部件寿命。（3）对易受损部件综合其材料特性、工作环境等分析确定更换为更高压力温度要求的强化金属等。（4）对易受损部件主要指直管段等设备进行相应的管道热补偿，利用管道的弯曲管段的弹性变形来补偿管道的热伸长，防止因此而产生的管道变形甚至蒸汽泄露等。（5）定期对该类设备进行金属监督，对于已发现硬度、材料探伤、金属厚度等不合格的部件要严格更换，不可带病运行。

4.2 金属监督管理模式

（1）管道厚度测量，利用超声波测厚仪对常温管道如各系统介质管道等进行壁厚测量，测点取在弯头、阀门、变径、三通的前后等比较容易出现杂物积累或介质冲刷的位置，并建立设备管道测厚记录台账。

（2）金属硬度测试，通常采用金属布氏硬度测试，其硬度可以认为是金属材料局部表面在接触压力的任用下抵抗塑性变形的一种能力。

（3）超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，并以此判断缺陷位置和大小。各机组历次停机大修期间均应对各主体设备取点进行超声波探伤并形成书面资料存档以备下一检修周期进行同期对比。

（4）磁粉探伤利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。

5　结论

经过多方面、多层次的热力设备金属监督与防护，该模式已经于该企业实现了例行化。通过该项措施，已经实现了连续数年汽机高温高压螺栓等连接件的无故障运行，主蒸汽管道疏水泄露、锅炉省煤器吊挂管故障率也正趋于稳步降低的可控态势。实现了煤气发电机组的安全连续运行。

[1]宋琳生.电厂金属材料[J].北京:中国电力出版社,2006.

[2]叶涛.热力发电厂[M].北京:中国电力出版社,2006.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.171

刘晨（1987-），男，山东临沂人，本科，助理工程师，研究方向：热能与动力工程，主要从事工程咨询工作，历任日照钢铁能源动力部煤气发电车间汽机运行工、汽机技术员、车间主任等职位，主持实施了该电厂金属监督模式建立、电厂热机效率监测及管理等课题。