锅炉过热器管子变形乱排原因分析及解决方案

摘要：印度纳佳SGPL电厂2×660MW工程#1锅炉整套调试期间过热器管子发生变形乱排，活动夹块脱落的情况，通过对调试过程及历史数据的分析找到了变形的原因。同时研究解决方案，对变形、乱排的管子进行了修复处理。针对造成管子变形的因素提出了运行操作建议，防止再次发生过热器管子变形。

关键词：管子变形;超温;受热面修复;操作建议

1 锅炉说明

印度SGPL电厂锅炉为哈锅设计制造的660MW锅炉为超临界参数变压运行直流锅炉、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、露天布置的π型超临界锅炉。

分隔屏膨胀限值说明

纳佳SGPL电厂锅炉分隔屏活动夹块上下共五层，相邻管间活动夹块采用凸块凹块连接，吸收由于管间温差所产生的膨胀差。由于分隔屏各管与顶棚管之间均采用焊接结构，因此各管间相对膨胀差值以顶棚管处为零点，向下逐渐增大，一般在管屏下端达到最大值。按原设计，最内圈的管子入口和出口为相邻管，虽然材料相同，但设计平均温差达到53℃，在最下层活动夹块处相对胀差为0.8英寸;其它相邻管间温差一般都在10℃以内，入口段个别管间由于材料不同，在最下层活动夹块处相对胀差最大值为1英寸;我们在管屏下层所采用的1.5英寸活动夹块，允许管间温差最大可达115℃，相比设计值有较大的余量，完全可以满足运行要求。

2 过热器管子变形情况

2016年8月9号锅炉停炉冷却后进入锅炉检查，发现屏式过热器管子出现较严重的弯曲变形，下部管子脱出卡扣并移位，出现乱排，特别是第2屏、第5屏管子变形严重。部分末级过热器管子也发生弯曲、鼓起。见下图

3 过热器变形原因分析

1）超温：锅炉从7月31日到8月8日启动运行期间由于印方运行人员操作水平有限，燃料投入过快过急，给水调节幅度过大造成屏过金属壁温多次严重长时间超温，如第二屏超温19次，总共超温221分钟，最高达610℃（屏过壁温限值565℃）。第五屏超温17次，总共超温时间144分钟，最高达607℃。

2）温度变化速率过快：由于水煤比失调，减温水投入过多过快，造成汽温上窜下跳，变化剧烈。最大升温速率达32.4℃/min，最大降温速率62℃/min。

管子受热会膨胀，超温后过分膨胀会产生塑性形变。由于锅炉内复杂的热力场及烟气流动，不同区域管子客观存在受热偏差及不同烟气冲击力，而在超温后又多次快速降温冷却，管子收缩不一致，造成管子脱出卡扣限制。由于多次过快的升温、降温及超温，造成了屏过及末级过热器部分管子变形。

3）同屏管子之间温差大：分隔屏过热器同屏管间的工质流量分配是按照满负荷工况计算，在低负荷阶段由于总的工质流量低，同屏各管间的工质流量偏差会比设计工况加大，所以运行要求在低负荷阶段要严格控制炉膛内的热输入量，如果低负荷阶段运行控制不当，给煤量过大，就会造成管屏局部超温，同时也会造成同屏各管間壁温偏差加大，当同屏相邻管子间壁温偏差超过活动夹块设计允许的膨胀差值，就会使管子脱离活动夹块的限制，造成管子出列变形。

运行数据统计中，所有相邻管温差均超过了80℃，其中大部分温差超过115℃，最大温差达到219℃，而且很多情况下连续多根相邻管子温度高低错落，这就必然存在很多相邻管膨胀趋势与设计相反的情况，因此在实际运行中正向膨胀超过限值和反向膨胀两种情况同时存在，温差均已远远超过了活动夹块极限温差范围，这是造成活动夹块相互脱离和管子出列的原因，而且如此大膨胀差会使得分隔屏底部水平段相邻管发生碰撞，阻碍管子膨胀，这会进一步导致管子弯曲变形，活动夹块崩落等现象。

4 修复处理

1）在所有变形区域搭建检修平台，分别检查每根管子的变形情况并做好标记和记录。2）检查屏过管子是否有磨损、泄漏，有裂缝的管子全部更换。3）用卡钳测量变形管子的直径，直径变化超过2.5%的全部更换。4）用厚度测量仪测量变化严重的管子的厚度，如果管子厚度小于厂家图纸要求的最低厚度则更换该管子。5）仔细检查卡块的情况，并做好记录，损坏的、脱落的进行更换、修复处理。6）由厂家根据实际情况判定管子变形程度，轻微变形的管子进行校正处理，变形严重的管子更换新管子。7）换管需焊接的严格按照焊接工艺进行，焊后冷却至室温，100%PT+100%RT检查合格。8）全部处理完成后，锅炉进行整体水压试验检查合格。

5 运行建议

针对以往运行过程出现的问题，以及为避免分隔屏过热器再次发生超温，提出如下运行调整建议：

1）升温、升压不能超过厂家启动曲线速率要求。各段受热面汽温、金属壁温变化速率一般控制在1.5℃/min以内。2）启动过程中严格按照厂家说明书中要求的限制值控制各参数。3）启动初期，尽量使用下层油枪，少投上层油枪，防止各受热面超温。磨煤机投运后撤除油枪优先保留下层油枪，直到所有油枪全部撤除。4）投油枪不宜太快，快速投入多只油枪，会造成水冷壁内的水被快速加热膨胀，即使两路溢流阀全开，分离器液位仍会快速上升触发MFT。5）启动、停止制粉系统时控制总给煤量不变（稳定），避免温度和压力波动大。变负荷调整时单台磨给煤量增减每次不超过5t/h。6）煤粉细度控制在R90不超过20%，以保证煤粉在主燃烧区域完全燃尽，避免由于燃烧推迟造成火焰中心提高，从而造成炉膛出口温度升高。7）现实际燃用煤质偏离设计煤质很多，对锅炉安全稳定及经济运行均有较大影响，锅炉再次启动前应提前确认实际运行煤质，以便开展后续工作。8）磨煤机消防蒸汽母管阀门运行期间打开，保持热备用。9）运行人员应明确分工，分别监视和调整相应的系统（如：烟气系统、汽水系统、燃料系统），并且加强各操作员相互之间沟通与协调。10）减温水及时调整，

大幅度开、关阀门，应在温度有上升、下降趋势时进行预调、细调，维持温度基本稳定。11）一次风率高，应尽量少开冷风挡板多开热风挡板，减少一次风量，使一、二次风比例与设计值一致。12）给煤量、给水量增、减变化幅度不宜太大，避免负荷、汽温、汽压剧烈波动。13）锅炉转干态运行后，增加给煤量同时注意增加给水量，维持过热度稳定。14）给水旁路切换主路时应尽量短时间切换至主路电动门全开运行，切换过程中主路电动门打开、关小旁路阀和给水泵出力三者应协调控制进行，维持给水量稳定。在长期运行过程中主路电动阀必需全开运行，防止阀芯冲坏。15）低负荷阶段，由于过热器系统产汽量少，如果炉膛热输入量控制不当易造成分隔屏壁温超温，当分隔屏过热器壁温开始升高时，优先通过降低煤水比进行调节，避免大量投入过热器一级减温水。16）锅炉和汽机运行人员加强沟通协调，汽机侧升降负荷应提前告知锅炉，锅炉侧升降负荷应提前告知汽机侧。机组常规降负荷顺序：汽机减负荷，待压力升高后再减燃料量，减给水，按少量多次调整的原则，逐步降低负荷至目标值。不能一次性将燃料量、负荷减少至目标值，这样会造成系统不稳定，参数波动大;机组升负荷顺序：锅炉加燃料，加给水，待压力升高后再增加电负荷，按少量多次调整的原则，逐步提高负荷至目标值。不能一次性将燃料量、负荷增加至目标值，这样会造成系统不稳定，参数波动大。

6 总结

从8月8日停机到10月14日消缺完成后再次点火启动共停机68天，严重的延误了工期，造成了极大的经济损失。事故发生后首先对锅炉进行了全面的检查，确定损坏程度，联系锅炉厂与现场工程师一起进行了详细的分析，制定了修复方案。其次，翻阅试运记录、调取DSC历史记录数据并查找大量的资料分析出事故发生的原因。再次，通过对事故过程的分析提出了运行建议，并与业主SGPL进行了多次交流沟通，使他们认识到自身运行水平的不足，愿意接受我们提供的运行建议，承若下次启机时听从我们的指导。加强了对业主SGPL管理与运行人员的培训，以提高业务水平。最后制定了详细的机组启动程序文件，以指导机组的顺利启动，避免再次发生不必要的事故。

10月14日机组再次启动，完全按照启动程序操作，严格控制各参数，启动过程中重要参数如煤、水、风的调整遵从我们的指导，机组顺利启动，各参数运行平稳。

参考文献：

[1]锅炉说明书.

[2]锅炉图纸资料.

作者简介：周文武（1985），男，中国能建华北电力试验研究院锅炉所主任工程师，长期从事锅炉调试技术研究工作。